水の密度計算機：温度・塩分・圧力
UNESCO の状態方程式を使って、温度・塩分・圧力から水の密度を計算します。
温度（°C）、塩分（%）、圧力（atm）を入力してください。必要に応じて、実測密度の比較用に質量と体積も入力できます。
水の密度計算機：温度・塩分・圧力
UNESCO の状態方程式を使って、温度・塩分・圧力から水の密度を計算します。
水の密度計算機について
水の密度は温度、塩分、圧力によって大きく変化し、その変化は海洋学、水生生物学、工学、そして日常の用途にまで大きな影響を与えます。純水は 4°C で最大密度に達し、約 999.97 kg/m³（実質的に 1.000 g/mL）になります。この特異な最大値により氷は水に浮き、湖は冬に成層し、海洋循環を駆動する対流パターンが生まれます。
水の密度の温度依存性は非線形かつ非対称です。温度が 0°C から上がると、密度はいったんわずかに増加して 4°C で最大となり、その後は 100°C 以降も単調に減少します。20°C（室温）では純水の密度は約 998.2 kg/m³、80°C では約 971.8 kg/m³ まで下がります。つまり、熱い水は実際に軽く、この性質はサーモサイフォン式の加熱や自然対流冷却に利用されています。
塩分は水の密度を大きく上げます。海洋の平均塩分は約 35 ppt（3.5%）で、同じ温度の淡水と比べて密度を約 25–28 kg/m³ 増加させます。25°C、塩分 3.5% の海水密度は約 1023–1027 kg/m³ です。塩分 30–34% 程度の死海では密度が約 1240 kg/m³ に達し、淡水よりもはるかに浮きやすくなります。
一般的な条件では、圧力の影響は温度や塩分よりずっと小さくなります。海面（1 atm）では、慣例上圧力効果はゼロとみなします。深海では圧力が 1000 atm 以上に達し、水の密度は約 4–5% 増加します。この深海での圧縮性は、熱塩循環や深海力学で重要な役割を果たします。
この計算機は、海洋学計算の国際標準である UNESCO（1981）の海水状態方程式に基づく多項式を使用しています。純水密度の多項式は 0–40°C で ±0.001 kg/m³ の精度があり、塩分補正は大気圧下で 0–40 ppt の塩分に有効な Millero–Poisson 方程式に従います。実測密度機能では、直接の質量/体積測定と理論予測を比較できます。
工学的な用途には、浮力計算、配管設計、熱交換器解析、海水淡水化装置の設計、養殖施設の計画、醸造や食品加工、温排水・塩排水の環境影響評価などがあります。
水の密度の例
さまざまな温度、塩分、圧力条件での水の密度。
| 条件 | 理論密度 | 注記 |
|---|---|---|
| 室温: T=20°C, S=0%, P=1 atm; measured: 100g / 100mL | Measured: 1.000 g/mL, Theoretical: ≈0.9982 g/mL | わずかな差は、測定誤差や実際の水に溶けている気体によるものです。 |
| 最大密度: T=4°C, S=0%, P=1 atm | ≈0.9999 g/mL（999.9 kg/m³） | 純水は約 4°C で最大密度に達します。 |
| 海水: T=25°C, S=3.5%, P=1 atm | ≈1.0234 g/mL（1023.4 kg/m³） | 平均的な海面の海水です。塩分で密度は約 25 kg/m³ 増加します。 |
| 高温の水: T=80°C, S=0%, P=1 atm | ≈0.9739 g/mL（973.9 kg/m³） | 熱い水はかなり密度が低く、熱システム設計で重要です。 |
水の密度計算機の使い方
- 水温を摂氏で入力します。この式は 0°C から 100°C まで有効です。
- 塩分を百分率で入力します（例：海水なら 3.5）。純淡水なら 0 を入力します。
- 圧力を気圧で入力します。表面条件では 1 atm を使います。深海では 1 + depth_m × 0.0987 atm を使用できます。
- 実測密度を計算して理論値と比較したい場合は、質量を g、体積を mL で任意入力してください。
- 計算をクリックすると、g/mL と kg/m³ の両方で理論密度が表示されます。実測値を入力していれば、実測値と理論値の差も表示されます。
水の密度に関する FAQ
室温での水の密度は？
20°C（68°F）、標準大気圧では、純水の密度は約 998.2 kg/m³、または 0.9982 g/mL です。これはよく引用される 1.000 g/mL（1000 kg/m³）よりわずかに小さく、後者は水の最大密度点である 4°C の値です。多くの工学計算では、便利な近似として 1000 kg/m³ が使われます。
なぜ水は 4°C で最大密度になるのですか？
水が 4°C で異常な密度最大を示すのは、水分子の四面体状の水素結合構造によるものです。4°C より高いと、熱膨張（分子が速く動き、より広い空間を取る）によって密度が下がります。4°C より低いと、水分子は六方格子構造（氷形成の始まり）に並び始め、液体の水より密度が低くなります。この二つの効果が 4°C の密度最大を生みます。
塩分は水の密度にどれくらい影響しますか？
塩分が 1 ppt（0.1%）増えるごとに、水の密度は約 0.8 kg/m³ 上がります。塩分 35 ppt（3.5%）の海水は、同じ温度の淡水より約 25–28 kg/m³ 高密度です。塩分約 300 ppt の死海の密度は約 1240 kg/m³ で、人が非常に浮きやすくなります。溶けた塩は浸透圧収縮により水分子が占める体積を減らし、密度を上げます。
海水の状態方程式とは何ですか？
この計算機は UNESCO（1981）の海水状態方程式を使っています。これは密度を温度（T）、塩分（S）、圧力（P）の多項式として表します。純水密度の多項式は 5 項、塩分補正は 3 項、さらに圧力補正が追加されます。海洋条件では約 ±0.005 kg/m³ の精度があります。現在の標準は TEOS-10（2010）ですが、1981 年の式も広く使われています。
圧力は水の密度にどう影響しますか？
水は高圧下で圧縮されます。これは工学でよく使う「非圧縮」の近似とは異なります。1000 atm（およそ水深 10 km）では、海面条件に比べて水の密度は約 4–5% 増加します。表層の工学計算（P ≈ 1 atm）では、圧力効果は無視できます。深海の圧力効果は、潜水艦設計、深海 ROV、そして熱塩循環の理解に重要です。
水の密度を実験的に測るには？
最も簡単なのは質量/体積比です。校正済みのメスフラスコと高精度天秤で既知体積の水を量ります。密度 = 質量（g）/ 体積（mL）。ピクノメーター（比重瓶）は、体積を正確に定義することで高精度を実現します。ハイドロメーターは浮き沈みの深さで直接密度を測定します。デジタル密度計は振動 U 字管方式を使い、迅速かつ高精度（±0.0001 g/mL）で測定できます。