वायु घनत्व की गणना कैसे करें

हालांकि यह कुछ भी नहीं लग सकता है, आपके आस-पास की हवा में घनत्व है। हवा के घनत्व को उसके वजन, द्रव्यमान या आयतन जैसे भौतिकी और रसायन विज्ञान की विशेषताओं के लिए मापा और अध्ययन किया जा सकता है। वैज्ञानिक और इंजीनियर इस ज्ञान का उपयोग ऐसे उपकरण और उत्पाद बनाने में करते हैं जो इसका लाभ उठाते हैं टायरों को फुलाते समय हवा का दबाव, सक्शन पंपों के माध्यम से सामग्री भेजना और वैक्यूम-टाइट बनाना जवानों।

सबसे बुनियादी और सीधा वायु घनत्व सूत्र हवा के द्रव्यमान को उसके आयतन से विभाजित करना है। यह घनत्व की मानक परिभाषा है:

घनत्व के लिएρ("rho") आम तौर पर kg/m. में³, द्रव्यमानमकिलो और मात्रा मेंवीएम. में³. उदाहरण के लिए, यदि आपके पास १०० किलो हवा है जो १ वर्ग मीटर की मात्रा लेती है³, घनत्व 100 किग्रा / मी. होगा³.

विशेष रूप से हवा के घनत्व का एक बेहतर विचार प्राप्त करने के लिए, आपको यह ध्यान रखना होगा कि घनत्व बनाते समय हवा विभिन्न गैसों से कैसे बनती है। एक स्थिर तापमान, दबाव और आयतन पर, शुष्क हवा आमतौर पर 78% नाइट्रोजन (नाइट्रोजन) से बनी होती है।नहीं₂), 21% ऑक्सीजन (हे₂) और एक प्रतिशत आर्गन (एआर​).

इन अणुओं के वायुदाब पर पड़ने वाले प्रभाव को ध्यान में रखते हुए, आप वायु के द्रव्यमान की गणना के योग के रूप में कर सकते हैं नाइट्रोजन के दो परमाणु 14 परमाणु इकाइयों के प्रत्येक, ऑक्सीजन के दो परमाणु 16 परमाणु इकाइयों के प्रत्येक और आर्गन के 18 परमाणु इकाइयों के एकल परमाणु इकाइयां

यदि हवा पूरी तरह से शुष्क नहीं है, तो आप कुछ पानी के अणु भी जोड़ सकते हैं (एच₂हे) जो दो हाइड्रोजन परमाणुओं के लिए दो परमाणु इकाइयाँ और एकवचन ऑक्सीजन परमाणु के लिए 16 परमाणु इकाइयाँ हैं। यदि आप गणना करते हैं कि आपके पास हवा का कितना द्रव्यमान है, तो आप मान सकते हैं कि ये रासायनिक घटक हैं इसमें समान रूप से वितरित करें और फिर सूखे में इन रासायनिक घटकों के प्रतिशत की गणना करें वायु।

आप घनत्व की गणना में विशिष्ट वजन, वजन और आयतन के अनुपात का भी उपयोग कर सकते हैं। विशिष्ट वजनγ("गामा") समीकरण द्वारा दिया गया है

जो एक अतिरिक्त चर जोड़ता हैजीगुरुत्वाकर्षण त्वरण के स्थिरांक के रूप में 9.8 m/s². इस मामले में, द्रव्यमान और गुरुत्वाकर्षण त्वरण का गुणनफल गैस का भार है, और इस मान को आयतन से विभाजित करनावीआपको गैस का विशिष्ट वजन बता सकता है।

एक ऑनलाइन वायु घनत्व कैलकुलेटर जैसे कि वन बाई इंजीनियरिंग टूलबॉक्स आपको दिए गए तापमान और दबाव पर वायु घनत्व के सैद्धांतिक मूल्यों की गणना करने देता है। वेबसाइट विभिन्न तापमानों और दबावों पर मूल्यों की एक वायु घनत्व तालिका भी प्रदान करती है। ये ग्राफ दिखाते हैं कि तापमान और दबाव के उच्च मूल्यों पर घनत्व और विशिष्ट वजन कैसे घटते हैं।

आप एवोगैड्रो के नियम के कारण ऐसा कर सकते हैं, जिसमें कहा गया है, "सभी गैसों के समान आयतन, समान तापमान और दबाव पर, अणुओं की संख्या समान होती है।" इसके लिए कारण, वैज्ञानिक और इंजीनियर इस संबंध का उपयोग तापमान, दबाव या घनत्व के निर्धारण में करते हैं जब वे गैस की मात्रा के बारे में अन्य जानकारी जानते हैं जो वे हैं पढ़ते पढ़ते।

इन रेखांकन की वक्रता का अर्थ है कि इन राशियों के बीच एक लघुगणकीय संबंध है। आप दिखा सकते हैं कि यह आदर्श गैस कानून को फिर से व्यवस्थित करके सिद्धांत से मेल खाता है:

दबाव के लिएपी, मात्रावी, गैस का द्रव्यमानम, गैस स्थिरांकआर(०.१६७२२६ जे/किग्रा के) और तापमानटीपाने के लिएρ​

जिसमेंρकी इकाइयों में घनत्व हैमी/वीद्रव्यमान/मात्रा (किलो/एम .)³). ध्यान रखें कि आदर्श गैस कानून के इस संस्करण का उपयोग करता हैआरद्रव्यमान की इकाइयों में गैस स्थिरांक, मोल नहीं।

आदर्श गैस नियम के परिवर्तन से पता चलता है कि जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, घनत्व लघुगणकीय रूप से बढ़ता है क्योंकि1/टीके लिए आनुपातिक हैρ.यह व्युत्क्रम संबंध वायु घनत्व रेखांकन और वायु घनत्व तालिकाओं की वक्रता का वर्णन करता है।

शुष्क हवा दो परिभाषाओं में से एक के अंतर्गत आ सकती है। यह बिना पानी के हवा हो सकती है या यह कम सापेक्षता आर्द्रता वाली हवा हो सकती है, जिसे अधिक ऊंचाई पर बदला जा सकता है। वायु घनत्व तालिकाएं जैसे कि वन ऑन ओमनीकैलकुलेटर दिखाएँ कि ऊंचाई के संबंध में वायु घनत्व कैसे बदलता है। ओमनीकैलकुलेटर एक निश्चित ऊंचाई पर हवा के दबाव को निर्धारित करने के लिए एक कैलकुलेटर भी है।

जैसे-जैसे ऊंचाई बढ़ती है, वायुदाब मुख्य रूप से हवा और पृथ्वी के बीच गुरुत्वाकर्षण आकर्षण के कारण कम होता जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि पृथ्वी और हवा के अणुओं के बीच गुरुत्वाकर्षण आकर्षण कम हो जाता है, जब आप उच्च ऊंचाई पर जाते हैं तो अणुओं के बीच बलों का दबाव कम हो जाता है।

ऐसा इसलिए भी होता है क्योंकि अणुओं का वजन स्वयं कम होता है क्योंकि अधिक ऊंचाई पर गुरुत्वाकर्षण के कारण कम वजन होता है। यह बताता है कि क्यों कुछ खाद्य पदार्थ अधिक ऊंचाई पर पकने में अधिक समय लेते हैं क्योंकि उन्हें अपने भीतर गैस के अणुओं को उत्तेजित करने के लिए अधिक गर्मी या उच्च तापमान की आवश्यकता होगी।

एयरक्राफ्ट अल्टीमीटर, उपकरण जो ऊंचाई को मापते हैं, दबाव को मापकर और ऊंचाई का अनुमान लगाने के लिए इसका उपयोग करते हैं, आमतौर पर माध्य-समुद्र-स्तर (एमएसएल) के संदर्भ में। ग्लोबल पोजीशन सिस्टम (जीपीएस) समुद्र तल से वास्तविक दूरी को मापकर आपको अधिक सटीक उत्तर देता है।

वैज्ञानिक और इंजीनियर ज्यादातर एसआई इकाइयों का उपयोग किलो/एम के घनत्व के लिए करते हैं³. मामले और उद्देश्य के आधार पर अन्य उपयोग अधिक लागू हो सकते हैं। स्टील जैसी ठोस वस्तुओं में ट्रेस तत्वों जैसे छोटे घनत्वों को आम तौर पर जी/सेमी की इकाइयों का उपयोग करके अधिक आसानी से व्यक्त किया जा सकता है³. घनत्व की अन्य संभावित इकाइयों में किग्रा/एल और जी/एमएल शामिल हैं।

ध्यान रखें, घनत्व के लिए विभिन्न इकाइयों के बीच परिवर्तित करते समय, आपको मात्रा के तीन आयामों को एक घातीय कारक के रूप में ध्यान में रखना होगा यदि आपको मात्रा के लिए इकाइयों को बदलने की आवश्यकता है।

उदाहरण के लिए, यदि आप 5 किग्रा/सेमी. कन्वर्ट करना चाहते हैं³ किलो/m. तक³, आप 5 को 100. से गुणा करेंगे³, सिर्फ १०० नहीं, ५ x १०. का परिणाम प्राप्त करने के लिए⁶ किग्रा / मी³.

अन्य आसान रूपांतरणों में शामिल हैं 1 g/cm³ = .001 किग्रा/एम³, 1 किग्रा/ली = 1000 किग्रा/मी³ और 1 ग्राम/एमएल = 1000 किग्रा/एम³. ये संबंध वांछित स्थिति के लिए घनत्व इकाइयों की बहुमुखी प्रतिभा को दर्शाते हैं।

संयुक्त राज्य अमेरिका में इकाइयों के प्रथागत मानकों में, आप क्रमशः मीटर या किलोग्राम के बजाय फीट या पाउंड जैसी इकाइयों का उपयोग करने के अधिक आदी हो सकते हैं। इन परिदृश्यों में, आप कुछ उपयोगी रूपांतरणों को याद रख सकते हैं जैसे 1 आउंस/इंच³ = १०८ पौंड/फीट³, 1 एलबी / गैल ≈ 7.48 एलबी / फीट³ और 1 पौंड/yd³ ≈ ०.०३७ एलबी / फीट³. इन मामलों में, एक सन्निकटन को संदर्भित करता है क्योंकि रूपांतरण के लिए ये संख्याएँ सटीक नहीं हैं।

घनत्व की ये इकाइयाँ आपको एक बेहतर विचार दे सकती हैं कि रासायनिक प्रतिक्रियाओं में प्रयुक्त सामग्री की ऊर्जा घनत्व जैसी अधिक अमूर्त या सूक्ष्म अवधारणाओं के घनत्व को कैसे मापें। यह ईंधन कारों का ऊर्जा घनत्व प्रज्वलन में उपयोग हो सकता है या यूरेनियम जैसे तत्वों में कितनी परमाणु ऊर्जा संग्रहीत की जा सकती है।

उदाहरण के लिए, किसी विद्युत आवेशित वस्तु के चारों ओर विद्युत क्षेत्र रेखाओं के घनत्व से वायु घनत्व की तुलना करना, आपको विभिन्न आयतनों पर मात्राओं को एकीकृत करने का एक बेहतर विचार दे सकता है।