So berechnen Sie die Luftdichte

Obwohl es wie nichts erscheinen mag, hat die Luft um dich herum eine Dichte. Die Dichte von Luft kann gemessen und auf physikalische und chemische Merkmale wie Gewicht, Masse oder Volumen untersucht werden. Wissenschaftler und Ingenieure nutzen dieses Wissen, um Geräte und Produkte zu entwickeln, die die Vorteile Luftdruck beim Aufpumpen von Reifen, Fördern von Materialien durch Saugpumpen und Herstellen vakuumdicht Dichtungen.

Die einfachste und einfachste Formel für die Luftdichte besteht darin, die Luftmasse einfach durch ihr Volumen zu teilen. Dies ist die Standarddefinition der Dichte als

für Dichteρ("rho") allgemein in kg/m²³, Masseichin kg und VolumenVin m³. Wenn Sie beispielsweise 100 kg Luft haben, die ein Volumen von 1 m²³, die Dichte wäre 100 kg/m³.

Um speziell die Dichte von Luft besser einschätzen zu können, müssen Sie bei der Formulierung ihrer Dichte berücksichtigen, wie Luft aus verschiedenen Gasen besteht. Bei konstanter Temperatur, Druck und Volumen besteht trockene Luft typischerweise aus 78 % Stickstoff (

Um die Wirkung dieser Moleküle auf den Luftdruck zu berücksichtigen, können Sie die Luftmasse als Summe von berechnen Stickstoffs zwei Atome von je 14 Atomeinheiten, Sauerstoffs zwei Atome von jeweils 16 Atomeinheiten und Argons einzelnes Atom von 18 Atomeinheiten Einheiten.

Wenn die Luft nicht ganz trocken ist, können Sie auch einige Wassermoleküle hinzufügen (H₂Ö), die zwei Atomeinheiten für die beiden Wasserstoffatome und 16 Atomeinheiten für das singuläre Sauerstoffatom sind. Wenn Sie berechnen, wie viel Luft Sie haben, können Sie davon ausgehen, dass diese chemischen Bestandteile gleichmäßig verteilt und dann den prozentualen Anteil dieser chemischen Bestandteile in Trockenmasse berechnen Luft.

Sie können auch das spezifische Gewicht, das Verhältnis von Gewicht zu Volumen, zur Berechnung der Dichte verwenden. Das spezifische Gewichtγ("gamma") ist gegeben durch die Gleichung

das fügt eine zusätzliche Variable hinzuGals Konstante der Erdbeschleunigung 9,8 m/s². In diesem Fall ist das Produkt aus Masse und Erdbeschleunigung das Gewicht des Gases und dividiert diesen Wert durch das VolumenVkann Ihnen das spezifische Gewicht des Gases sagen.

Ein Online-Luftdichterechner wie der von such Engineering-Toolbox lassen Sie theoretische Werte für die Luftdichte bei gegebenen Temperaturen und Drücken berechnen. Die Website bietet auch eine Luftdichtetabelle mit Werten bei verschiedenen Temperaturen und Drücken. Diese Diagramme zeigen, wie Dichte und spezifisches Gewicht bei höheren Temperatur- und Druckwerten abnehmen.

Sie können dies aufgrund des Gesetzes von Avogadro tun, das besagt, dass "gleiche Volumina aller Gase bei gleicher Temperatur und gleichem Druck die gleiche Anzahl von Molekülen haben". Dafür Aus diesem Grund verwenden Wissenschaftler und Ingenieure diese Beziehung zur Bestimmung von Temperatur, Druck oder Dichte, wenn sie andere Informationen über ein Gasvolumen kennen, das sie sind studieren.

Die Krümmung dieser Graphen bedeutet, dass zwischen diesen Größen eine logarithmische Beziehung besteht. Sie können zeigen, dass dies mit der Theorie übereinstimmt, indem Sie das ideale Gasgesetz neu ordnen:

für DruckP, LautstärkeV, Masse des Gasesich, GaskonstanteR(0,167226 J/kg K) und TemperaturTzu bekommenρ​

in welchemρist Dichte in Einheiten vonm/VMasse/Volumen (kg/m²³). Denken Sie daran, dass diese Version des idealen Gasgesetzes dieRGaskonstante in Masseneinheiten, nicht in Mol.

Die Variation des idealen Gasgesetzes zeigt, dass die Dichte mit steigender Temperatur logarithmisch zunimmt, weil1/Tist proportional zuρ.Diese umgekehrte Beziehung beschreibt die Krümmung der Luftdichtediagramme und Luftdichtetabellen.

Trockene Luft kann unter eine von zwei Definitionen fallen. Es kann Luft ohne Wasserspuren sein oder Luft mit niedriger relativer Luftfeuchtigkeit, die in größeren Höhen verändert werden kann. Luftdichtetabellen wie die auf Omnirechner zeigen, wie sich die Luftdichte in Abhängigkeit von der Höhe ändert. Omnirechner hat auch einen Rechner, um den Luftdruck in einer bestimmten Höhe zu bestimmen.

Mit zunehmender Höhe sinkt der Luftdruck hauptsächlich aufgrund der Anziehungskraft zwischen Luft und Erde. Dies liegt daran, dass die Anziehungskraft zwischen der Erde und den Luftmolekülen abnimmt, wodurch der Druck der Kräfte zwischen den Molekülen verringert wird, wenn Sie in größere Höhen gehen.

Es passiert auch, weil die Moleküle selbst weniger Gewicht haben, weil sie in größeren Höhen aufgrund der Schwerkraft weniger Gewicht haben. Dies erklärt, warum einige Lebensmittel in höheren Lagen länger zum Garen brauchen, da sie mehr Hitze oder eine höhere Temperatur benötigen, um die Gasmoleküle in ihnen anzuregen.

Flughöhenmesser, Instrumente zur Höhenmessung, machen sich dies zunutze, indem sie den Druck messen und daraus die Höhe abschätzen, normalerweise in Form des mittleren Meeresspiegels (MSL). Global Positionssysteme (GPS) geben Ihnen eine genauere Antwort, indem Sie die tatsächliche Entfernung über dem Meeresspiegel messen.

Wissenschaftler und Ingenieure verwenden meist die SI-Einheiten für die Dichte kg/m³. Andere Verwendungen können je nach Fall und Zweck besser anwendbar sein. Kleinere Dichten wie die von Spurenelementen in festen Objekten wie Stahl lassen sich im Allgemeinen leichter mit der Einheit g/cm. ausdrücken³. Andere mögliche Dichteeinheiten sind kg/l und g/ml.

Denken Sie daran, dass Sie bei der Umrechnung zwischen verschiedenen Dichteeinheiten die drei Volumendimensionen als exponentiellen Faktor berücksichtigen müssen, wenn Sie die Volumeneinheiten ändern müssen.

Wenn Sie beispielsweise 5 kg/cm² umrechnen möchten³ bis kg/m²³, würden Sie 5 mit 100 multiplizieren³, nicht nur 100, um das Ergebnis von 5 x 10. zu erhalten⁶ kg/m²³.

Andere praktische Umrechnungen sind 1 g/cm²³ = 0,001 kg/m²³, 1kg/l = 1000kg/m²³ und 1 g/ml = 1000 kg/m²³. Diese Beziehungen zeigen die Vielseitigkeit von Dichteeinheiten für die gewünschte Situation.

In den in den USA üblichen Einheitenstandards sind Sie möglicherweise eher daran gewöhnt, Einheiten wie Fuß oder Pfund anstelle von Metern bzw. Kilogramm zu verwenden. In diesen Szenarien können Sie sich einige nützliche Umrechnungen wie 1 oz/in. merken³ = 108 lb / ft³, 1 lb / gal ≈ 7,48 lb / ft³ und 1 lb/yd³ ≈ 0,037 lb / ft³. In diesen Fällen bezieht sich auf eine Näherung, da diese Zahlen für die Umrechnung nicht genau sind.

Diese Dichteeinheiten können Ihnen eine bessere Vorstellung davon geben, wie Sie die Dichte von abstrakteren oder nuancierteren Konzepten wie die Energiedichte von Materialien, die in chemischen Reaktionen verwendet werden, messen. Dies könnte die Energiedichte der Brennstoffe sein, die Autos zur Zündung verwenden, oder wie viel Kernenergie in Elementen wie Uran gespeichert werden kann.

Der Vergleich der Luftdichte mit der Dichte der elektrischen Feldlinien um ein elektrisch geladenes Objekt herum kann Ihnen beispielsweise eine bessere Vorstellung davon geben, wie Sie Größen über verschiedene Volumina integrieren.