როგორ გამოვთვალოთ ჰაერის სიმკვრივე

მართალია, როგორც ჩანს, არაფერია, მაგრამ თქვენს გარშემო ჰაერს აქვს სიმჭიდროვე. ჰაერის სიმკვრივის გაზომვა და შესწავლა შესაძლებელია ფიზიკისა და ქიმიის თავისებურებებისთვის, როგორიცაა მისი წონა, მასა ან მოცულობა. მეცნიერები და ინჟინრები იყენებენ ამ ცოდნას ისეთი აღჭურვილობისა და პროდუქტების შექმნისას, რომლებიც სარგებლობენ ჰაერის წნევა საბურავების გასაბერვისას, შეწოვის ტუმბოების საშუალებით მასალების გაგზავნისას და ვაკუუმში მჭიდრო შექმნისას ბეჭდები.

ყველაზე ძირითადი და პირდაპირი ჰაერის სიმკვრივის ფორმულა არის უბრალოდ ჰაერის მასის დაყოფა მისი მოცულობის მიხედვით. ეს არის სიმკვრივის სტანდარტული განმარტება, როგორც

სიმკვრივისთვისρ("rho") ზოგადად კგ / მ-ში³, მასამკგ და მოცულობითვმ-ში³. მაგალითად, თუ გქონდათ 100 კგ ჰაერი, რომელიც 1 მ მოცულობას იკავებდა³, სიმჭიდროვე იქნება 100 კგ / მ³.

კონკრეტულად ჰაერის სიმკვრივის უკეთესად წარმოსადგენად, თქვენ უნდა გაითვალისწინოთ, თუ როგორ ხდება ჰაერი სხვადასხვა გაზებისგან მისი სიმკვრივის ფორმულირებისას. მუდმივ ტემპერატურაზე, წნევაზე და მოცულობაში, მშრალი ჰაერი, როგორც წესი, მზადდება 78% აზოტისგან (

იმის გათვალისწინებით, თუ რა გავლენას ახდენს ეს მოლეკულები ჰაერის წნევაზე, შეგიძლიათ გამოთვალოთ ჰაერის მასა ჯამის სახით აზოტის ორი ატომი 14 ატომური ერთეულით, ჟანგბადის ორი ატომი 16 ატომური ერთეულით და არგონის ერთი ატომი 18 ატომური ერთეულიდან ერთეულები.

თუ ჰაერი არ არის მშრალი, შეგიძლიათ დაამატოთ წყლის მოლეკულები (ჰ₂ო) რომლებიც ორი ატომური ერთეულია წყალბადის ორი ატომისა და 16 ატომური ერთეული სინგულარული ჟანგბადის ატომისთვის. თუ გამოთვლით რამდენი მასის ჰაერი გაქვთ, შეიძლება ჩათვალოთ, რომ ეს ქიმიური შემადგენლებია მთელ მასზე განაწილებულია ერთნაირად და შემდეგ გამოითვალეთ მშრალი ქიმიური კომპონენტების პროცენტული მაჩვენებელი საჰაერო.

სიმკვრივის გამოსათვლელად ასევე შეგიძლიათ გამოიყენოთ კონკრეტული წონა, წონის თანაფარდობა მოცულობასთან. კონკრეტული წონაγ("გამა") მოცემულია განტოლებით

რომელიც დამატებით ცვლადს ამატებსგროგორც გრავიტაციული აჩქარების მუდმივი 9,8 მ / წმ². ამ შემთხვევაში, მასობრივი და გრავიტაციული აჩქარების პროდუქტი არის გაზის წონა და ამ მნიშვნელობის დაყოფა მოცულობის მიხედვითვშეგიძლიათ გაზის სპეციფიკური წონა გითხრათ.

ჰაერის სიმკვრივის ონლაინ კალკულატორი, მაგალითად ის საინჟინრო ყუთები გამოთვალეთ თეორიული მნიშვნელობები ჰაერის სიმკვრივისთვის მოცემულ ტემპერატურასა და წნევაზე. ვებ – გვერდზე აგრეთვე მოცემულია ჰაერის სიმკვრივის სიდიდეები სხვადასხვა ტემპერატურაზე და წნევაზე. ეს გრაფიკები გვიჩვენებს, თუ როგორ იკლებს სიმკვრივე და კონკრეტული წონა ტემპერატურისა და წნევის მაღალ მნიშვნელობებზე.

ამის გაკეთება შეგიძლიათ ავოგადროს კანონის გამო, სადაც ნათქვამია, რომ "ყველა გაზების თანაბარი მოცულობა, ერთსა და იმავე ტემპერატურასა და წნევაზე, იგივე რაოდენობის მოლეკულაა". Ამისთვის ამის გამო, მეცნიერები და ინჟინრები იყენებენ ამ ურთიერთობას ტემპერატურის, წნევის ან სიმკვრივის დასადგენად, როდესაც მათ იციან სხვა ინფორმაცია გაზის მოცულობის შესახებ სწავლა.

ამ გრაფიკების მრუდი ნიშნავს რომ ამ სიდიდეებს შორის არსებობს ლოგარითმული კავშირი. შეგიძლიათ აჩვენოთ, რომ ეს ემთხვევა თეორიას გაზის იდეალური კანონის ხელახალი მოწყობით:

ზეწოლისთვისპ, მოცულობავ, გაზის მასამ, გაზის მუდმივირ(0,167226 J / კგ K) და ტემპერატურათმიღებაρ​

რომელშიცρსიმკვრივეა ერთეულებშიმ / ვმასა / მოცულობა (კგ / მ)³). გაითვალისწინეთ გაზის იდეალური კანონის ეს ვერსია იყენებსრგაზის მუდმივი მასის ერთეულებში და არა მოლები.

გაზის იდეალური კანონის ცვალებადობა გვიჩვენებს, რომ, ტემპერატურის მატებასთან ერთად, სიმკვრივე იზრდება ლოგარითმულად, რადგან1 / ტპროპორციულიაρ.ეს შებრუნებული ურთიერთობა აღწერს ჰაერის სიმკვრივის გრაფიკისა და ჰაერის სიმკვრივის ცხრილების მრუდეს.

მშრალი ჰაერი შეიძლება მოხვდეს ორიდან ერთ-ერთ განმარტებას. ეს შეიძლება იყოს ჰაერი, მასში წყლის კვალი არ არის, ან შეიძლება იყოს ჰაერი დაბალი ფარდობითობის ტენიანობით, რომელიც შეიძლება შეიცვალოს უფრო მაღალ სიმაღლეებზე. ჰაერის სიმკვრივის მაგიდები, როგორიცაა ის ომნიკულატორი აჩვენეთ როგორ იცვლება ჰაერის სიმკვრივე სიმაღლის მიმართ. ომნიკულატორი ასევე აქვს კალკულატორი მოცემულ სიმაღლეზე ჰაერის წნევის დასადგენად.

სიმაღლის მატებასთან ერთად, ჰაერის წნევა ძირითადად იკლებს ჰაერსა და დედამიწას შორის გრავიტაციული მიზიდულობის გამო. ეს ხდება იმის გამო, რომ გრავიტაციული მიზიდულობა დედამიწასა და ჰაერის მოლეკულებს შორის მცირდება, რაც ამცირებს ძალების ზეწოლას მოლეკულებს შორის, როდესაც უფრო მაღალ სიმაღლეზე მიდიხართ.

ეს ასევე ხდება იმის გამო, რომ მოლეკულას ნაკლები წონა აქვს, რადგან უფრო მცირე სიმაღლეზე მიზიდულობის გამო ნაკლები წონაა. ამით აიხსნება, რომ ზოგიერთ საკვებს უფრო მაღალ სიმაღლეზე ამზადებენ, რადგან მათში უფრო მეტი სითბო ან უფრო მაღალი ტემპერატურა დაგჭირდებათ გაზის მოლეკულების აღსაგზნებად.

თვითმფრინავების სიმაღლეები, ინსტრუმენტები, რომლებიც ზომავს სიმაღლეს, ამით ისარგებლებენ წნევის გაზომვით და მისი გამოყენებით სიმაღლის შესაფასებლად, როგორც წესი, საშუალო ზღვის დონის (MSL) თვალსაზრისით. გლობალური პოზიციების სისტემები (GPS) გაწვდით უფრო ზუსტ პასუხს ზღვის დონიდან რეალური მანძილის გაზომვით.

მეცნიერები და ინჟინრები ძირითადად იყენებენ SI დანადგარებს კგ / მ სიმკვრივისთვის³. სხვა გამოყენება შეიძლება უფრო მეტად იყოს გამოყენებული საქმისა და მიზნის გათვალისწინებით. მცირე სიმკვრივეები, როგორიცაა კვალი ელემენტები მყარ ობიექტებში, მაგალითად ფოლადი, უფრო ადვილად შეიძლება გამოიხატოს გ / სმ ერთეულების გამოყენებით³. სიმკვრივის სხვა შესაძლო ერთეულებია კგ / ლ და გ / მლ.

გაითვალისწინეთ, რომ სხვადასხვა ერთეულებს შორის სიმკვრივის გარდაქმნისას, თქვენ უნდა გაითვალისწინოთ მოცულობის სამი განზომილება, როგორც ექსპონენციალური ფაქტორი, თუ საჭიროა მოცულობის ერთეულების შეცვლა.

მაგალითად, თუ გინდოდა 5 კგ / სმ-ზე გადაკეთება³ კგ / მ-მდე³, გაამრავლებდი 5-ს 100-ზე³არა მხოლოდ 100, რომ მიიღოთ 5 x 10 შედეგი⁶ კგ / მ³.

სხვა მოსახერხებელ გარდაქმნებში შედის 1 გ / სმ³ = .001 კგ / მ³, 1 კგ / ლ = 1000 კგ / მ³ და 1 გ / მლ = 1000 კგ / მ³. ეს ურთიერთობები აჩვენებს სიმკვრივის ერთეულების მრავალფეროვნებას სასურველი სიტუაციისთვის.

შეერთებულ შტატებში ერთეულების ჩვეულებრივ სტანდარტებში, თქვენ შეიძლება უფრო მიჩვეული იყოთ გამოიყენოთ ერთეულები, მაგალითად, ფუტი ან ფუნტი, მეტრისა და კილოგრამის ნაცვლად. ამ სცენარებში შეგიძლიათ გახსოვდეთ რამდენიმე სასარგებლო გარდაქმნა, როგორიცაა 1 oz / in³ = 108 ფუნტი / ფუტი³, 1 lb / gal gal 7,48 lb / ft³ და 1 lb / yd³ 37 0,037 ფუნტი / ფუტი³. ამ შემთხვევებში ≈ ეხება მიახლოებას, რადგან ეს რიცხვები გარდაქმნისთვის ზუსტი არ არის.

ამ სიმკვრივის ერთეულებმა შეიძლება უკეთ წარმოდგენა მოგცეთ, თუ როგორ უნდა გავზომოთ უფრო აბსტრაქტული ან ნიუანსირებული ცნებების სიმკვრივე, როგორიცაა ქიმიური რეაქციების დროს გამოყენებული მასალების ენერგიის სიმკვრივე. ეს შეიძლება იყოს საწვავის ენერგიის სიმკვრივე, რომელსაც მანქანები იყენებენ ანთების დროს ან რამდენი ბირთვული ენერგიის შენახვა შეიძლება ისეთ ელემენტებში, როგორიცაა ურანი.

მაგალითად, ელექტროენერგიის დამუხტული ობიექტის გარშემო ჰაერის სიმკვრივისა და ელექტრული ველის ხაზების სიმკვრივის შედარება უკეთ წარმოდგენას მოგცემთ იმის შესახებ, თუ როგორ უნდა ინტეგრირდეთ რაოდენობით სხვადასხვა მოცულობებზე.