Садржај
- Формула за густину ваздуха
- Калкулатор ваздушне густине
- Густина ваздуха у односу на надморску висину
- Јединице густине
Иако може изгледати као да ништа, ваздух око вас има густину. Густина ваздуха се може мерити и проучавати у складу са карактеристикама физике и хемије, као што су њена тежина, маса или запремина. Научници и инжењери користе ово знање у креирању опреме и производа који користе притисак ваздуха приликом надувавања гума, провлачења материјала кроз усисне пумпе и стварања вакуумски непропусних заптивача.
Формула за густину ваздуха
Најосновнија и најприсутнија формула густине ваздуха је једноставно дељење масе ваздуха са његовом запремином. Ово је стандардна дефиниција густине као ρ = м / В за густину ρ ("рхо") углавном у кг / м3, маса м у кг и запремини В у м3. На пример, ако сте имали 100 кг ваздуха, заузимали сте запремину од 1 м3, густина би била 100 кг / м3.
Да бисте стекли бољу представу о густини ваздуха, приликом формулисања његове густине морате водити рачуна о томе како се ствара зрак од различитих гасова. На сталној температури, притиску и запремини суви ваздух се обично прави од 78% азота (Н2), 21% кисеоника (О2) и један проценат аргона (Ар).
Да бисте узели у обзир утицај који ови молекули имају на притисак ваздуха, можете израчунати масу ваздуха као збир нитрогена два атома од 14 атомских јединица, кисеоника два атома по 16 атомских јединица и аргони један атом 18 атомских јединица .
Ако ваздух није потпуно сув, можете додати и неке молекуле воде (Х2О) које су две атомске јединице за два атома водоника и 16 атомских јединица за сингуларни атом кисеоника. Ако израчунате колику масу ваздуха имате, можете претпоставити да су ти хемијски састојци распоређени по целој јединици и затим израчунати проценат ових хемијских компоненти у сувом ваздуху.
Такође можете да користите специфичну тежину, однос тежине и запремине у прорачуну густине. Специфична тежина γ („гама“) је дата једначином γ = (м * г) / В = ρ * г што додаје додатну променљиву г као константа гравитационог убрзања 9.8 м / с2. У овом случају, продукт масе и гравитационог убрзања је тежина гаса, а та вредност се дели на запремину В може да вам каже специфичну тежину гаса.
Калкулатор ваздушне густине
Мрежни калкулатор густине ваздуха, као што је онај од Енгинееринг Тоолбок-а омогућава вам израчунавање теоријских вредности за густину ваздуха при даним температурама и притисцима. Веб локација такође пружа табелу вредности густине ваздуха при различитим температурама и притисцима. Ови графикони показују како густоћа и специфична тежина опадају при већим вредностима температуре и притиска.
То можете да учините због Авогадрос закона, који каже, "једнаке количине свих гасова, при истој температури и притиску, имају исти број молекула". Из тог разлога, научници и инжињери користе овај однос у одређивању температуре, притиска или густине када знају друге податке о количини гаса коју проучавају.
Закривљеност ових графова значи да постоји логаритамски однос између ових величина. Можете показати да се то подудара са теоријом реорганизацијом закона о идеалном гасу: ПВ = мРТ за притисак П, запремина В, маса гаса м, константа гаса Р (0.167226 Ј / кг К) и температуре Т да добијем ρ = П / РТ у коме ρ је густина у јединицама од м / В маса / запремина (кг / м)3). Имајте на уму да ова верзија закона о идеалном гасу користи овај закон Р константа гаса у јединицама масе, а не молови.
Варијација закона о идеалном гасу показује да, како температура расте, густина се повећава логаритамски зато што 1 / Т пропорционалан је ρ. Овај обрнути однос описује закривљеност графова густине ваздуха и табеле густине ваздуха.
Густина ваздуха у односу на надморску висину
Суви ваздух може потпасти под једну од две дефиниције. То може бити ваздух без икаквог трага воде или то може бити ваздух са ниском релативном влажношћу, који се на већим висинама може мењати. Табеле са густином ваздуха као што је она на Омниццулатор-у показују како се густоћа ваздуха мијења у односу на надморску висину. Омниковцулатор такође има калкулатор за одређивање притиска ваздуха на датој висини.
Како се надморска висина повећава, притисак ваздуха опада првенствено због гравитационе привлачности ваздуха и земље. То је зато што гравитациона привлачност између земље и молекула ваздуха опада, смањујући притисак сила између молекула када идете на веће висине.
То се такође дешава зато што сами молекули имају мању тежину, јер мању тежину због гравитације на већим висинама. Ово објашњава зашто је неким намирницама потребно дуже кухање на већим висинама, јер им треба више топлоте или веће температуре да би побуђивали молекуле гаса у њима.
Висиномјери авиона, инструменти који мјере висину, искориштавају то мјерењем тлака и помоћу њега за процјену надморске висине, обично у смислу средње разине мора (МСЛ). Глобални системи за позиционирање (ГПС) дају вам прецизнији одговор мјерењем стварне удаљености изнад разине мора.
Јединице густине
Научници и инжињери углавном користе јединице СИ за густоћу кг / м3. Остале употребе могу бити применљивије на основу случаја и сврхе. Мање густине попут оних у траговима у чврстим предметима попут челика опћенито се лакше могу изразити користећи јединице г / цм3. Остале могуће јединице густине укључују кг / Л и г / мЛ.
Имајте на уму да приликом претварања различитих јединица за густоћу требате узети у обзир три димензије запремине као експоненцијални фактор ако требате да промените јединице за запремину.
На примјер, ако желите претворити 5 кг / цм3 до кг / м3, помножили бисте 5 са 1003, а не само 100, да бисте добили резултат 5 к 106 кг / м3.
Остале корисне 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 Сједињеним Државама уобичајени стандарди јединица, можда сте навикли да користите јединице попут стопала или килограма, уместо метара или килограма, респективно. У тим сценаријима можете се сјетити 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 се случајевима ≈ односи на апроксимацију, јер ови бројеви за конверзију нису тачни.
Ове јединице густине могу вам дати бољу представу о томе како измерити густину апстрактнијих или нијансираних концепата као што је густина енергије материјала који се користи у хемијским реакцијама. То би могла бити енергетска густина горива коју аутомобили користе за паљење или колико нуклеарне енергије може да се складишти у елементима као што је уранијум.
Упоређивање густине ваздуха са густином линија електричног поља око електрично набијеног објекта, на пример, може вам дати бољу идеју о интегрисању количина у различите запремине.