Tartalom
Bár úgy tűnik, hogy semmi, a levegő sűrűsége van körülötted. A levegő sűrűségét meg lehet mérni és meg lehet vizsgálni a fizika és a kémia jellemzői, például a tömege, tömege vagy térfogata szempontjából. A tudósok és a mérnökök ezeket az ismereteket olyan berendezések és termékek létrehozásánál használják, amelyek kihasználják a légnyomást, amikor gumiabroncsot felfújnak, anyagokat szivattyúkon keresztül szállítanak és vákuumzáró tömítéseket hoznak létre.
Levegő sűrűség képlet
A legalapvetőbb és legegyszerűbb levegő sűrűség-formula az, hogy egyszerűen elosztjuk a levegő tömegét a térfogatával. Ez a sűrűség standard meghatározása ρ = m / V a sűrűség szempontjából ρ ("rho") általában kg / m-ben3, tömeg m kg-ban és térfogatban V m-ben3. Például, ha 100 kg levegője volt, amely 1 métert vett fel3, a sűrűség 100 kg / m lenne3.
Annak érdekében, hogy jobban megértsük a levegő sűrűségét, figyelembe kell venni, hogy a levegő miként készül a különböző gázokból a sűrűség megfogalmazásakor. Állandó hőmérsékleten, nyomáson és térfogaton a száraz levegőt általában 78% nitrogénből (N2), 21% oxigén (O2) és egy százalékargon (Ar).
Annak érdekében, hogy figyelembe vegyék ezeknek a molekuláknak a légnyomásra gyakorolt hatását, kiszámíthatja a levegő tömegét nitrogénösszegként, 14 atom atomnyi atom két atomjának, mindegyik oxigénatomnak két atomot tartalmazó 16 atom egységből és argonok egy atomjának 18 atom egységből álló összegéből. .
Ha a levegő teljesen száraz, hozzáadhat néhány vízmolekulát (H2O), amelyek két atom egység a két hidrogén atomnál és 16 atom egység az egységes oxigén atomnál. Ha kiszámítja, hogy mekkora a levegő tömege, akkor feltételezheti, hogy ezek a kémiai alkotóelemek egyenletesen oszlanak el az egészben, majd kiszámíthatja ezen kémiai összetevők százalékát száraz levegőben.
A sűrűség kiszámításához a fajsúlyt, a tömeg / térfogat arányt is felhasználhatja. A fajsúly γ ("gamma") az egyenlet adja γ = (m * g) / V = ρ * g amely hozzáad egy további változót g gravitációs gyorsulás állandójaként 9,8 m / s2. Ebben az esetben a tömeg és a gravitációs gyorsulás szorzata a gáz súlya, és ezt az értéket el kell osztani a térfogattal V megmondhatja a gáz fajsúlyát.
Levegő sűrűség kalkulátor
Egy olyan online levegő-sűrűség-számológéppel, mint amilyen a Engineering Toolbox készítette, kiszámíthatja a levegő sűrűségének elméleti értékeit az adott hőmérsékleteken és nyomásokon. A weboldal különféle hőmérsékleteken és nyomáson megadott értékeket is tartalmaz. Ezek a grafikonok megmutatják, hogyan csökken a sűrűség és a fajlagos tömeg magasabb hőmérsékleti és nyomásértékeknél.
Ezt megteheti az Avogadros törvény miatt, amely kimondja: "Az összes gáz azonos térfogatú, azonos hőmérsékleten és nyomáson ugyanolyan számú molekula van." Ezért a tudósok és a mérnökök ezt a kapcsolatot használják a hőmérséklet, nyomás vagy sűrűség meghatározására, amikor egyéb információkat tudnak a vizsgált gázmennyiségről.
Ezen gráfok görbülete azt jelenti, hogy logaritmikus kapcsolat van ezen mennyiségek között. Megmutathatja, hogy ez megegyezik az elmélettel, ha újrarendezi az ideális gázszabályt: PV = mRT a nyomásért P, hangerő V, a gáz tömege m, gázállandó R (0,167226 J / kg K) és hőmérséklete T kapni ρ = P / RT, amelyben ρ a sűrűség egységben m / V tömeg / térfogat (kg / m3). Ne feledje, hogy az ideális gázszabálynak ez a változata használja a R gázállandó tömegegységekben, nem molokban.
Az ideális gázszabály változása azt mutatja, hogy a hőmérséklet növekedésével a sűrűség logaritmikusan növekszik, mert 1 / T arányos a ρ. Ez az inverz kapcsolat leírja a levegő sűrűség grafikonjainak és a levegő sűrűség tábláinak görbületét.
Lég sűrűség vs magasság
A száraz levegő a két meghatározás egyikébe tartozik. Levegő lehet levegő, anélkül, hogy benne maradna víz, vagy lehet alacsony relativitású páratartalmú levegő, amelyet magasabb tengerszint feletti magasságban meg lehet változtatni. A levegő sűrűségét mutató táblázatok, például az Omnicalculator táblázata, megmutatják, hogyan változik a levegő sűrűsége a magassághoz képest. Az Omnicalculator rendelkezik egy számológéppel a levegőnyomás meghatározására egy adott magasságon.
A magasság növekedésével a légnyomás elsősorban a levegő és a föld közötti gravitációs vonzerő miatt csökken. Ennek oka az, hogy a föld és a levegő molekulái közötti gravitációs vonzerő csökken, csökkentve a molekulák közötti erőinek nyomását, ha magasabb tengerszint feletti magasságba megy.
Az is előfordul, hogy a molekuláknak kevesebb súlyuk van, mert a nagyobb magasságon a gravitáció miatt kisebb a súlyuk. Ez megmagyarázza, hogy egyes élelmiszerek miért hosszabb időt vesznek igénybe főzéskor, ha nagyobb a tengerszint feletti magasság, mivel nagyobb hőnek vagy magasabb hőmérsékletnek kell szükségesek a benne levő gázmolekulák gerjesztésére.
A repülőgépek magasságmérői - a magasságot mérő műszerek - kihasználják ezt a nyomás mérésével és annak felhasználásával a magasság becslésére, általában az átlag tengerszint (MSL) alapján. A globális helymeghatározó rendszerek (GPS) pontosabb választ ad a tengerszint feletti tényleges távolság mérésével.
Sűrűség mértékegységei
A tudósok és a mérnökök leginkább az SI mértékegységeket használják kg / m sűrűségre3. Az eset és a cél alapján más felhasználások is alkalmazhatók lehetnek. A kisebb sűrűségeket, például a nyomelemek sűrűségét szilárd tárgyakban, például acélban, általában könnyebben lehet kifejezni g / cm-es egységek felhasználásával3. További sűrűség-egységek a kg / L és g / ml.
Ne feledje, hogy amikor a sűrűség különböző egységek között konvertál, akkor exponenciális tényezőként figyelembe kell vennie a térfogat három dimenzióját, ha meg kell változtatnia az egységeket a térfogathoz.
Például, ha 5 kg / cm-et kíván átváltani3 kg / m-ig3, meg szorozná az 5-öt 100-zal3, nem csak a 100, az 5 x 10 eredmény eléréséhez6 kg / m3.
Más praktikus átalakítások 1 g / cm-t tartalmaznak3 = 0,001 kg / m3, 1 kg / L = 1000 kg / m3 és 1 g / ml = 1000 kg / m3. Ezek a kapcsolatok megmutatják a sűrűség-egységek sokoldalúságát a kívánt helyzetben.
Az Egyesült Államokban a szokásos mértékegységeknél megszoktabb, hogy mértékegységek vagy kilogramm helyett lábakat vagy fontot használ. Ezekben a forgatókönyvekben emlékszik néhány hasznos konverzióra, például 1 oz / in3 = 108 lb / ft3, 1 font / gal ≈ 7,48 font / láb3 és 1 font / év3 ≈ 0,037 font / láb3. Ezekben az esetekben a an egy közelítésre utal, mivel ezek a számok a konvertáláshoz nem pontosak.
Ezek a sűrűség-egységek jobb képet kaphatnak arról, hogyan lehet mérni az elvontabb vagy árnyaltabb fogalmak sűrűségét, például a kémiai reakciókban felhasznált anyagok energia sűrűségét. Ez lehet a gépjárművek által gyújtás közben használt üzemanyagok energia sűrűsége vagy az, hogy mennyi atomenergia tárolható az olyan elemekben, mint urán.
Ha például összehasonlítja a levegő sűrűségét az elektromos erőtér vonalainak sűrűségével egy elektromosan töltött tárgy körül, akkor jobb képet kaphat arról, hogyan lehet a mennyiségeket különféle térfogatokba integrálni.