Công thức IAPWS 1995 cho các đặc tính nhiệt động học của chất nước thông thường phục vụ cho các mục đích chung và khoa học

Năm 1995, Hiệp hội Quốc tế về Tính chất của Nước và Hơi (IAPWS) đã thông qua một công thức mới gọi là "Công thức IAPWS 1995 cho các Đặc tính Nhiệt động học của Chất Nước Thông Thường phục vụ cho các Mục đích Chung và Khoa học", viết tắt là công thức IAPWS-95. Công thức IAPWS-95 thay thế cho công thức trước đó được thông qua năm 1984. Nghiên cứu này cung cấp thông tin về dữ liệu thí nghiệm đã chọn liên quan đến các đặc tính nhiệt động học của nước được sử dụng để phát triển công thức mới, nhưng thông tin cũng được cung cấp về dữ liệu mới hơn. Bài báo trình bày tất cả các chi tiết của công thức IAPWS-95, thể hiện dưới dạng một phương trình cơ bản rõ ràng liên quan đến năng lượng tự do Helmholtz. Hàm cho phần còn lại của năng lượng tự do Helmholtz đã được điều chỉnh theo dữ liệu đã chọn cho các đặc tính sau: (a) các đặc tính nhiệt của vùng đơn pha (pρT) và bề mặt phân cách hơi-lỏng (pσρ′ρ″T), bao gồm điều kiện cân bằng pha (tiêu chí Maxwell), và (b) các đặc tính nhiệt như nhiệt dung riêng ở thể tích không đổi, nhiệt dung riêng ở áp suất không đổi, tốc độ âm, sự chênh lệch trong enthalpy cụ thể và năng lượng nội tại cụ thể, hệ số Joule–Thomson, và hệ số chế độ giảm áp đẳng nhiệt. Bằng cách áp dụng các chiến lược hiện đại để tối ưu hóa hình thức hàm của phương trình trạng thái và thực hiện phù hợp phi tuyến đồng thời với dữ liệu của tất cả các thuộc tính đã đề cập, công thức IAPWS-95 đã được phát triển để bao gồm một khoảng giá trị nhiệt độ từ đường nóng chảy (nhiệt độ thấp nhất 251.2 K tại 209.9 MPa) đến 1273 K và áp suất lên đến 1000 MPa. Trong toàn bộ miền giá trị này, IAPWS-95 thậm chí còn thể hiện dữ liệu chính xác nhất trong phạm vi không chắc chắn thí nghiệm của chúng. Trong phần quan trọng nhất của vùng lỏng, độ không chắc chắn của IAPWS-95 dao động từ ±0.001% đến ±0.02% trong mật độ, ±0.03% đến ±0.2% trong tốc độ âm, và ±0.1% trong nhiệt dung ở áp suất không đổi. Trong vùng lỏng tại áp suất bình thường, IAPWS-95 rất chính xác trong mật độ (độ không chắc chắn ⩽±0.0001%) và tốc độ âm (±0.005%). Trong một phần lớn của vùng khí, độ không chắc chắn ước tính trong mật độ dao động từ ±0.03% đến ±0.05%, trong tốc độ âm là ±0.15% và trong nhiệt dung ở áp suất không đổi là ±0.2%. Trong vùng tới hạn, IAPWS-95 không chỉ thể hiện tốt các đặc tính nhiệt mà còn cả các đặc tính nhiệt lượng theo một cách hợp lý. Sự chú ý đặc biệt đã được tập trung vào hành vi ngoại suy của công thức mới. Ít nhất về các đặc tính cơ bản như áp suất và enthalpy, IAPWS-95 có thể được ngoại suy lên đến những áp suất và nhiệt độ cực cao. Ngoài công thức IAPWS-95, cũng có các phương trình độc lập cho áp suất hơi, các mật độ, và các đặc tính nhiệt lượng quan trọng nhất dọc theo bề mặt phân cách hơi-lỏng, và cho áp suất trên đường nóng chảy và quá trình thăng hoa. Hơn nữa, một phương trình khí được đưa ra cho các mật độ lên đến 55 kg m−3. Các bảng về các đặc tính nhiệt động học được tính từ công thức IAPWS-95 được liệt kê trong Phụ lục.