Densidad del aire

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Densidad del aire
$\rho ={\frac{m}{V}}$
Dimensión	L −3 METRO
Unidades
SI	kg/m³
SGA	g/cm³
notas
escalar

Densidad del aire : la masa de gas en la atmósfera terrestre por unidad de volumen o la masa específica de aire en condiciones naturales. La densidad del aire es una función de la presión , la temperatura y la humedad . Normalmente, el valor estándar para la densidad del aire a nivel del mar de acuerdo con la Atmósfera Estándar Internacional es de 1,2250 kg/m³, que corresponde a la densidad del aire seco a 15 °C y una presión de 101 330 Pa .

Relaciones dentro del modelo de gas ideal

La influencia de la temperatura en las propiedades del aire a nivel del mar
La temperatura	velocidad del sonido	Densidad del aire a partir de la ecuación de Clapeyron	Impedancia acústica
$\vartheta$ , °C	do , 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

Temperatura, presión y densidad

La densidad del aire seco se puede calcular usando la ecuación de Mendeleev-Clapeyron para un gas ideal a temperatura y presión dadas:

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

Aquí está la densidad del aire, es la masa molar ( 29 g/mol para aire seco), es la presión absoluta , es la constante universal de los gases , es la temperatura absoluta en grados Kelvin . Entonces por sustitución obtenemos: $\rho$ $METRO$ $pags$ $R$ $T$

en una atmósfera estándar de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (temperatura 0°C , presión 100 kPa , cero humedad) densidad del aire 1,2754 kg/m³ ;
a 20 °C , 101,325 kPa y aire seco, la densidad de la atmósfera es de 1,2041 kg/m³ .

La siguiente tabla da varios parámetros del aire calculados sobre la base de las fórmulas elementales correspondientes, dependiendo de la temperatura (la presión se toma igual a 101.325 kPa ).

Influencia de la humedad del aire

La humedad se refiere a la presencia de vapor de agua gaseoso en el aire , cuya presión parcial no excede la presión de vapor saturado para condiciones atmosféricas dadas. La adición de vapor de agua al aire provoca una disminución de su densidad, lo que se explica por la menor masa molar del agua ( 18 g/mol ) en comparación con la masa molar del aire seco ( ~29 g/mol ) [1] . El aire húmedo se puede considerar como una mezcla de gases ideales , la combinación de las densidades de cada uno de los cuales permite obtener el valor requerido para su mezcla [2] . Tal interpretación permite determinar el valor de la densidad con un error relativo inferior al 0,2% en el rango de temperatura de -10 a +50 °C y se puede expresar de la siguiente manera [2] :

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

donde es la densidad del aire húmedo (kg/m³);

\rho _{{\,{\mathrm {aire~húmedo))))

p_{{d}}

- presión parcial de aire seco ( Pa );

R_{{d}}

— constante de gas para aire seco ( 287,058 J/kg K );

T

— temperatura (K); - presión de vapor de agua (Pa) y - constante para vapor ( 461.495 J / kg K ).

p_{{v}}

R_{{v}}

La presión del vapor de agua se puede determinar a partir de la humedad relativa :

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

donde esta la presion de vapor de agua;

p_{{v}}

\fi

- humedad relativa;

p_{{{\mathrm {sábado))))

es la presión parcial del vapor saturado.

La presión parcial del vapor saturado se puede representar como la siguiente expresión simplificada [2] :

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

lo que da el resultado en milibares .

La presión del aire seco se determina por la diferencia: $p_{{d}}$

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

donde denota la presión absoluta del sistema bajo consideración.

pags

Influencia de la altitud en la troposfera

Para calcular la densidad del aire a una determinada altura en la troposfera (la fórmula es válida para alturas inferiores a 20 km ), se pueden utilizar los siguientes parámetros (el valor para la atmósfera estándar se indica en los parámetros atmosféricos ):

presión atmosférica estándar al nivel del mar - = 101 325 Pa ; $p_{0}$
temperatura estándar al nivel del mar - = 288,15 K ; $T_{0}$
aceleración de caída libre sobre la superficie de la Tierra - = 9,80665 m/s 2 (en estos cálculos se considera un valor independiente de la altura); $gramo$
el valor promedio del componente vertical del gradiente de temperatura en la troposfera (ver. Atmósfera estándar ) - = -0.0065 K / m (el signo menos delante del gradiente significa que la temperatura desciende con la altura. Sin embargo, hay áreas en la atmósfera con valores de gradiente de temperatura positivos: 35 a 53 km , así como por encima de 80 km ); $L$
constante universal de gas - \ u003d 8.31447 J / mol K ; $R$
masa molar de aire seco - \ u003d 0.0289644 kg / mol . $METRO$

Para la troposfera (es decir, la región de disminución lineal de la temperatura; esta es la única propiedad de la troposfera que se usa aquí), la temperatura en altitud se puede dar mediante la fórmula: $h$

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

Alta presión : $h$

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

Luego, la densidad se puede calcular sustituyendo la temperatura y la presión correspondientes a una altitud dada en la fórmula: $h$ $T$ $pags$

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

Estas tres fórmulas (dependencia de la temperatura, la presión y la densidad de la altura) se utilizan para construir los gráficos que se muestran a la derecha. Los gráficos están normalizados: muestran una vista general del comportamiento de los parámetros. Los valores "cero" para los cálculos correctos deben sustituirse cada vez de acuerdo con las lecturas de los instrumentos relevantes (termómetro y barómetro) en el momento actual al nivel del mar.

Véase también

atmósfera estándar
Modelos de atmósfera

Notas

↑ Para cualquier gas, de acuerdo con la ley de Avogadro a temperatura, presión y volumen constantes, la cantidad de moléculas permanece sin cambios, por lo que la adición de moléculas de agua conduce a una disminución en la densidad del aire.
↑ 1 2 3 Equations - Air Density and Density Altitude Archivado el 30 de noviembre de 2010 en Wayback Machine .

Enlaces

Conversiones de unidades de densidad ρ Archivado el 29 de noviembre de 2010 en Wayback Machine .
Cálculos de densidad del aire y altitud de densidad Archivado el 30 de noviembre de 2010 en Wayback Machine .
Manual de referencia para densidad del aire, altitud de densidad y granos de agua . Archivado el 23 de octubre de 2014 en Wayback Machine .
Densidad del aire, altitud de densidad, calculadora de granos de agua por región Archivado el 3 de marzo de 2022 en Wayback Machine .

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ver también