아무것도 아닌 것 같지만 주변 공기는 밀도가 있습니다. 공기의 밀도는 무게, 질량 또는 부피와 같은 물리 및 화학 특성에 대해 측정 및 연구 할 수 있습니다. 과학자와 엔지니어는이 지식을 활용하여 장비 및 제품을 만드는 데 사용합니다. 타이어를 부 풀릴 때 공기압, 흡입 펌프를 통해 물질을 보내고 진공을 만들 때 물개.
공기 밀도 공식
가장 기본적이고 직접적인 공기 밀도 공식은 단순히 공기의 질량을 부피로 나누는 것입니다. 이것은 밀도의 표준 정의입니다.
\ rho = \ frac {m} {V}
밀도ρ( "rho") 일반적으로 kg / m3, 질량미디엄kg 및 부피Vm 단위3. 예를 들어, 1m의 부피를 차지하는 100kg의 공기가있는 경우3, 밀도는 100kg / m입니다.3.
특히 공기의 밀도를 더 잘 이해하려면 밀도를 공식화 할 때 공기가 다른 기체로 어떻게 만들어 지는지 고려해야합니다. 일정한 온도, 압력 및 부피에서 건조한 공기는 일반적으로 78 % 질소 (엔2), 21 % 산소 (영형2) 및 1 % 아르곤 (Ar).
이러한 분자가 기압에 미치는 영향을 고려하기 위해 공기의 질량을 다음의 합으로 계산할 수 있습니다. 질소는 각각 14 원자 단위의 두 원자, 산소는 각각 16 원자 단위의 두 원자, 아르곤의 단일 원자 18 원자 단위.
공기가 완전히 건조하지 않은 경우 물 분자를 추가 할 수도 있습니다 (H2영형) 두 개의 수소 원자에 대한 두 개의 원자 단위와 단일 산소 원자에 대한 16 개의 원자 단위입니다. 가지고있는 공기의 질량을 계산하면 이러한 화학 성분이 다음과 같다고 가정 할 수 있습니다. 전체에 균일하게 분포 된 다음 건조 상태에서 이러한 화학 성분의 비율을 계산합니다. 공기.
밀도를 계산할 때 부피에 대한 무게의 비율 인 특정 무게를 사용할 수도 있습니다. 특정 무게γ( "감마")는 다음 방정식으로 주어집니다.
\ 감마 = \ frac {mg} {V} = \ rhog
추가 변수를 추가하는지중력 가속도 상수 9.8 m / s2. 이 경우 질량과 중력 가속도의 곱은 기체의 무게이며이 값을 부피로 나눕니다.V가스의 특정 중량을 알 수 있습니다.
공기 밀도 계산기
와 같은 온라인 공기 밀도 계산기 엔지니어링 도구 상자 주어진 온도와 압력에서 공기 밀도의 이론적 값을 계산할 수 있습니다. 웹 사이트는 또한 서로 다른 온도와 압력에서의 공기 밀도 표를 제공합니다. 이 그래프는 더 높은 온도와 압력 값에서 밀도와 비중이 어떻게 감소하는지 보여줍니다.
"동일한 온도와 압력에서 동일한 부피의 모든 기체가 동일한 수의 분자를가집니다."라고 말하는 Avogadro의 법칙 때문에 이렇게 할 수 있습니다. 이를 위해 이유는 과학자와 엔지니어가 기체의 양에 대한 다른 정보를 알고있을 때 온도, 압력 또는 밀도를 결정하는 데이 관계를 사용합니다. 공부.
이러한 그래프의 곡률은 이러한 양간에 로그 관계가 있음을 의미합니다. 이상 기체 법칙을 재정렬하여 이것이 이론과 일치 함을 보여줄 수 있습니다.
PV = mRT
압력을 위해피, 볼륨V, 가스의 질량미디엄, 가스 상수아르 자형(0.167226 J / kg K) 및 온도티얻기 위해ρ
\ rho = \ frac {P} {RT}
어느ρ단위 밀도m / V질량 / 부피 (kg / m3). 이 버전의 이상 기체 법칙은아르 자형몰이 아닌 질량 단위의 기체 상수.
이상 기체 법칙의 변화는 온도가 증가함에 따라 밀도가 대수적으로 증가한다는 것을 보여줍니다.1 / T비례한다ρ.이 역 관계는 공기 밀도 그래프와 공기 밀도 테이블의 곡률을 설명합니다.
공기 밀도 대. 고도
건조한 공기는 두 가지 정의 중 하나에 속할 수 있습니다. 물의 흔적이없는 공기이거나 상대 습도가 낮은 공기 일 수 있으며 높은 고도에서 변경 될 수 있습니다. 하나와 같은 공기 밀도 표 Omnicalculator 고도에 따라 공기 밀도가 어떻게 변하는 지 보여줍니다. Omnicalculator 또한 주어진 고도에서 기압을 결정하는 계산기가 있습니다.
고도가 증가함에 따라 주로 공기와 지구 사이의 중력 인력으로 인해 기압이 감소합니다. 이것은 지구와 공기 분자 사이의 중력 인력이 감소하여 더 높은 고도로 갈 때 분자 사이의 힘의 압력을 감소시키기 때문입니다.
또한 높은 고도에서 중력으로 인해 무게가 적기 때문에 분자 자체의 무게가 적기 때문에 발생합니다. 이것은 일부 음식이 더 높은 고도에서 요리하는 데 시간이 더 오래 걸리는 이유를 설명합니다.
고도를 측정하는 기기 인 항공기 고도계는 압력을 측정하고이를 사용하여 일반적으로 평균 해수면 (MSL)으로 고도를 추정함으로써이를 활용합니다. 글로벌 위치 시스템 (GPS)은 해수면 위의 실제 거리를 측정하여보다 정확한 답을 제공합니다.
밀도 단위
과학자와 엔지니어는 주로 kg / m 밀도에 SI 단위를 사용합니다.3. 다른 용도는 경우와 목적에 따라 더 적용될 수 있습니다. 강철과 같은 단단한 물체의 미량 원소와 같은 작은 밀도는 일반적으로 g / cm 단위를 사용하여 더 쉽게 표현할 수 있습니다.3. 다른 가능한 밀도 단위로는 kg / L 및 g / mL가 있습니다.
밀도를 다른 단위로 변환 할 때 부피 단위를 변경해야하는 경우 부피의 3 차원을 지수 인자로 고려해야합니다.
예를 들어 5kg / cm로 변환하려는 경우3 kg / m까지3, 5에 100을 곱합니다.35 x 10의 결과를 얻기 위해 100이 아닌6 kg / m3.
기타 편리한 변환에는 1g / cm가 포함됩니다.3 = .001kg / m3, 1kg / L = 1000kg / m3 및 1g / mL = 1000kg / m3. 이러한 관계는 원하는 상황에 대한 밀도 단위의 다양성을 보여줍니다.
미국의 관례적인 단위 표준에서는 미터 나 킬로그램 대신 피트 나 파운드와 같은 단위를 사용하는 것이 더 익숙 할 수 있습니다. 이 시나리오에서는 1 온스 / 인치와 같은 유용한 변환을 기억할 수 있습니다.3 = 108 파운드 / 피트3, 1lb / gal ≈ 7.48lb / ft3 및 1lb / yd3 ≈ 0.037 lb / ft3. 이 경우 ≈은 변환에 대한 숫자가 정확하지 않기 때문에 근사치를 나타냅니다.
이러한 밀도 단위는 화학 반응에 사용되는 재료의 에너지 밀도와 같은보다 추상적이거나 미묘한 개념의 밀도를 측정하는 방법에 대한 더 나은 아이디어를 제공 할 수 있습니다. 이것은 자동차가 점화에 사용하는 연료의 에너지 밀도 또는 우라늄과 같은 요소에 저장할 수있는 핵 에너지의 양일 수 있습니다.
예를 들어, 공기 밀도를 전하를 띤 물체 주변의 전 계선 밀도와 비교하면 서로 다른 부피에 걸쳐 수량을 통합하는 방법에 대한 더 나은 아이디어를 얻을 수 있습니다.