水密度計算器：溫度、鹽度與壓力
使用 UNESCO 狀態方程，根據溫度、鹽度與壓力計算水的密度。
輸入溫度（°C）、鹽度（%）與壓力（atm），若要比較實測密度，也可填入質量與體積。
水密度計算器：溫度、鹽度與壓力
使用 UNESCO 狀態方程，根據溫度、鹽度與壓力計算水的密度。
關於水密度計算器
水的密度會隨溫度、鹽度與壓力顯著變化，而這些變化對海洋學、水生生物學、工程與日常應用都有深遠影響。純水在 4°C 時達到最大密度，約為 999.97 kg/m³（幾乎等於 1.000 g/mL）。這個特殊的最大值讓冰能夠浮在水面上（冰比液態水更輕），也會讓湖泊在冬季形成分層，並影響驅動海洋環流的對流模式。
水密度對溫度的依賴是非線性且不對稱的。當溫度從 0°C 上升時，密度先略微增加，在 4°C 達到最大值，之後從 100°C 一直到更高溫度則單調下降。20°C（室溫）時，純水密度約為 998.2 kg/m³；80°C 時則降至約 971.8 kg/m³。這表示熱水確實比較輕——這個特性被用於熱虹吸供暖系統與自然對流冷卻。
鹽度會明顯提高水的密度。海洋平均鹽度約為千分之 35（3.5%），與相同溫度的淡水相比，密度會增加約 25–28 kg/m³。25°C、鹽度 3.5% 的海水密度約為 1023–1027 kg/m³。死海的鹽度約為 30–34%，密度接近 1240 kg/m³，因此物體比在淡水中更容易漂浮。
在一般條件下，壓力對密度的影響遠小於溫度和鹽度。海平面（1 atm）下，依慣例壓力效應視為零。在深海中，壓力可達 1000 atm 甚至更高，使水的密度增加約 4–5%。這種深水可壓縮性在溫鹽環流與深海動力學中都很重要。
本計算器採用基於 UNESCO（1981）海水狀態方程的多項式公式，這是海洋學計算的國際標準。純水密度多項式在 0–40°C 範圍內的精度可達 ±0.001 kg/m³；鹽度修正則採用 Millero–Poisson 方程，在大氣壓下適用於 0–40 ppt 鹽度。實測密度功能可將直接的質量/體積測量值與理論預測進行比較。
工程應用包括浮力計算、管線設計、熱交換器分析、海水淡化系統設計、水產養殖設施規劃、釀造與食品加工，以及熱排放與鹽排放的環境影響評估。
水密度範例
不同溫度、鹽度與壓力條件下的水密度。
| 條件 | 理論密度 | 備註 |
|---|---|---|
| 室溫：T=20°C, S=0%, P=1 atm；實測：100g / 100mL | 實測：1.000 g/mL，理論：≈0.9982 g/mL | 些微差異來自測量不確定性或真實水中的溶解氣體。 |
| 最大密度：T=4°C, S=0%, P=1 atm | ≈0.9999 g/mL（999.9 kg/m³） | 純水約在 4°C 時達到最大密度。 |
| 海水：T=25°C, S=3.5%, P=1 atm | ≈1.0234 g/mL（1023.4 kg/m³） | 平均海面海水。鹽度會使密度增加約 25 kg/m³。 |
| 熱水：T=80°C, S=0%, P=1 atm | ≈0.9739 g/mL（973.9 kg/m³） | 熱水明顯比較輕——這對熱系統設計很重要。 |
如何使用水密度計算器
- 輸入水溫，單位為攝氏度。此公式適用範圍為 0°C 到 100°C。
- 將鹽度輸入為百分比（例如海水填 3.5）。純淡水請輸入 0。
- 輸入以大氣壓為單位的壓力。表面條件請使用 1 atm。深海可用 1 + depth_m × 0.0987 atm。
- 若要計算實測密度並與理論值比較，可選填以克為單位的質量與以毫升為單位的體積。
- 點擊計算即可查看以 g/mL 與 kg/m³ 表示的理論密度。若已填寫實測值，還會顯示實測值與理論值的差異。
水密度常見問題
室溫下水的密度是多少？
在 20°C（68°F）和標準大氣壓下，純水密度約為 998.2 kg/m³，或 0.9982 g/mL。這略低於常見的 1.000 g/mL（1000 kg/m³），後者對應的是 4°C——也就是水的最大密度點。對於大多數工程計算，通常會以 1000 kg/m³ 作為方便的近似值。
為什麼水在 4°C 時密度最大？
水在 4°C 出現反常密度峰值，是由水分子的四面體氫鍵結構所造成。高於 4°C 時，熱膨脹（分子運動更快、占據更多空間）會降低密度。低於 4°C 時，水分子開始排列成六角晶格結構（冰形成的起點），其密度低於液態水。這兩種效應共同造成了 4°C 的密度最大值。
鹽度會對水密度產生多大影響？
鹽度每增加 1 ppt（0.1%），水的密度大約增加 0.8 kg/m³。鹽度 35 ppt（3.5%）的海水，在相同溫度下比淡水密度高約 25–28 kg/m³。鹽度約 300 ppt 的死海密度約為 1240 kg/m³，因此人很容易漂浮。溶解鹽會透過電致收縮減少水分子占據的體積，進而提高密度。
海水的狀態方程是什麼？
本計算器使用 UNESCO（1981）海水狀態方程，它將密度表示為溫度（T）、鹽度（S）與壓力（P）的多項式函數。純水密度多項式有 5 項；鹽度增加 3 項修正；壓力再增加額外修正。在海洋條件下，結果精度約為 ±0.005 kg/m³。現代標準是 TEOS-10（2010），但 1981 年方程仍被廣泛使用。
壓力如何影響水密度？
在高壓下，水是可壓縮的，這不同於工程上常見的不可壓縮近似。在 1000 atm（約 10 km 海深）時，相較於海面條件，水密度會增加約 4–5%。對於表層工程計算（P ≈ 1 atm），壓力效應可忽略。深海壓力效應對潛艇設計、深海 ROV 以及理解溫鹽環流都很重要。
如何實驗測量水的密度？
最簡單的方法是質量除以體積：使用校準過的容量瓶和精密天平稱量已知體積的水。密度 = 質量（g）/ 體積（mL）。比重瓶（pycnometer）可透過精確定義體積提供更高精度。密度計可透過浮力深度直接測量密度。數位密度計則使用振動 U 型管技術，測量快速且精度很高（±0.0001 g/mL）。