Како израчунати густину ваздуха

Иако се можда чини као ништа, ваздух око вас има густину. Густина ваздуха може се мерити и проучавати у виду карактеристика физике и хемије као што су његова тежина, маса или запремина. Научници и инжењери користе ово знање у стварању опреме и производа који користе ваздушни притисак приликом надувавања гума, слања материјала кроз усисне пумпе и стварања непропусности за вакуум заптивке.

Најосновнија и најједноставнија формула густине ваздуха је једноставно поделити масу ваздуха са његовом запремином. Ово је стандардна дефиниција густине као

за густинуρ(„рхо“) углавном у кг / м³, масаму кг и запреминиВ.у м³. На пример, ако сте имали 100 кг ваздуха који је заузимао запремину од 1 м³, густина би била 100 кг / м³.

Да бисте конкретно добили бољу представу о густини ваздуха, треба да узмете у обзир како се ваздух прави од различитих гасова приликом формулисања његове густине. При константној температури, притиску и запремини, сув ваздух се обично састоји од 78% азота (Н.₂), 21% кисеоника (О.₂) и један одсто аргона (Ар​).

Да бисте узели у обзир утицај ових молекула на ваздушни притисак, можете израчунати масу ваздуха као збир два атома азота од по 14 атомских јединица, два атома кисеоника од по 16 атомских јединица и појединачни атом аргона од 18 атомских јединица јединице.

Ако ваздух није потпуно сув, можете додати и неке молекуле воде (Х.₂О.) које су две атомске јединице за два атома водоника и 16 атомских јединица за појединачни атом кисеоника. Ако израчунате колику масу ваздуха имате, можете претпоставити да су ови хемијски састојци равномерно распоредити по њему и затим израчунати проценат ових хемијских компоненти у сувом ваздух.

Такође можете користити одређену тежину, однос тежине и запремине за израчунавање густине. Специфична тежинаγ(„гама“) дата је једначином

то додаје додатну променљивугкао константа гравитационог убрзања 9,8 м / с². У овом случају, производ масе и гравитационог убрзања је тежина гаса и подела ове вредности са запреминомВ.може вам рећи специфичну тежину гаса.

Интернет калкулатор густине ваздуха као што је онај би Инжењерски алат омогућавају вам да израчунате теоријске вредности густине ваздуха при датим температурама и притисцима. Веб локација такође нуди табелу вредности густине ваздуха при различитим температурама и притисцима. Ови графикони показују како се густоћа и специфична тежина смањују при вишим вредностима температуре и притиска.

То можете учинити због Авогадровог закона, који каже, „једнаке запремине свих гасова, при истој температури и притиску, имају исти број молекула“. За ово из тог разлога, научници и инжењери користе овај однос у одређивању температуре, притиска или густине када знају друге информације о количини гаса коју чине студирање.

Закривљеност ових графикона значи да постоји логаритамски однос између ових величина. Можете показати да се ово поклапа са теоријом преуређивањем закона о идеалном гасу:

за притисакП., запреминаВ., маса гасам, гасна константаР.(0,167226 Ј / кг К) и температураТ.да добијемρ​

у којимаρје густина у јединицамам / Вмаса / запремина (кг / м³). Имајте на уму да ова верзија закона о идеалном гасу користиР.гасна константа у јединицама масе, не моловима.

Варијација закона идеалног гаса показује да се, како се температура повећава, густина повећава логаритамски јер1 / Тпропорционална јеρ.Овај инверзни однос описује закривљеност графикона густине ваздуха и табела густине ваздуха.

Сув ваздух може потпасти под једну од две дефиниције. То може бити ваздух без икаквог трага воде у себи или ваздух са малом релативном влажношћу која се може мењати на већим надморским висинама. Табеле густине ваздуха попут оне на Омникулатор показати како се густина ваздуха мења с обзиром на надморску висину. Омникулатор такође има калкулатор за одређивање ваздушног притиска на датој надморској висини.

Како се надморска висина повећава, ваздушни притисак опада првенствено због гравитационе привлачности између ваздуха и земље. То је зато што се гравитационо привлачење између земље и молекула ваздуха смањује, смањујући притисак сила између молекула када идете на веће надморске висине.

То се дешава и зато што молекули сами имају мању тежину, јер имају мању тежину услед гравитације на већим надморским висинама. Ово објашњава зашто се некој храни треба дуже да се кува на већим надморским висинама, јер ће им требати више топлоте или виша температура да побуде молекуле гаса у себи.

Вишиномери авиона, инструменти који мере надморску висину, ово користе, мерећи притисак и користећи то за процену надморске висине, обично у смислу средњег нивоа мора (МСЛ). Системи глобалних положаја (ГПС) дају вам прецизнији одговор мерењем стварне удаљености изнад нивоа мора.

Научници и инжењери углавном користе СИ јединице за густину кг / м³. Друге употребе могу бити применљивије у зависности од случаја и сврхе. Мање густине као што су густине елемената у траговима у чврстим предметима попут челика могу се генерално лакше изразити употребом јединица г / цм³. Остале могуће јединице густине укључују кг / Л и г / мл.

Имајте на уму да приликом конверзије између различитих јединица за густину требате узети у обзир три димензије запремине као експоненцијални фактор ако требате да промените јединице за запремину.

На пример, ако сте желели да претворите 5 кг / цм³ до кг / м³, помножили бисте 5 са ​​100³, не само 100, да бисмо добили резултат 5 к 10⁶ кг / м³.

Остале практичне конверзије укључују 1 г / цм³ = .001 кг / м³, 1 кг / Л = 1000 кг / м³ и 1 г / мл = 1000 кг / м³. Ови односи показују свестраност јединица густине за жељену ситуацију.

У уобичајеним стандардима јединица у Сједињеним Државама, можда ћете бити навикнутији да користите јединице као што су стопе или килограми уместо метара или килограма. У овим сценаријима можете се сетити неких корисних конверзија попут 1 оз / ин³ = 108 лб / фт³, 1 лб / гал ≈ 7,48 лб / фт³ и 1 лб / м³ ≈ 0,037 лб / фт³. У тим случајевима, ≈ односи се на апроксимацију, јер ови бројеви за конверзију нису тачни.

Ове јединице густине могу вам дати бољу представу о томе како мерити густину апстрактнијих или нијансиранијих концепата као што је густина енергије материјала који се користе у хемијским реакцијама. То би могла бити густина енергије горива која аутомобили користе за паљење или колико нуклеарне енергије може да се ускладишти у елементима попут уранијума.

На пример, поређење густине ваздуха са густином линија електричног поља око електрично наелектрисаног предмета може вам дати бољу идеју о томе како интегрисати количине у различите запремине.