Kuigi see ei pruugi tunduda midagi, on õhus teie ümber tihedus. Õhu tihedust saab mõõta ja uurida füüsika ja keemia omaduste, näiteks selle kaalu, massi või mahu järgi. Teadlased ja insenerid kasutavad neid teadmisi seadmete ja toodete loomisel, mis neid ära kasutavad õhurõhk rehvide täitmisel, materjalide imemispumpade kaudu saatmisel ja vaakumkindla loomisel tihendid.
Õhutiheduse valem
Kõige põhilisem ja otsesem õhutiheduse valem on lihtsalt õhumassi jagamine selle mahuga. See on tiheduse as
\ rho = \ frac {m} {V}
tiheduse jaoksρ("rho") tavaliselt kilogrammides / m3, massmkilogrammides ja mahusVaastal m3. Näiteks kui teil oli 100 kg õhku, mille maht oli 1 m3, tihedus oleks 100 kg / m3.
Täpsemalt õhu tiheduse kohta parema ettekujutuse saamiseks peate selle tiheduse sõnastamisel arvestama, kuidas õhk koosneb erinevatest gaasidest. Konstantse temperatuuri, rõhu ja mahu korral on kuiv õhk tavaliselt 78% lämmastikku (N2), 21% hapnikku (O2) ja üks protsent argooni (Ar).
Nende molekulide mõju õhurõhule arvestamiseks võite õhu massi arvutada summana lämmastiku kaks aatomit, milles igaühes on 14 aatomiühikut, hapniku kaks aatomit, milles igaüks on 16 aatomiühikut, ja argooni üksik aatom, milles on 18 aatomiühikut ühikut.
Kui õhk pole täielikult kuiv, võite lisada ka mõned veemolekulid (H2O), mis on kahe vesinikuaatomi jaoks kaks aatomiühikut ja ainsuse hapniku aatomi jaoks 16 aatomühikut. Kui arvutate välja, kui palju õhumassi teil on, võite eeldada, et need keemilised koostisosad on jaotatakse kogu see ühtlaselt ja arvutatakse seejärel nende keemiliste komponentide protsent kuivaines õhk.
Tiheduse arvutamisel võite kasutada ka erikaalu, kaalu ja mahu suhet. Erikaalγ("gamma") annab võrrand
\ gamma = \ frac {mg} {V} = \ rho g
see lisab täiendava muutujaggravitatsioonikiirenduse konstantina 9,8 m / s2. Sellisel juhul on massi ja gravitatsioonikiirenduse korrutis gaasi kaal ja jagades selle väärtuse mahugaVoskab öelda gaasi erikaalu.
Õhutiheduse kalkulaator
Veebipõhine õhutiheduse kalkulaator, näiteks üks poolt Inseneri tööriistakast laseme teil arvutada õhutiheduse teoreetilised väärtused etteantud temperatuuril ja rõhul. Veebisaidil on ka õhutiheduse tabel, mis sisaldab väärtusi erinevatel temperatuuridel ja rõhul. Need graafikud näitavad, kuidas tihedus ja erikaal vähenevad temperatuuri ja rõhu kõrgemate väärtuste korral.
Seda saate teha Avogadro seaduse tõttu, mis ütleb, et "kõigi gaaside võrdsel mahul, samal temperatuuril ja rõhul, on sama arv molekule". Selle jaoks Seetõttu kasutavad teadlased ja insenerid seda suhet temperatuuri, rõhu või tiheduse määramiseks, kui nad teavad muud teavet oma gaasimahu kohta õppimine.
Nende graafikute kõverus tähendab, et nende suuruste vahel on logaritmiline seos. Ideaalse gaasiseaduse ümberkorraldamise abil saate näidata, et see sobib teooriaga:
PV = mRT
surve jaoksP, mahtV, gaasi massm, gaasikonstantR(0,1667226 J / kg K) ja temperatuurTsaadaρ
\ rho = \ frac {P} {RT}
millesρon tihedus ühikutesm / Vmass / maht (kg / m3). Pidage meeles, et ideaalse gaasiseaduse selles versioonis kasutatakseRgaasikonstant massiühikutes, mitte moolides.
Ideaalse gaasiseaduse variatsioon näitab, et temperatuuri tõustes suureneb tihedus logaritmiliselt, kuna1 / Ton proportsionaalne väärtusegaρ.See pöördvõrdeline seos kirjeldab õhutiheduse graafikute ja õhutiheduse tabelite kumerust.
Õhutihedus vs. Kõrgus
Kuiv õhk võib kuuluda ühe määratluse alla. See võib olla õhk, milles pole ühtegi veejälge, või see võib olla madala suhtelise õhuniiskusega õhk, mida saab suurematel kõrgustel muuta. Sellised õhutiheduse tabelid nagu peal Omnikulaator näidata, kuidas õhutihedus kõrguse suhtes muutub. Omnikulaator on ka kalkulaator õhurõhu määramiseks antud kõrgusel.
Kõrguse kasvades langeb õhurõhk peamiselt õhu ja maa vahelise gravitatsioonilise tõmbe tõttu. Seda seetõttu, et maa ja õhu molekulide vaheline gravitatsiooniline külgetõmme väheneb, vähendades molekulide vaheliste jõudude rõhku, kui lähete kõrgemale.
See juhtub ka seetõttu, et molekulidel on ise vähem kaalu, kuna raskusjõu tõttu on suurem kaal kõrgemal. See seletab, miks mõnel toidul on kõrgematel kõrgustel küpsemine kauem aega, kuna nende gaasimolekulide ergastamiseks on vaja rohkem soojust või kõrgemat temperatuuri.
Õhusõiduki kõrgusemõõtjad, mõõdetavad seadmed, kasutavad seda ära, mõõtes rõhku ja kasutades seda kõrguse hindamiseks, tavaliselt keskmise merepinna (MSL) järgi. Globaalsed positsioneerimissüsteemid (GPS) annavad teile täpsema vastuse, mõõtes tegelikku kaugust merepinnast.
Tiheduse ühikud
Teadlased ja insenerid kasutavad SI-ühikuid enamasti tiheduse kg / m jaoks3. Muud kasutusalad võivad juhtumist ja eesmärgist lähtuvalt olla sobivamad. Väiksemaid tihedusi, näiteks mikroelementide tihedust tahketes objektides, nagu teras, saab tavaliselt väljendada lihtsamalt, kasutades ühikuid g / cm3. Muude võimalike tihedusühikute hulka kuuluvad kg / l ja g / ml.
Pidage meeles, et kui soovite tiheduse jaoks eri ühikute vahel teisendada, peate helitugevuse ühikute muutmiseks arvestama eksponentsiaalse tegurina kolm helitugevuse dimensiooni.
Näiteks kui soovite teisendada 5 kg / cm3 kuni kg / m3korrutaksite 5 100-ga3, mitte ainult 100, et saada tulemus 5 x 106 kg / m3.
Muud mugavad konversioonid hõlmavad 1 g / cm3 = 0,001 kg / m3, 1 kg / l = 1000 kg / m3 ja 1 g / ml = 1000 kg / m3. Need seosed näitavad tiheduse ühikute mitmekülgsust soovitud olukorra jaoks.
Ameerika Ühendriikide tavalistes ühikute standardites võite olla rohkem harjunud mõõtühikute või kilogrammide asemel kasutama selliseid üksusi nagu jalad või naelad. Nendes stsenaariumides saate meeles pidada mõnda kasulikku konversiooni, näiteks 1 oz / in3 = 108 naela / jalga3, 1 lb / gal ≈ 7,48 lb / ft3 ja 1 nael / jard3 0,037 naela / jalga3. Nendel juhtudel viitab ≈ ligikaudsele väärtusele, kuna need arvud teisendamiseks pole täpsed.
Need tiheduse ühikud võivad anda teile parema ülevaate abstraktsemate või nüansirikkamate mõistete, näiteks keemilistes reaktsioonides kasutatavate materjalide energiatiheduse mõõtmiseks. See võib olla autode süütes kasutatavate kütuste energiatihedus või see, kui palju tuumaenergiat saab salvestada sellistesse elementidesse nagu uraan.
Näiteks õhu tiheduse ja elektrivälja joonte tiheduse võrdlemine elektriliselt laetud objekti ümber võib anda teile parema ülevaate sellest, kuidas integreerida suurused erinevates mahtudes.