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Wie groß ist die Dichte von Wasser? Spielt es eine Rolle, wie hoch die Temperatur ist? Wie kann man die Dichte anderer Objekte und Flüssigkeiten ermitteln?

In diesem Leitfaden erklären wir die Wasserdichte, stellen ein Diagramm zur Verfügung, mit dem Sie die Dichte von Wasser bei verschiedenen Temperaturen ermitteln können, und erklären drei verschiedene Methoden zur Berechnung der Dichte.

Was ist die Dichte von Wasser?

Die Dichte ist die Masse pro Volumeneinheit eines Stoffes. Die Dichte von Wasser wird meist mit 1 g/cm angegeben³, aber unten ist die Dichte von Wasser mit verschiedenen Einheiten.

Es ist kein Zufall, dass Wasser eine Dichte von 1 hat. Die Dichte ist die Masse dividiert durch das Volumen (ρ=m/v), und Wasser wurde als Grundlage für die Festlegung der metrischen Masseneinheit verwendet, die einen Kubikzentimeter (1 cm) bedeutet³) Wasser wiegt ein Gramm (1 g).

Also 1g/1cm³= 1 g/cm³, was dem Wasser seine leicht zu merkende Dichte verleiht. Die genaue Dichte des Wassers hängt jedoch sowohl vom Luftdruck als auch von der Temperatur des Gebiets ab. Diese Schwankungen in der Dichte sind jedoch sehr gering. Wenn Sie also keine sehr genauen Berechnungen benötigen oder das Experiment in einem Gebiet mit extremer Temperatur/Druck stattfindet, können Sie weiterhin 1 g/cm verwenden³für die Wasserdichte. Sie können sich die Tabelle im nächsten Abschnitt ansehen, um zu sehen, wie sich die Dichte von Wasser mit der Temperatur ändert.

Beachten Sie, dass diese Werte für die Wasserdichte nur für reines Wasser gelten. Salzwasser (wie auch die Ozeane) hat eine unterschiedliche Dichte, die davon abhängt, wie viel Salz im Wasser gelöst ist. Die Dichte von Meerwasser ist typischerweise etwas höher als die Dichte von reinem Wasser, etwa 1,02 g/cm³bis 1,03 g/cm³.

Wasserdichte bei unterschiedlichen Temperaturen

Unten finden Sie ein Diagramm, das die Dichte von Wasser zeigt (in Gramm/cm).³) bei unterschiedlichen Temperaturen, die von unter dem Gefrierpunkt des Wassers (-22 °F/-30 °C) bis zu seinem Siedepunkt (212 °F/100 °C) reichen.

Wie Sie in der Tabelle sehen können, hat Wasser nur eine genaue Dichte von 1 g/cm³bei 39,2°F oder 4,0°C. Sobald Sie den Gefrierpunkt des Wassers (32 °F/0 °C) unterschreiten, die Dichte des Wassers nimmt ab, weil Eis ist weniger dicht als Wasser. Deshalb schwimmt Eis auf dem Wasser und wenn man Eiswürfel in ein Glas Wasser gibt, sinken sie nicht einfach auf den Boden.

Die Grafik zeigt auch, dass die Dichte von Wasser in dem für wissenschaftliche Innenräume typischen Temperaturbereich (ca. 10 °C bis 21 °C) sehr nahe bei 1 g/cm liegt³, weshalb dieser Wert in allen bis auf die genauesten Dichteberechnungen verwendet wird. Erst wenn die Temperatur in die eine oder andere Richtung sehr extrem ist (nahe dem Gefrierpunkt oder dem Siedepunkt), ändert sich die Temperatur des Wassers um 1 g/cm³wäre nicht mehr akzeptabel genau.

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Quelle: USGS

So berechnen Sie die Dichte einer Substanz

Sie wissen also, wie hoch die Dichte von Wasser bei verschiedenen Temperaturen ist, aber was ist, wenn Sie die Dichte von etwas ermitteln möchten, das kein Wasser ist? Es ist eigentlich ganz einfach!

Sie können die Dichte eines jeden Stoffes ermitteln, indem Sie seine Masse durch sein Volumen dividieren. Die Formel für die Dichte lautet: ρ=m/v , wobei die Dichte durch das Symbol ρ (ausgesprochen „rho“) dargestellt wird.

Es gibt drei Hauptmethoden zur Berechnung der Dichte, je nachdem, ob Sie die Dichte eines regelmäßig geformten Objekts, eines unregelmäßigen Objekts oder einer Flüssigkeit ermitteln möchten und ob Sie über spezielle Werkzeuge wie ein Hydrometer verfügen.

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Berechnen der Dichte eines regulären Objekts

Für reguläre Objekte (solche, deren Flächen Standardpolygone sind, wie Quadrate, Rechtecke, Dreiecke usw.) können Sie Masse und Volumen relativ einfach berechnen. Die Masse eines Objekts ist einfach, wie viel es wiegt, und alle regelmäßigen Polygone haben eine Gleichung zur Bestimmung ihres Volumens basierend auf ihrer Länge, Breite und Höhe.

Angenommen, Sie haben ein rechteckiges Stück Aluminium mit einem Gewicht von 865 g und den Maßen 10 cm x 8 cm x 4 cm. Zuerst würden Sie das Volumen des Aluminiumstücks ermitteln, indem Sie Länge, Breite und Höhe multiplizieren (was die Gleichung für das Volumen eines Rechtecks ​​ist).

V = 10 cm x 8 cm x 4 cm = 320 cm³

Als nächstes dividieren Sie die Masse durch das Volumen, um die Dichte zu erhalten (ρ=m/v).

865g/320cm³= 2,7 g/cm³

Die Dichte von Aluminium beträgt also 2,7 g/cm³, und das gilt für jedes Stück (reines und massives) Aluminium, unabhängig von seiner Größe.

Berechnen der Dichte eines flüssigen oder unregelmäßigen Objekts

Wenn das Objekt eine unregelmäßige Form hat und Sie sein Volumen nicht einfach berechnen können, Sie können sein Volumen ermitteln, indem Sie es in einen mit Wasser gefüllten Messzylinder geben und das Wasservolumen messen, das es verdrängt. Das Archimedische Prinzip besagt, dass ein Körper ein Flüssigkeitsvolumen verdrängt, das seinem eigenen Volumen entspricht. Sobald Sie das Volumen gefunden haben, verwenden Sie die Standardgleichung ρ=m/v.

Wenn Sie also ein anderes, unregelmäßiges Stück Aluminium hätten, das 550 g wog und 204 ml Wasser in einem Messzylinder verdrängte, dann wäre Ihre Gleichung ρ = 550 g/204 ml = 2,7 g/ml.

Wenn es sich bei der Substanz, deren Dichte Sie ermitteln möchten, um eine Flüssigkeit handelt, können Sie die Flüssigkeit einfach in den Messzylinder gießen, ihr Volumen prüfen und dann die Dichte daraus berechnen.

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Berechnung der Dichte einer Flüssigkeit mit einem Aräometer

Wenn Sie versuchen, die Dichte einer Flüssigkeit zu berechnen, können Sie dazu auch ein Instrument namens Aräometer verwenden. Ein Hydrometer sieht aus wie ein Thermometer mit einer großen Kugel an einem Ende, damit es schwimmt.

Um eines zu verwenden, senken Sie das Hydrometer einfach vorsichtig in die Flüssigkeit, bis das Hydrometer von selbst schwimmt. Finden Sie heraus, welcher Teil des Aräometers sich direkt an der Flüssigkeitsoberfläche befindet, und lesen Sie die Zahl auf der Seite des Aräometers ab. Das wird die Dichte sein. Aräometer schweben in weniger dichten Flüssigkeiten tiefer und in dichteren Flüssigkeiten höher.

Zusammenfassung: Wie groß ist die Dichte von Wasser?

Die Wasserdichtigkeit wird typischerweise auf 1 g/cm gerundet³oder 1000 kg/m³, es sei denn, Sie führen sehr genaue Berechnungen durch oder führen ein Experiment bei extremen Temperaturen durch. Die Dichte von Wasser ändert sich je nach Temperatur. Wenn Sie also ein Experiment in der Nähe oder oberhalb des Siede- oder Gefrierpunkts von Wasser durchführen, müssen Sie einen anderen Wert verwenden, um die Änderung der Dichte zu berücksichtigen. Sowohl Dampf als auch Eis haben eine geringere Dichte als Wasser.

Die Gleichung für die Dichte lautet ρ=m/v.

Um die Dichte einer Substanz zu messen, können Sie das Volumen eines regelmäßig geformten Objekts berechnen und von dort aus fortfahren, das Volumen einer Flüssigkeit messen oder wie viel Flüssigkeit ein unregelmäßiges Objekt in einem Messzylinder verdrängt, oder ein Hydrometer verwenden, um das zu messen Dichte einer Flüssigkeit.

Was kommt als nächstes?

Nachdem Sie nun wissen, warum die Dichte von Wasser einzigartig ist, aber wie sieht es mit seinen anderen Eigenschaften aus? Finden Sie heraus, warum die spezifische Wärme von Wasser etwas Besonderes ist .

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