Калькулятор плотности воздуха

Что такое плотность воздуха?

Плотность воздуха — это масса воздуха, содержащаяся в заданном объёме, обычно выражаемая в килограммах на кубический метр (кг/м³). Она показывает, насколько «тяжёл» воздух, и зависит в основном от двух величин: абсолютного давления, действующего на воздух, и его температуры. Холодный воздух под высоким давлением плотный, тогда как тёплый воздух при низком давлении разрежённый. На уровне моря при стандартных условиях плотность сухого воздуха составляет около 1,225 кг/м³.

Плотность воздуха важна в авиации, метеорологии, баллистике, настройке двигателей и проектировании систем кондиционирования. Более плотная атмосфера создаёт большую аэродинамическую подъёмную силу и сопротивление, доставляет больше кислорода в двигатель и иначе передаёт звук и тепло, чем разрежённый воздух. Этот калькулятор определяет плотность сухого воздуха непосредственно по введённым вами давлению и температуре.

Если вы изучаете, как газы реагируют на изменения давления и температуры, вам также может понравиться калькулятор закона Бойля.

Как работает калькулятор?

Введите абсолютное давление воздуха и его температуру. Вы можете выбрать единицы для каждого поля (например, паскали, атмосферы, °C, °F или K), и калькулятор внутри переводит всё в единицы СИ. Затем он делит давление на произведение удельной газовой постоянной сухого воздуха и абсолютной температуры, чтобы получить плотность.

Температура всегда переводится в кельвины перед расчётом, поскольку формула требует абсолютной температуры. Калькулятор возвращает результат только тогда, когда температура выше абсолютного нуля.

Формула

Плотность сухого воздуха находится из уравнения состояния идеального газа, преобразованного относительно плотности:

где:
$\rho$ — плотность воздуха в килограммах на кубический метр (кг/м³),
$p$ — абсолютное давление в паскалях (Па),
$R_{specific}$ — удельная газовая постоянная сухого воздуха, равная 287,05 Дж/(кг·К),
$T$ — абсолютная температура в кельвинах (К).

Чтобы перевести температуру из градусов Цельсия в кельвины, прибавьте 273,15:

Решённые примеры

Пример 1

Стандартные условия на уровне моря: давление 101325 Па и температура 15 °C (288,15 К).

Это известная стандартная плотность воздуха, используемая в аэродинамике.

Пример 2

То же давление 101325 Па, но при точке замерзания, 0 °C (273,15 К).

Более холодный воздух заметно плотнее, чем в примере 1, хотя давление не изменилось.

Практические замечания

• Только сухой воздух: Эта формула предполагает сухой воздух. Влажный воздух немного менее плотный, потому что водяной пар легче азота и кислорода, которые он вытесняет. Для высокоточной работы требуется поправка на влажность.
• Абсолютное давление: Всегда используйте абсолютное давление, а не избыточное. Если у вас есть показание манометра, прибавьте местное атмосферное давление, прежде чем вводить его.
• Температура в кельвинах: Формула требует абсолютной температуры, поэтому любое значение в Цельсиях или Фаренгейтах сначала переводится в кельвины. Отрицательные значения в кельвинах физически невозможны и отвергаются.
• Высота: По мере подъёма падают и давление, и температура, поэтому плотность воздуха уменьшается с высотой. Именно поэтому самолёты и двигатели теряют мощность на большой высоте.