Hustota vzduchu

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 29. července 2022; kontroly vyžadují 2 úpravy .

Hustota vzduchu
$\rho ={\frac {m}{V}}$
Dimenze	L -3 M
Jednotky
SI	kg/m³
GHS	g/cm³
Poznámky
skalární

Hustota vzduchu - hmotnost plynu v zemské atmosféře na jednotku objemu nebo měrná hmotnost vzduchu za přirozených podmínek. Hustota vzduchu je funkcí tlaku , teploty a vlhkosti . Typicky je standardní hodnota hustoty vzduchu na hladině moře v souladu s Mezinárodní standardní atmosférou 1,2250 kg/m³, což odpovídá hustotě suchého vzduchu při 15 °C a tlaku 101 330 Pa .

Vztahy v rámci modelu ideálního plynu

Vliv teploty na vlastnosti vzduchu na hladině moře
Teplota	rychlost zvuku	Hustota vzduchu z Clapeyronovy rovnice	Akustická impedance
$\vartheta$ , °С	c , m/s	ρ , kg/m³	Z , N s/m³
+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

Teplota, tlak a hustota

Hustotu suchého vzduchu lze vypočítat pomocí Mendělejevovy-Clapeyronovy rovnice pro ideální plyn při dané teplotě a tlaku:

\rho ={\frac {p\cdot M}{R\cdot T)).

Zde je hustota vzduchu, je molární hmotnost ( 29 g/mol pro suchý vzduch), je absolutní tlak , je univerzální plynová konstanta , je absolutní teplota v kelvinech . Takže substitucí dostaneme: $\rho$ $M$ $p$ $R$ $T$

při standardní atmosféře Mezinárodní unie čisté a aplikované chemie (teplota 0 °C , tlak 100 kPa , nulová vlhkost) hustota vzduchu 1,2754 kg/m³ ;
při 20 °C , 101,325 kPa a suchém vzduchu je hustota atmosféry 1,2041 kg/m³ .

Níže uvedená tabulka uvádí různé parametry vzduchu vypočítané na základě odpovídajících elementárních vzorců v závislosti na teplotě (tlak se bere jako rovný 101,325 kPa ).

Vliv vlhkosti vzduchu

Vlhkost znamená přítomnost plynné vodní páry ve vzduchu , jejíž parciální tlak nepřesahuje tlak nasycených par za daných atmosférických podmínek. Přidání vodní páry do vzduchu vede ke snížení jeho hustoty, což se vysvětluje nižší molární hmotností vody ( 18 g/mol ) ve srovnání s molární hmotností suchého vzduchu ( ~29 g/mol ) [1] . Vlhký vzduch lze považovat za směs ideálních plynů , přičemž kombinace hustot každého z nich umožňuje získat požadovanou hodnotu jejich směsi [2] . Taková interpretace umožňuje určit hodnotu hustoty s relativní chybou menší než 0,2 % v teplotním rozsahu od -10 do +50 °C a lze ji vyjádřit následovně [2] :

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

kde je hustota vlhkého vzduchu (kg/m³);

\rho _{{\,{\mathrm {vlhko~vzduch))))

p_{{d}}

- parciální tlak suchého vzduchu ( Pa );

R_{{d}}

— plynová konstanta pro suchý vzduch ( 287,058 J/kg K );

T

— teplota (K); - tlak vodní páry (Pa) a - konstanta pro páru ( 461,495 J / kg K ).

p_{{v}}

R_{{v}}

Tlak vodní páry lze určit z relativní vlhkosti :

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

kde je tlak vodní páry;

p_{{v}}

\phi

- relativní vlhkost;

p_{{{\mathrm {so))))

je parciální tlak syté páry.

Parciální tlak syté páry lze vyjádřit následujícím zjednodušeným výrazem [2] :

p(mb)_{\mathrm {sat} }=6{,}1078\cdot 10^{\frac {7{,}5\cdot T-2048{,}625}{T-35{, }85}},

což udává výsledek v milibarech .

Tlak suchého vzduchu je určen rozdílem: $p_{{d}}$

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

kde označuje absolutní tlak uvažovaného systému.

p

Vliv nadmořské výšky v troposféře

Pro výpočet hustoty vzduchu v určité výšce v troposféře (vzorec platí pro výšky menší než 20 km ) lze použít následující parametry (hodnota pro standardní atmosféru je uvedena v parametrech atmosféry ):

standardní atmosférický tlak na hladině moře - = 101 325 Pa ; $p_{0}$
standardní teplota na hladině moře - = 288,15 K ; $T_{0}$
zrychlení volného pádu nad povrchem Země - = 9,80665 m/s 2 (v těchto výpočtech je uvažována hodnota nezávislá na výšce); $G$
průměrná hodnota vertikální složky teplotního gradientu v troposféře (viz. Standardní atmosféra ) - = -0,0065 K / m (znaménko mínus před gradientem znamená, že teplota klesá s výškou. Existují však oblasti v atmosféra s kladnými hodnotami teplotního gradientu: 35 až 53 km , stejně jako nad 80 km ); $L$
univerzální plynová konstanta - \ u003d 8,31447 J / mol K ; $R$
molární hmotnost suchého vzduchu - \ u003d 0,0289644 kg / mol . $M$

Pro troposféru (tj. oblast lineárního poklesu teploty - to je jediná zde použitá vlastnost troposféry) lze teplotu ve výšce zadat vzorcem: $h$

T=T_{0}+L\cdot h.

Vysoký tlak : $h$

p=p_{0}\cdot \left(1+{\frac {L\cdot h}{T_{0}}}\right)^{\frac {-g\cdot M}{R\cdot L}}.

Potom lze hustotu vypočítat dosazením teploty a tlaku odpovídající dané nadmořské výšce do vzorce: $h$ $T$ $p$

\rho ={\frac {p\cdot M}{R\cdot T)).

Tyto tři vzorce (závislost teploty, tlaku a hustoty na výšce) se používají ke konstrukci grafů zobrazených vpravo. Grafy jsou normalizované – zobrazují obecný pohled na chování parametrů. "Nulové" hodnoty pro správné výpočty musí být vždy nahrazeny údaji příslušných přístrojů (teploměr a barometr) v aktuálním okamžiku na hladině moře.

Viz také

standardní atmosféra
Modely atmosféry

Poznámky

↑ Pro jakýkoli plyn v souladu s Avogadrovým zákonem při konstantní teplotě, tlaku a objemu zůstává počet molekul nezměněn, takže přidání molekul vody vede ke snížení hustoty vzduchu.
↑ 1 2 3 Equations – Air Density and Density Altitude Archived 30. listopadu 2010 na Wayback Machine

Odkazy

Převody jednotek hustoty ρ Archivováno 29. listopadu 2010 na Wayback Machine
Výpočty hustoty vzduchu a hustoty nadmořské výšky Archivováno 30. listopadu 2010 na Wayback Machine
Referenční příručka pro hustotu vzduchu, hustotu nadmořskou výšku a zrnka vody Archivováno 23. října 2014 na Wayback Machine
Hustota vzduchu, hustota nadmořská výška, zrnka vody kalkulačka podle regionu Archivováno 3. března 2022 na Wayback Machine

Počasí

Stav atmosféry

Vítr

Vlastnosti větru	Beaufortova stupnice Směr větru Růže větru střih větru Uklidnit Microburst Squall Bouře (bouře) Fujita stupnice Vylepšená stupnice Fujita Tropické cyklónové váhy Saffir-Simpsonova stupnice hurikánů
Atmosférické víry	Cyklón extratropický cyklón subtropický cyklón tropický cyklon Hurikán Tajfun Supercell Anticyklóna Tornádo Vodní smršť Ohnivá bouře Vichřice Turbulence turbulence jasné oblohy
místní větry	afghánský Bora Vánek Větry z jezera Bajkal Barguzin Kultuk Sarma Shelonik Garmsil ghibli Horské údolí se vine Anabatický vítr Katabatický vítr Gregal Vánek Ibe Košava Levant ledovcový vítr Libeccio Maren Meltemi Mistral Moryana Pampero Piterak Ponente Horký vítr na poušti Santa Ana Sirocco Suchovey Tramontana Föhn Fremantle lékař Khabub Khazri Horký vítr v sahaře Harmattan Shamal Šarav Chinook

Atmosférické srážky
(hydrometeory)

Lithometeory

atmosférická
elektřina

Optické jevy
v atmosféře

synoptická situace

Předpověď počasí

viz také