Hava Yoğunluğu Nasıl Hesaplanır

Hiçbir şey gibi görünmese de etrafınızdaki havanın bir yoğunluğu vardır. Havanın yoğunluğu, ağırlığı, kütlesi veya hacmi gibi fizik ve kimya özellikleri için ölçülebilir ve incelenebilir. Bilim adamları ve mühendisler, bu bilgiyi aşağıdakilerden yararlanan ekipman ve ürünler oluşturmak için kullanırlar. lastikleri şişirirken hava basıncı, emme pompaları aracılığıyla malzeme gönderme ve vakum geçirmezlik oluşturma mühürler.

En temel ve anlaşılır hava yoğunluğu formülü, havanın kütlesini hacmine basitçe bölmektir. Bu, yoğunluğun standart tanımıdır.

yoğunluk içinρ("rho") genellikle kg/m2 cinsinden³, kitlemkg ve hacim olarakVm cinsinden³. Örneğin, 1 m hacim kaplayan 100 kg havanız varsa³, yoğunluk 100 kg/m olur³.

Özellikle havanın yoğunluğu hakkında daha iyi bir fikir edinmek için, yoğunluğunu formüle ederken havanın nasıl farklı gazlardan oluştuğunu hesaba katmanız gerekir. Sabit bir sıcaklık, basınç ve hacimde kuru hava tipik olarak %78 azottan oluşur (N₂), %21 oksijen (Ö₂) ve yüzde bir argon (Ar​).

Bu moleküllerin hava basıncı üzerindeki etkisini hesaba katmak için hava kütlesini aşağıdakilerin toplamı olarak hesaplayabilirsiniz. azotun her biri 14 atomik birimlik iki atomu, oksijenin her biri 16 atomik birimlik iki atomu ve argonun 18 atomik tek atomu birimler.

Hava tamamen kuru değilse, biraz su molekülü de ekleyebilirsiniz (H₂Ö) iki hidrojen atomu için iki atomik birim ve tekil oksijen atomu için 16 atomik birimdir. Ne kadar hava kütlesine sahip olduğunuzu hesaplarsanız, bu kimyasal bileşenlerin olduğunu varsayabilirsiniz. boyunca eşit olarak dağıtılır ve daha sonra bu kimyasal bileşenlerin kuru yüzdesini hesaplayın. hava.

Yoğunluğu hesaplamada özgül ağırlığı, ağırlığın hacme oranını da kullanabilirsiniz. özgül ağırlıkγ("gama") denklem tarafından verilir

bu ek bir değişken eklergyerçekimi ivmesi sabiti olarak 9.8 m/s². Bu durumda, kütle ve yerçekimi ivmesinin ürünü gazın ağırlığıdır ve bu değeri hacme böler.Vsize gazın özgül ağırlığını söyleyebilir.

Aşağıdaki gibi bir çevrimiçi hava yoğunluğu hesaplayıcısı Mühendislik Araç Kutusu verilen sıcaklık ve basınçlarda hava yoğunluğu için teorik değerleri hesaplamanıza izin verir. Web sitesi ayrıca farklı sıcaklık ve basınçlarda bir hava yoğunluğu değerleri tablosu sağlar. Bu grafikler, daha yüksek sıcaklık ve basınç değerlerinde yoğunluğun ve özgül ağırlığın nasıl azaldığını gösterir.

Bunu, "aynı sıcaklık ve basınçtaki tüm gazların eşit hacimlerinin aynı sayıda moleküle sahip olduğunu" belirten Avogadro yasası nedeniyle yapabilirsiniz. Bunun için Bilim adamları ve mühendisler, bulundukları gazın hacmi hakkında başka bilgiler bildiklerinde sıcaklık, basınç veya yoğunluğu belirlemek için bu ilişkiyi kullanırlar. ders çalışıyor.

Bu grafiklerin eğriliği, bu miktarlar arasında logaritmik bir ilişki olduğu anlamına gelir. İdeal gaz yasasını yeniden düzenleyerek bunun teoriyle örtüştüğünü gösterebilirsiniz:

basınç içinP, SesV, gazın kütlesim, Gaz sabiti$(0.167226 J/kg K) ve sıcaklıkTalmakρ​

hangisindeρyoğunluk birimidirm/Dkütle/hacim (kg/m³). İdeal gaz yasasının bu versiyonunun$gaz sabiti, mol değil, kütle birimi cinsindendir.

İdeal gaz yasasının değişimi, sıcaklık arttıkça yoğunluğun logaritmik olarak arttığını gösterir.1/TOrantılıdırρ.Bu ters ilişki, hava yoğunluğu grafiklerinin ve hava yoğunluğu tablolarının eğriliğini tanımlar.

Kuru hava iki tanımdan birinin kapsamına girebilir. İçinde su izi olmayan hava da olabilir, yüksek irtifalarda değiştirilebilen düşük bağıl neme sahip hava da olabilir. Üzerindeki gibi hava yoğunluğu tabloları çok yönlü hesap makinesi Hava yoğunluğunun yüksekliğe göre nasıl değiştiğini gösterin. çok yönlü hesap makinesi ayrıca belirli bir yükseklikte hava basıncını belirlemek için bir hesap makinesine sahiptir.

Rakım arttıkça, hava basıncı öncelikle hava ile dünya arasındaki yerçekimi kuvveti nedeniyle azalır. Bunun nedeni, dünya ile hava molekülleri arasındaki çekim kuvvetinin azalması ve daha yüksek irtifalara çıkıldığında moleküller arasındaki kuvvetlerin basıncının azalmasıdır.

Aynı zamanda, moleküllerin kendilerinin daha az ağırlığa sahip olması nedeniyle olur, çünkü daha yüksek irtifalarda yerçekimi nedeniyle daha az ağırlık. Bu, içlerindeki gaz moleküllerini uyarmak için daha fazla ısıya veya daha yüksek bir sıcaklığa ihtiyaç duyacakları için bazı yiyeceklerin daha yüksek irtifalarda pişmesinin neden daha uzun sürdüğünü açıklar.

Yüksekliği ölçen araçlar olan uçak altimetreleri, basıncı ölçerek ve bunu genellikle ortalama deniz seviyesi (MSL) cinsinden yüksekliği tahmin etmek için kullanarak bundan yararlanır. Küresel konum sistemleri (GPS), deniz seviyesinden gerçek mesafeyi ölçerek size daha kesin bir yanıt verir.

Bilim adamları ve mühendisler çoğunlukla SI birimlerini kg/m yoğunluk için kullanırlar.³. Diğer kullanımlar duruma ve amaca göre daha uygulanabilir olabilir. Çelik gibi katı nesnelerdeki eser elementlerin yoğunluğu gibi daha küçük yoğunluklar genellikle g/cm birimleri kullanılarak daha kolay ifade edilebilir.³. Diğer olası yoğunluk birimleri arasında kg/L ve g/mL bulunur.

Yoğunluk için farklı birimler arasında dönüştürme yaparken, hacim birimlerini değiştirmeniz gerekiyorsa, hacmin üç boyutunu üstel bir faktör olarak hesaba katmanız gerektiğini unutmayın.

Örneğin, 5 kg/cm'ye dönüştürmek istiyorsanız³ kg/m2'ye³, 5 ile 100'ü çarparsın³, sadece 100 değil, 5 x 10 sonucunu almak için⁶ kg/m³.

Diğer kullanışlı dönüşümler arasında 1 g/cm³ = .001 kg/m³, 1 kg/L = 1000 kg/m³ ve 1 g/mL = 1000 kg/m2³. Bu ilişkiler, istenen durum için yoğunluk birimlerinin çok yönlülüğünü gösterir.

Amerika Birleşik Devletleri'nin geleneksel birim standartlarında, sırasıyla metre veya kilogram yerine fit veya pound gibi birimleri kullanmaya daha alışkın olabilirsiniz. Bu senaryolarda, 1 oz/inç gibi bazı yararlı dönüşümleri hatırlayabilirsiniz.³ = 108 lb / ft³, 1 lb / gal ≈ 7,48 lb / ft³ ve 1 lb/yd³ ≈ 0,037 lb / ft³. Bu durumlarda, ≈ bir yaklaşıklığı ifade eder, çünkü bu dönüşüm sayıları kesin değildir.

Bu yoğunluk birimleri, kimyasal reaksiyonlarda kullanılan malzemelerin enerji yoğunluğu gibi daha soyut veya nüanslı kavramların yoğunluğunu nasıl ölçeceğiniz konusunda size daha iyi bir fikir verebilir. Bu, arabaların ateşlemede kullandığı yakıtların enerji yoğunluğu veya uranyum gibi elementlerde ne kadar nükleer enerji depolanabileceği olabilir.

Örneğin, elektrik yüklü bir nesnenin etrafındaki elektrik alan çizgilerinin yoğunluğunu hava yoğunluğuyla karşılaştırmak, miktarları farklı hacimlerde nasıl entegre edeceğiniz konusunda size daha iyi bir fikir verebilir.