Что называется плотностью воздуха
Плотность воздуха
Наряду с атмосферным давлением важной характеристикой воздуха является его плотность.
Плотность воздуха представляет собой отношение массы воздуха к его объему (такую плотность называют массовой плотностью). Плотность воздуха непосредственно не измеряется. Она может быть определена с помощью уравнения состояния газов (Клапейрона —• Менделеева)
где р — атмосферное давление;
Т — абсолютная температура воздуха;
R — газовая постоянная. = 2,87· 10 6 см 2 /сек 2 ·град
Из уравнения видно, что чем больше давление и ниже температура воздуха, тем больше величина плотности воздуха, т.е. плотность воздуха прямо пропорциональна давлению и обратно пропорциональна температуре воздуха.
Кроме указанных величин р и Т, плотность воздуха зависит и от влажности воздуха, т.е. от содержания в воздухе водяного пара, как известно, представляющего собой газ. Так как водяной пар, входящий в состав воздуха, является газом менее плотным, чем сухой воздух, то при наличии водяного пара в атмосфере плотность влажного воздуха будет всегда несколько меньше, чем плотность сухого воздуха. Следует отметить, что эта разность невелика и обычно не превосходит 1%. Поэтому в практической деятельности при расчете плотности воздуха влажность не учитывается, а все расчеты делаются для сухого воздуха. С высотой плотность воздуха резко убывает. Это объясняется уменьшением по мере подъема давления, которое оказывает большее влияние на изменение плотности, чем наблюдаемое понижение с высотой температуры.
ПЛОТНОСТЬ СУХОГ О И ВЛАЖНОГО ВОЗ ДУХА
Од ним из основных физических параметров атмосферы, оказывающим влияние на летны е и эксплуатационные характ еристики ВС, является пл отность воздуха.
Плотность воздуха (r )– эт о масса воздуха в единице объема. Измеряет ся в г/м3 или кг/м3. Непосредственно плот ность воздуха не измеряется, она определяется из уравнения состояния газов:
Из формулы видно, что плотность воздуха находится в прямой зависимости от давления и в обратной – от его температ уры. При постоянном давлении плотность возд уха зависит только от изменения температуры, поэтому при полете на эшелоне (Р = const) на летно- эксплуатационные характеристики ВС влияет т олько температура воздух а. С высот ой плотность воздуха уменьш ается, т ак как д авление с высотой уменьш ает ся быстрее, чем понижает ся температ ура. Так, до высоты 5 км давление уменьшается примерно в два раза, а температ ур а понижает ся только на 12%. Понижение температуры несколько замедляет уменьшение плотности, поэтому плотность с высотой падает медленнее, чем давление. На высоте 5 км плотность возд уха составляет 60% от плот ности на уровне моря, а на высот е
Плотность воздуха зависит также от его влажности. Плотность вод яного пара при
равных значениях температуры и д авления составляет 0,622 от плотности сухого воздуха.
Поэтому влажный воздух легче сухого. При температ уре 40°С и относительной влажности
100% влажный воздух легче сух ого на 2,8%. Для вычисления плотности влажного воздуха используют виртуальную температуру ( ТV )– эт о такая т емпература, при кот орой плотность сухого воздуха равна плотности влажного воздуха, при т ом же давлении Р:
Использование виртуальной температ ур ы позволяет учитыват ь влияние влажности на плотность воздуха, а, следовательно, и на взлет но-посадочные характеристики ВС:
Влияние влажности на плот ност ь воздуха целесообразно учитывать при т емперат уре воздух а выше +20°С и относительной влажности более 50%. Уменьшение плот ност и воздуха из-за содержащегося в нем водяного пара при температуре +30°С равносильно повышению температуры на 5°С, а при температуре +40°С – почти на 9°С. Плотность воздуха также, как температура и давление, изменяется в пространстве и во времени. У экватора плот ност ь воздух а в т ропосфере меньше, чем в Европе. Зимой плотность воздуха больше, чем летом.
СТАНДАРТНА Я АТМОСФ ЕРА
Состояние реальной атмосферы довольно изменчиво. Такие характерист ики, как температ ур а, давление и плотность воздух а, оказывающие влияние на полет самолета, могут значительно меняться в течение сут ок, года, а также отличаться между собой над различными географическими районами. Все это затрудняет использование указанных д анных для
Для расчета СА используются данные многолетних мет еорологических наб людений в приземном слое, сведения, получаемые путем радиозондирования атмосферы, и результ аты измерений с помощью метеорологических ракет за многолетний период. С ущ ествуют СА как межд ународные, так и национальные, а т акже для отдельных географических районов (т ропическая, арктическая летняя, арктическая зимняя). В настоящее время используется СA-81, кот орая по своей структуре и содержанию соответствует международному стандарту и ст андарту Межд ународной организации гражданской авиации. В ней физические величины выражены в единицах СИ. CA-81 уст анавливает средние значения основных термодинами- ческих параметров атмосферы (т емперат уры, давления, плотности, ускорения свободного падения и скорост и звука) в диапазоне от 2000 м ниже уровня моря до вы соты 50 км для ш ироты 45°32’33», Эти параметры соот ветст вуют ср еднему уровню солнечной активности. В ней дают ся также рекомендации для высот 50…80 км и приводятся справочные данные д ля высот 80…120 км. Значения всех термодинамических парамет ров ат мосферы даны не т олько для геометрической, но и для геопотенциальной высоты.
СА состоит из т рех основных таб лиц.
Таблица 1 сод ержит данные о температуре, ат мосферном давлении, плотности воздуха и ускорении свободного падения на соот вет ствующих геометрических и геопотенциальных высот ах.
Таблица 2 содержит сведения об относительных значениях величин давления и плотности возд уха, скорости звука, динамической и кинетической вязкости и т еплопроводност и в зависимости от геопот енциальной высоты.
Таблица 3 содержит данные о высот е од нородной атмосферы ( условной атмосферы с од инаковой плотностью на всех высотах), удельной массе воздуха, концентрации, скорост и и средней длине свободного пробега частиц возд уха.
Для различных высот физические характерист ики при известных значениях
Для уровня моря в СА-81 приняты следующие значения основных физических х арактерист ик и констант:
1) т емпература воздух а – 15°С или 288,15K;
2) д авление – 760 мм рт.ст. или 101325 Па (1013,25 гПа);
4) от носительная влажность всей атмосферы – 0%;
8) скорость звука рассчитывается по формуле a = 20,0463
T и равняет ся 340,294 м/с.
В реальной атмосфере распред еление температ уры, давления, плотности воздуха и других парамет ров в конкрет ный момент и в конкретном пункте земного ш ара всегда в т ой или иной степени отличается от СА. В руководствах по летной эксплуатации самолетов и вертолетов все летно-эксплуатационные характерист ики соответ ствуют условиям СА. Поэтому при полетах в реальной ат мосфере нужно учитывать изменение лет но- эксплуатационных х арактеристик при от клонении факт ических значений физических характеристик от значений СА. Эт о осуществляется приведением летных характеристик к условиям СА.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ И КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ
1. Что называется температурой воздуха?
2. Где проводится измерение температуры воздуха на метеорологических станциях и с какой
3. Каким образом проводится переход от температуры воздуха в °F к °С и наоборот?
4. Какая температура воздуха определяется на метеорологических станциях?
5. Каким образом указывается температура воздуха на картах погоды?
6. Что яв ляется основ ным источником тепла для атмосферного воздуха вблизи земной поверхности?
7. При каких процессах происходит нагревание и охлаждение воздуха вблизи земной поверхности?
8. До каких высот происходит обмен теплом между земной пов ерхностью и атмосферой с помощью конвекции (радиации, турбулентности, теплопроводности)?
9. Какие изменения температуры воздуха называю тся периодическими (непериодическими) и за счет
чего они происходят?
10. Когда наблюдается минимум (максимум) в суточном (годовом) ходе температуры воздуха?
11. Что называется суточной (годов ой) амплитудой температуры воздуха и от чего она зависит?
12. Где находятся полюса холода (тепла) в Европе и на земном шаре в целом?
13. Что называется в ертикальным температурным градиентом?
14. Что обозначает запись g = 0,65°С/10 0 м, g = 0°С/100 м, g = —0,4°С/100 м?
15. Какие задачи можно решать с помощью вертикального температурного градиента?
16. Что называется слоем инверсии (изотермии)?
17. Как образуется радиационная (адвективная, фронтальная, сжатия) инв ерсия?
18. Какое влияние на условия погоды и полетов оказывают слои инверсии (изотермии)?
19. Что называется кривой стратификации?
20. Как изменя ется температура воздуха от экв атора к полюсам при изменении широты на 1°?
21. Что называется процессом конденсации (испарения, таяния, сублимации)?
22. Как изменя ется температура воздуха при испарении (конденсации, сублимации) капель в оды
23. Что называется в лажностью воздуха?
24. Что называется упругостью (абсолютной, относительной влажностью, массовой долей) водяного пара?
25. Что называется точкой росы и как она наносится на карты погоды?
26. Какие процессы приводят к насыщению воздуха в одяным паром и какой из них является основным?
27. Что называется атмосф ерным дав лением и в каких единицах оно измеряется?
28. С помощью каких приборов измеряется атмосферное давление?
29. Что называется барической тенденцией?
30. Как на карту погоды наносится атмосф ерное давление и барическая тенденция?
31. Дать характеристику основного урав нения статики атмосферы.
32. Записать ф ормулу основного закона изменения давления с высотой и объяснить ее физический смысл.
33. Записать формулу Лапласа (Бабине) и объяснить ее физический смысл.
34. Что называется барической ступенью и чему она равняется вблизи земной поверхности при измерении давления в гПа (мм рт.ст.)?
35. В каком воздухе давление с в ысотой убывает быстрее: в теплом или холодном?
36. Что называется изобарами и как они пров одятся на картах погоды?
37. Ч то называется изобарической поверхностью?
38. Записать формулу геопотенциала и объяснить ее физический смысл.
39. Каким образом изменяется высота изобарической поверхности над циклонами (антициклонами),
областями тепла (холода)?
40. Ч то называется циклоном (антициклоном, ложбиной, гребнем, седловиной)?
41. Ч то такое дав ление QNH (QFE, QFF, QNE)?
42. Какое давление указывается в св одках о ф актической погоде METAR (SPECI)?
43. Какое дав ление указывается в местных регулярных (специальных) св одках о фактической погоде на аэродроме?
44. Ч то называется плотностью в оздуха?
45. От каких физических характеристик атмосферы зависит плотность воздуха?
46. Ч то называется виртуальной температурой?
47. Какой воздух легче: сухой или влажный?
48. При каких значениях температуры и относительной влажности целесообразно учитывать влияние в лажности на плотность в оздуха?
49. Ч то такое стандартная атмосфера?
50. Ч ему равняется температура, атмосферное давление и плотность воздуха на уров не моря в стандартной атмосфере?
Плотность воздуха СОДЕРЖАНИЕ а также Температура [ править ]
Плотность воздуха равна ^
За стандарт плотности воздуха принята величина, равная 1,29 кг/м3, которая вычисляется как отношение его молярной массы (29 г/моль) к молярному объему, одинаковому для всех газов (22,413996 дм3), соответствующая плотности сухого воздуха при 0°С (273,15°К) и давлении 760 мм ртутного столба (101325 Па) на уровне моря (то есть при нормальных условиях).
Что такое относительная плотность по воздуху? ^
Следует принять во внимание, что вес воздуха – это величина изменчивая и меняется в зависимости от различных условий, таких как географическая широта и сила инерции, которая возникает при вращении Земли вокруг своей оси. На полюсах вес воздуха на 5% больше, чем в зоне экватора.
Массовая плотность воздуха – это масса 1 м3 воздуха, обозначаемая греческой буквой ρ. Как известно, масса тела – величина постоянная. За единицу массы принято считать массу гири из иридистой платины, которая находится в Международной палате мер и весов в Париже.
Массовая плотность воздуха ρ вычисляется по следующей формуле: ρ = m / v. Здесь m – масса воздуха, измеряемая в кг×с2/м; ρ – его массовая плотность, измеряемая в кгс×с2/м4.
Массовая и весовая плотности воздуха находятся в зависимости: ρ = γ / g, где g – коэффициент ускорения свободного падения, равный 9,8 м/с². Откуда следует, что массовая плотность воздуха при стандартных условиях равна 0,1250 кг×с2/м4.
Примечания
Практическое применение
Из учебников химии и физики вычисляют уровень плотности по формуле. Но также это можно сделать, используя онлайн-систему.
Значение показателя
Окружающий мир состоит из разных веществ.
Скамейка в парке или баня за городом сооружены из древесины, подошва утюга, сковорода выполнены из металла, покрышка колеса, велосипеда — из резины. Каждый предмет имеет свой вес.
Черные дыры Вселенной составляют наибольшую плотность 1014 кг/м3. Самый низкий показатель имеет область между Галактиками (2•10−31—5•10−31 кг/м³).
Таблица плотности веществ
| Вещество | Плотность (кг/м3) |
| Сухой воздух | 1,293 |
| Металлы | |
| Осмий | 22,61 |
| Родий | 12,41 |
| Иридий | 22,56 |
| Плутоний | 19,84 |
| Палладий | 12,02 |
| Свинец | 11,35 |
| Платина | 19,59 |
| Золото | 19,30 |
| Сталь | 7,8 |
| Алюминий | 2,7 |
| Медь | 8,94 |
| Газы | |
| Азот | 1,25 |
| Аммиак | 0,771 |
| Аргон | 1,784 |
| Жидкий водород | 70 |
| Гелий в жидком состоянии | 130 |
| Водород | 0,09 |
| Водяной пар | 0,598 |
| Воздух | 1,293 |
| Хлор | 3,214 |
| О2 | 1,429 |
| Углекислый газ | 1,977 |
| Остальные вещества | |
| Тело человека | На вдохе 940-990, при выдохе — 1010-1070 |
| Пресная вода | 1000 |
| Солнце | 1410 |
| Гранит | 2600 |
| Земля | 5520 |
| Железо | 7874 |
| Бензин | 710 |
| Керосин | 820 |
| Молоко | 1040 |
| Этанол | 789 |
| Ацетон | 792 |
| Морская вода | 1030 |
| Древесина | |
| Пихта | 0,39 |
| Ива | 0,46 |
| Ель | 0,45 |
| Сосна | 0,52 |
| Дуб | 0,69 |
П металлов изменяется от минимального значения у лития, который легче Н2О, до максимального значения у осмия, который тяжелее драгоценных металлов.
Плотность воздуха
Плотность воздуха и его другие физические свойства
Содержание составных частей практически не зависит от того, в каком месте земного шара взята проба сухого воздуха. Ко второй группе относятся углекислый газ (0,02 – 0,04%) и водяной пар (до 3%). Содержание случайных составных частей зависит от местных условий: вблизи металлургических заводов к воздуху часто бывают примешаны заметные количества сернистого газа, в местах, где происходит распад органических остатков, – аммиака и т.д. Помимо различных газов, воздух всегда содержит большее или меньшее количество пыли.
Зная из опыта массу литра воздуха при нормальных условиях (1,293 г), можно вычислить тот молекулярный вес, который имел бы воздух, если бы он был индивидуальным газом. Так как грамм-молекула всякого газа занимает при нормальных условиях объем 22,4 л, средний молекулярный вес воздуха равен
Это число – 29 – следует запомнить: зная его, легко рассчитать плотность любого газа по отношению к воздуху.
Плотность жидкого воздуха
При достаточном охлаждении воздух переходит в жидкое состояние. Жидкий воздух можно довольно долго сохранять в сосудах с двойными стенками, из пространства между которыми для уменьшения теплопередачи выкачан воздух. Подобные сосуды используются, например, в термосах.
Свободно испаряющийся при обычных условиях жидкий воздух имеет температуру около (-190 o С). Состав его непостоянен, так как азот улетучивается легче кислорода. По мере удаления азота цвет жидкого воздуха изменяется от голубоватого до бледно-синего (цвет жидкого кислорода).
В жидком воздухе легко переходят в твердое состояние этиловый спирт, диэтиловый эфир и многие газы. Если, например, пропускать через жидкий воздух диоксид углерода, то он превращается в белые хлопья, похожие по внешнему виду на снег. Ртуть, погруженная в жидкий воздух, становится твердой и ковкой.
Многие вещества, охлажденные жидким воздухом, резко изменяют свои свойства. Так, чинк и олово становятся настолько хрупкими, что легко превращаются в порошок, свинцовый колокольчик издает чистый звенящий звук, а замороженный резиновый мячик разбивается вдребезги, если уронить его на пол.
Примеры решения задач
| Задание | Рассчитайте плотность оксида углерода (IV) по водороду. |
| Решение | Для того, чтобы вычислить относительную плотность одного газа по другому, надо относительную молекулярную массу первого газа разделить на относительную молекулярную массу второго газа. |
| Задание | Определите во сколько раз тяжелее воздуха сероводород H2S. |
| Решение | Отношение массы данного газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму. Данная величина показывает, во сколько раз первый газ тяжелее или легче второго газа. |
Относительную молекулярную массу воздуха принимают равной 29 (с учетом содержания в воздухе азота, кислорода и других газов). Следует отметить, что понятие «относительная молекулярная масса воздуха» употребляется условно, так как воздух – это смесь газов.
Плотность воздуха
Что такое плотность воздуха и что она определяет. Она является физической величиной которая характеризует основную массу воздуха в нормальных условиях, а так же в Земной атмосфере, газовую массу в единичном объеме. Плотность воздуха выглядит как функция имеющая значения влажность, температура и высота происходящих замеров.
Как известно ранее обозначения плотности воздуха брались от полярного сияния, радиуса радиоволны, метеоры и так далее. Но как только у Земли появились собственные спутники, информация стала вычисляться более научным и правильным путем.
Однако, воздух может изменять свой вес, из-за этого данная величина будет не постоянной и изменятся при любых изменениях, например инерция или географическая широта. Так как на полюсе данная величина будет в 5 % выше, её экваториальных измерений.
Заметка: Широкий выбор крепежной техники (http://krepzakaz.ru/) представлен на сайте, перейти на который можно с помощью указанной ссылки. Вы сможете не только выбрать все что Вам нужно, но так же заказать это с доставкой. Согласитесь это удобно!
Температура влияет на плотность воздуха, ее изменение влечет за собой незамедлительную реакцию со стороны плотности. Так большое давление влечет за собой большую плотность. А с изменениями в меньшую сторону, уменьшается и плотность. Но не все так просто, существует Основное уравнение статистики. Оно заключается в том, что увеличение давления терпит изменение и уменьшается в случае подъема на равную высоту уменьшения давления равносильно большей силе тяжести и плотности воздуха.
Если материал был полезен, вы можете отправить донат или поделиться данным материалом в социальных сетях: