何もないように見えるかもしれませんが、あなたの周りの空気は密度があります。 空気の密度は、その重量、質量、体積などの物理学および化学の特徴について測定および調査できます。 科学者やエンジニアは、この知識を利用して、 タイヤを膨らませ、吸引ポンプを介して材料を送り、真空気密を作り出すときの空気圧 アザラシ。
空気密度式
最も基本的で簡単な空気密度の式は、単に空気の質量をその体積で割ることです。 これは、密度の標準的な定義です。
\ rho = \ frac {m} {V}
密度についてρ（ "rho"）一般的にkg / m3、質量mkgと体積でVメートルで3. たとえば、1mの体積を占める100kgの空気がある場合3、密度は100 kg / mになります3.
具体的に空気の密度をよりよく理解するには、空気の密度を定式化するときに、空気がさまざまなガスでどのように作られているかを考慮する必要があります。 一定の温度、圧力、体積で、乾燥空気は通常78％の窒素でできています（N2）、21％酸素（O2）および1パーセントのアルゴン（Ar).
これらの分子が気圧に与える影響を考慮に入れるために、空気の質量を次の合計として計算できます。 それぞれ14原子単位の窒素の2つの原子、それぞれ16原子単位の酸素の2つの原子、および18原子のアルゴンの単一原子 単位。
空気が完全に乾いていない場合は、水分子を追加することもできます（H2O）これは、2つの水素原子の場合は2原子単位、単一の酸素原子の場合は16原子単位です。 あなたが持っている空気の質量を計算する場合、これらの化学成分は 全体に均一に分布し、乾燥状態でこれらの化学成分の割合を計算します 空気。
密度の計算では、比重、つまり重量と体積の比率を使用することもできます。 比重γ（「ガンマ」）は次の式で与えられます
\ gamma = \ frac {mg} {V} = \ rho g
追加の変数を追加しますg重力加速度の定数として9.8m / s2. この場合、質量と重力加速度の積はガスの重量であり、この値を体積で割ったものです。Vガスの比重を教えてくれます。
空気密度計算機
次のようなオンライン空気密度計算機 エンジニアリングツールボックス 特定の温度と圧力での空気密度の理論値を計算できます。 このWebサイトでは、さまざまな温度と圧力での空気密度の値の表も提供されています。 これらのグラフは、温度と圧力の値が高くなると、密度と比重量がどのように減少するかを示しています。
これを行うことができるのは、「同じ温度と圧力で、同じ体積のすべてのガスが同じ数の分子を持っている」というアボガドロの法則によるものです。 このため 理由として、科学者とエンジニアは、ガスの量に関する他の情報を知っているときに、温度、圧力、または密度を決定する際にこの関係を使用します 勉強しています。
これらのグラフの曲率は、これらの量の間に対数関係があることを意味します。 理想気体の法則を再配置することにより、これが理論と一致することを示すことができます。
PV = mRT
圧力用P、ボリュームV、ガスの質量m、ガス定数R（0.167226 J / kg K）および温度T取得するためρ
\ rho = \ frac {P} {RT}
その中でρの単位での密度ですm / V質量/体積（kg / m3). 理想気体の法則のこのバージョンは、Rガス定数は、モルではなく、質量の単位です。
理想気体の法則の変化は、温度が上昇するにつれて、密度が対数的に増加することを示しています。1 / Tに比例しますρ.この逆の関係は、空気密度グラフと空気密度テーブルの曲率を表します。
空気の密度と 高度
乾燥した空気は、2つの定義のいずれかに該当します。 水分がまったく含まれていない空気の場合もあれば、相対湿度が低い空気の場合もあり、高度が高くなると変化する可能性があります。 上のような空気密度表 Omnicalculator 高度に対して空気密度がどのように変化するかを示します。 Omnicalculator また、特定の高度での気圧を決定するための計算機もあります。
高度が上がると、主に空気と地球の間の引力により気圧が下がります。 これは、地球と空気の分子との間の引力が減少し、より高い高度に行くときに分子間の力の圧力が低下するためです。
また、高地では重力による重量が少ないため、分子自体の重量が少ないためにも発生します。 これは、一部の食品が高地にあると、内部のガス分子を励起するためにより多くの熱またはより高い温度を必要とするため、調理に時間がかかる理由を説明しています。
高度を測定する機器である航空機の高度計は、圧力を測定し、それを使用して、通常は平均海面（MSL）で高度を推定することにより、これを利用します。 全地球測位システム（GPS）は、海抜の実際の距離を測定することにより、より正確な答えを提供します。
密度の単位
科学者やエンジニアは主にkg / mの密度にSI単位を使用します3. ケースや目的によっては、他の用途がより適切な場合があります。 鋼などの固体物体の微量元素などのより小さな密度は、一般にg / cmの単位を使用してより簡単に表現できます。3. 他の可能な密度の単位には、kg / Lおよびg / mLが含まれます。
密度の異なる単位間で変換する場合、体積の単位を変更する必要がある場合は、体積の3次元を指数因子として考慮する必要があることに注意してください。
たとえば、5 kg / cmを変換したい場合3 〜kg / m3、5に100を掛けます3、100だけでなく、5 x10の結果を取得する6 kg / m3.
その他の便利な変換には、1 g / cmが含まれます3 = .001 kg / m3、1 kg / L = 1000 kg / m3 および1g / mL = 1000 kg / m3. これらの関係は、目的の状況に対する密度単位の多様性を示しています。
米国の通常の単位基準では、メートルやキログラムではなく、フィートやポンドなどの単位を使用することに慣れている場合があります。 これらのシナリオでは、1オンス/インチのようないくつかの有用な変換を思い出すことができます3 = 108ポンド/フィート3、1 lb /gal≈7.48lb/ ft3 および1ポンド/ヤード3 ≈0.037lb/ ft3. これらの場合、変換のこれらの数値は正確ではないため、≈は近似値を指します。
これらの密度の単位は、化学反応で使用される材料のエネルギー密度など、より抽象的なまたは微妙な概念の密度を測定する方法についてのより良いアイデアを提供します。 これは、自動車が点火に使用する燃料のエネルギー密度、またはウランなどの元素にどれだけの原子力エネルギーを蓄えることができるかである可能性があります。
たとえば、空気の密度を帯電した物体の周りの電界線の密度と比較すると、さまざまな体積の量を統合する方法をよりよく理解できます。