İçerik
Hiçbir şeye benzemese de, etrafınızdaki havanın yoğunluğu var. Hava yoğunluğu, ağırlığı, kütlesi veya hacmi gibi fizik ve kimyanın özellikleri için ölçülebilir ve çalışılabilir. Bilim adamları ve mühendisler bu bilgiyi, lastik şişirirken hava basıncından yararlanan ekipman ve ürünler yaratırken, emme pompaları yoluyla malzeme doldururken ve vakum sızdırmaz contalar oluştururken kullanırlar.
Hava Yoğunluğu Formülü
En basit ve en basit hava yoğunluğu formülü havanın kütlesini hacmine bölmektir. Bu standart olarak yoğunluk tanımıdır. ρ = m / V yoğunluk için ρ ("rho") genellikle kg / m cinsinden3, kitle m kg ve hacim olarak V m cinsinden3. Örneğin, 100 m havanız varsa, bu hacmi 1 m3Yoğunluk 100 kg / m olur3.
Özellikle hava yoğunluğu hakkında daha iyi bir fikir edinmek için, yoğunluğunu formüle ederken havanın farklı gazlardan nasıl yapıldığını hesaba katmanız gerekir. Sabit bir sıcaklık, basınç ve hacimde kuru hava tipik olarak% 78 azottan yapılır (N-2),% 21 oksijen (Ö2) ve yüzde bir argon (Ar).
Bu moleküllerin hava basıncı üzerindeki etkisini hesaba katmak için, hava kütlesini, her biri 14 atomik birim iki atomu nitrojen toplamı, her biri 16 atomik birim iki atomu oksijeni ve 18 atomik birim tekli argonu olarak hesaplayabilirsiniz. .
Hava tamamen kuru değilse, bazı su moleküllerini de ekleyebilirsiniz ('H2Öve bu 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 içinde dağılmış olduğunu varsayabilir ve ardından bu kimyasal bileşenlerin kuru havada yüzdesini hesaplayabilirsiniz.
Yoğunluğu hesaplamada belirli ağırlığı, ağırlığın hacme oranını da kullanabilirsiniz. Özgül ağırlık γ ("gama") denklemi ile verilir γ = (m * g) / V = ρ * g ek bir değişken ekler g yerçekimi ivmesinin sabiti olarak 9.8 m / s2. Bu durumda, kütle ve yerçekimi ivmesinin ürünü gazın ağırlığıdır ve bu değeri hacme böler V gazın özgül ağırlığını söyleyebilir.
Hava Yoğunluğu Hesaplayıcısı
Mühendislik Araç Kutusu'ndaki gibi bir çevrimiçi hava yoğunluğu hesaplayıcısı, verilen sıcaklık ve basınçlarda hava yoğunluğu için teorik değerleri hesaplamanıza izin verir. Web sitesi ayrıca, farklı sıcaklık ve basınçlarda bir değerlerin hava yoğunluğu tablosu sağlar. Bu grafikler, yüksek sıcaklık ve basınç değerlerinde yoğunluk ve özgül ağırlığın nasıl azaldığını göstermektedir.
Bunu, “aynı sıcaklık ve basınçta tüm gazların eşit hacimlerinin aynı sayıda moleküle sahip olduğunu” belirten Avogadros yasası nedeniyle yapabilirsiniz. Bu nedenle, bilim adamları ve mühendisler bu ilişkiyi, çalıştıkları bir gaz hacmi hakkında diğer bilgileri bildiklerinde sıcaklık, basınç veya yoğunluğu belirlemek için kullanırlar.
Bu grafiklerin eğriliği, bu miktarlar arasında logaritmik bir ilişki olduğu anlamına gelir. Bunun ideal gaz yasasını yeniden düzenleyerek teoriyle eşleştiğini gösterebilirsiniz: PV = mRT baskı için P, Ses V, gaz kütlesi m, Gaz sabiti R, (0.167226 J / kg K) ve sıcaklık T almak ρ = P / RT ρ birim cinsinden yoğunluktur m / V kütle / hacim (kg / m3). Bu ideal gaz yasasının bu versiyonunun kullandığı akılda tutulması gereken R, mol cinsinden kütle cinsinden gaz sabiti.
İdeal gaz yasasının değişimi, sıcaklık arttıkça yoğunluğun logaritmik olarak arttığını göstermektedir. 1 / T Orantılıdır ρ. Bu ters ilişki, hava yoğunluğu grafiklerinin ve hava yoğunluğu tablolarının eğrisini açıklar.
Hava Yoğunluğu - Yükseklik
Kuru hava iki tanımdan birinin altına düşebilir. İçinde su izi kalmadan hava olabilir veya yüksek irtifalarda değiştirilebilen düşük göreli nem oranına sahip hava olabilir. Omnicalculator'taki gibi hava yoğunluğu tabloları, hava yoğunluğunun rakıma göre nasıl değiştiğini göstermektedir. Omnical hesap makinesi ayrıca belirli bir yükseklikte hava basıncını belirlemek için bir hesap makinesine sahiptir.
Yükseklik arttıkça, hava ile dünya arasındaki çekim kuvveti nedeniyle hava basıncı düşer. Bunun nedeni, dünya ile hava molekülleri arasındaki çekim çekiminin azalması, yüksek irtifalara gittiğinizde moleküller arasındaki kuvvetlerin basıncını azaltmasıdır.
Aynı zamanda, moleküllerin kendileri daha az ağırlığa sahip oldukları için olur çünkü yüksek irtifalarda yerçekimi nedeniyle daha az ağırlık. Bu, bazı gıdaların neden daha fazla ısıya ihtiyaç duyduklarından ve daha yüksek bir ısıya ihtiyaç duyduklarında, içindeki gaz moleküllerini uyarmak için daha fazla ısınmaya ihtiyaç duyduklarını açıklar.
Yüksekliği ölçen araçlar olan uçak altimetreleri, basıncı ölçerek ve bunu rakımı tahmin etmek için kullanarak, genellikle ortalama deniz seviyesi (MSL) cinsinden kullanmaktadır. Global pozisyon sistemleri (GPS), deniz seviyesinden gerçek mesafeyi ölçerek size daha kesin bir cevap verir.
Yoğunluk Birimleri
Bilim adamları ve mühendisler SI birimlerini kg / m yoğunluğu için kullanıyorlar3. Diğer kullanımlar duruma ve amaca bağlı olarak daha uygulanabilir. Çelik gibi katı nesnelerdeki iz elementler gibi daha küçük yoğunluklar genellikle g / cm birimleri kullanılarak daha kolay bir şekilde ifade edilebilir.3. Diğer olası yoğunluk birimleri, kg / L ve g / mL'dir.
Yoğunluk için farklı birimler arasında dönüştürme yaparken, birim için birimi değiştirmeniz gerekirse, birimin üç boyutunu üstel bir faktör olarak hesaba katmanız gerekir.
Örneğin, 5 kg / cm dönüştürmek istiyorsanız3 kg / m'ye3, 5'e 100'ü çarparsın3, sadece 100 değil, 5 x 10 sonuç almak için6 kg /3.
Diğer kullanışlı dönüşümler 1 g / cm'dir3 = 0,001 kg / m3, 1 kg / L = 1000 kg / m3 ve 1 g / mL = 1000 kg / m3. Bu ilişkiler istenen durum için yoğunluk birimlerinin çok yönlülüğünü göstermektedir.
Amerika Birleşik Devletleri'nin geleneksel birim standartlarında, sırasıyla metre veya kilogram yerine, ayak veya pound gibi birimleri kullanmaya daha alışkın olabilirsiniz. Bu senaryolarda, 1 oz / in gibi bazı yararlı dönüşümleri hatırlayabilirsiniz.3 = 108 lb / ft3, 1 lb / gal ≈ 7.48 lb / ft3 ve 1 lb / yd3 37 0,037 lb / ft3. Bu durumlarda, ≈ bir yaklaşıma işaret eder, çünkü dönüşüm için bu sayılar kesin değildir.
Bu yoğunluk birimleri, kimyasal reaksiyonlarda kullanılan malzemelerin enerji yoğunluğu gibi daha soyut veya farklı kavramların yoğunluğunun nasıl ölçüleceği hakkında daha iyi bir fikir verebilir. Bu, otomobillerin ateşlemede kullandığı yakıtların enerji yoğunluğu veya uranyum gibi elementlerde ne kadar nükleer enerji depolanabileceği olabilir.
Örneğin, elektrik yoğunluğunun, elektrik yüklü nesnelerin etrafındaki elektrik alan çizgilerinin yoğunluğuyla karşılaştırılması, miktarların farklı hacimlerde nasıl birleştirileceği hakkında daha iyi bir fikir verebilir.