Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Щільність повітря



План:


Введення

Щільність повітря - маса газу атмосфери Землі на одиницю об'єму або питома маса повітря при природних умовах. Величина щільності повітря є функцією від висоти вироблених вимірювань, від його температури і вологості. Зазвичай стандартною величиною вважається значення 1,225 кг / м 3 , Яка відповідає щільності сухого повітря при 15 З на рівні моря.


1. Взаємозв'язки в межах моделі ідеального газу

Вплив температури на властивості повітря на ур.моря
Температура Швидкість
звуку
Щільність
повітря (з ур. Клапейрона)
Акустичне
опір
\ Vartheta , З c, м сек -1 ρ, кг м -3 Z, Н сек м -3
+35 351,96 1,1455 403,2
+30 349,08 1,1644 406,5
+25 346,18 1,1839 409,4
+20 343,26 1,2041 413,3
+15 340,31 1,2250 416,9
+10 337,33 1,2466 420,5
+5 334,33 1,2690 424,3
0 331,30 1,2920 428,0
-5 328,24 1,3163 432,1
-10 325,16 1,3413 436,1
-15 322,04 1,3673 440,3
-20 318,89 1,3943 444,6
-25 315,72 1,4224 449,1

1.1. Температура, тиск і щільність

Щільність сухого повітря може бути обчислена з використанням рівняння Клапейрона для ідеального газу при заданих температурі і тиску:

\ Rho = \ frac {p \ cdot M} {R \ cdot T} \,

Тут ρ - щільність повітря, M - молярна маса (29-для сухого повітря), p - абсолютний тиск, R - універсальна газова стала, T - абсолютна температура в Кельвінах. Таким чином підстановкою отримуємо:

У наведеній таблиці дані різні параметри повітря, обчислені на підставі відповідних елементарних формул, залежно від температури (тиск взято за 101,325 кПа)


1.2. Вплив вологості повітря

Під вологістю розуміється наявність в повітрі газоподібного водяного пара, парціальний тиск якого не перевершує тиску насиченої пари для даних атмосферних умов. Додавання водяної пари у повітря призводить до зменшення його щільності, що пояснюється більш низькою молярної масою води (18 гр / мовляв ) В порівнянні з молярною масою сухого повітря (29 гр / мовляв ). [1] Вологе повітря може розглядатися як суміш ідеальних газів, комбінація плотностей кожного з яких дозволяє отримати необхідну значення для їх суміші. [2] Подібна інтерпретація дозволяє визначення значення щільності з рівнем помилки менше 0,2% в діапазоні температур від -10 C до 50 C і може бути виражена таким чином: [2]

\ Rho_ {\, \ mathrm {humid ~ air}} = \ frac {p_ {d}} {R_ {d} \ cdot T} + \ frac {p_ {v}} {R_ {v} \ cdot T} \ ,

де \ Rho_ {\, \ mathrm {humid ~ air}} - Щільність вологого повітря ( кг / м 3 ); p_ {d} - Парціальний тиск сухого повітря ( Па); R_ {d} - Універсальна газова стала для сухого повітря (287,058 Дж / (кг К) ); T - Температура ( K); p_ {v} - Тиск водяної пари (Па) і R_ {v} - Універсальна стала для пари (461,495 Дж / (кг К) ). Тиск водяної пари може бути визначено виходячи з відносної вологості :

p_ {v} = \ phi \ cdot p_ {\ mathrm {sat}} \,

де p_ {v} - Тиск водяної пари; \ Phi - Відносна вологість і p_ {\ mathrm {sat}} - Парціальний тиск насиченої пари, останнє може бути представлено у вигляді наступного спрощеного вирази: [2]

p (mb) _ {\ mathrm {sat}} = 6.1078 \ cdot 10 ^ {\ frac {7.5 \ cdot T-2048.625} {T-35.85}}

яке дає результат в мілібар. Тиск сухого повітря p_ {d} визначається простою різницею:

p_ {d} = p-p_ {v} \,

де p позначає абсолютний тиск даної системи.


1.3. Вплив висоти над рівнем моря в тропосфері

Залежність тиску, температури і щільності повітря від висоти в порівнянні зі стандартною атмосферою (p 0 = 101325 Па, T +0 = 288,15 K, \ Rho_0 = 1,225 кг / м ).

Для обчислення щільності повітря на певній висоті в тропосфері можуть використовуватися наступні параметри (в параметрах атмосфери вказано значення для стандартної атмосфери):

Для тропосфери (тобто області лінійного убування температури - це єдине властивість тропосфери, що використовується тут) температура на висоті h над рівнем моря може бути задана формулою:

T = T_0 - L \ cdot h \,

Тиск на висоті h:

p = p_0 \ cdot \ left (1 - \ frac {L \ cdot h} {T_0} \ right) ^ \ frac {g \ cdot M} {R \ cdot L}

Тоді щільність може бути обчислена підстановкою відповідних даній висоті h температури T і тиску P у формулу:

\ Rho = \ frac {p \ cdot M} {R \ cdot T} \,

Ці три формули (залежність температури, тиску і щільності від висоти) і використані для побудови графіків, наведених справа. Графіки нормалізовані - показують вологість деревини вид поведінки параметрів. "Нульові" значення для вірних обчислень потрібно кожен раз підставляти відповідно до показань відповідних приладів (термометра і барометра) на даний момент на рівні моря.


Примітки

  1. Так як для будь-якого газу, відповідно до закону Авогадро, при постійних температурі, тиску і об'ємі кількість молекул залишається незмінним, то додавання молекул води призводить до зниження щільності повітря.
  2. 1 2 3 (Англ.) Equations - Air Density and Density Altitude - wahiduddin.net / calc / density_altitude.htm

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Повітря
Температура повітря
Щільність
Щільність енергії
Щільність заряду
Планка щільність
Щільність станів
Щільність грунту
Щільність ймовірності
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru