種々のデータ：水と空気の密度

水と空気は、常に身近にあるもので、少し精度の高い実験では、その密度の値を考えないわけにはいきません。通常利用する条件での水と空気の密度をまとめておきます。

１-1．水の密度（0 ~ 40 °C）

ここでは室温付近の水の密度の精密な値を（～10^-6）紹介します（2000 年時点での実験値を総括的に評価して得られた推奨値）。 100万分の 1 のオーダーまでの密度を定めようとすると、同位体組成なども関わってきますが、ここでの「水」は、平均的な海洋の水の同位体組成にあわせた水（SMOW = Standard Mean Ocean Water）です（詳細は別のページを参照ください）。

表 1．室温付近の水の密度（1 atm（101.325 kPa））
t / °C	ρ / kg m^-3	t / °C	ρ / kg m^-3	t / °C	ρ / kg m^-3	t / °C	ρ / kg m^-3
0	999.843	10	999.703	20	998.207	30	995.649
1	999.902	11	999.608	21	997.995	31	995.342
2	999.943	12	999.501	22	997.773	32	995.028
3	999.967	13	999.380	23	997.541	33	994.704
4	999.975	14	999.247	24	997.299	34	994.372
5	999.967	15	999.103	25	997.047	35	994.033
6	999.943	16	998.946	26	996.786	36	993.685
7	999.905	17	998.778	27	996.515	37	993.329
8	999.851	18	998.598	28	996.235	38	992.965
9	999.784	19	998.408	29	995.947	39	992.594
						40	992.215

１-2．水の密度（0 ~ 100+ °C）

前節では室温付近の水の密度の高精度のデータを取り上げましたが、より高い温度での密度も必要となることがあるので 150 °C までの表を示します（飽和条件での密度になっていて、150 °C では圧力は 0.48 MPa になります。 Wagner らの与えている経験式による計算値です）。

表 2．水の飽和密度（130 °C まで）
t / °C	ρ / kg m^-3	t / °C	ρ / kg m^-3
0	999.8	80	971.8
10	999.7	90	965.3
20	998.2	100	958.3
30	995.6	110	950.9
40	992.2	120	943.1
50	988.0	130	934.8
60	983.2	140	926.1
70	977.7	150	917.0

２．空気の密度

新鮮な空気中の水以外の成分は、およそ窒素が 78 %、酸素が 21 %、アルゴンが 1 % を占めていて（モル分率（体積分率））、 1 気圧、室温付近での乾燥した空気の密度はほぼ 1.20 kg m^-3 になります。室内の空気については、他の成分として、特に二酸化炭素濃度が重要になりますが、濃度はせいぜい 0.1 % 程度なので密度への影響は無視できます。温度 \(t\) 圧力 \(P\) の影響が重要な場合は、乾燥した空気の密度 \(\rho\) の評価に下式がよく用いられています。ここで 1 Torr = 1 mmHg = 133.322 Pa です。

\begin{equation} \rho / (\mrm{kg~m^{-3}}) = \frac{1.293}{1 + 0.00367 (t/ \mrm{{}^{\circ}C})} \frac{P/ \mrm{Torr}}{760} \label{eq:aird} \end{equation}

湿度が高くなると、空気の密度は小さくなります。水蒸気の分圧が \(P_\mrm{w}\) の時、湿った空気の密度 \(\rho_\mrm{w}\) は、同温同圧の乾燥した空気の密度 \(\rho\) から、次式で評価できます。

\begin{equation} \rho_\mrm{w} = \left(1 - 0.378 \frac{P_\mrm{w}}{P} \right) \rho \label{eq:wetaird} \end{equation}