Плотность воздуха и воды: Плотность воздуха, его удельная теплоемкость, вязкость и другие физические свойства: таблицы при различных температурах

Плотность воздуха, его удельная теплоемкость, вязкость и другие физические свойства: таблицы при различных температурах

Рассмотрены основные физические свойства воздуха: плотность воздуха, его динамическая и кинематическая вязкость, удельная теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность, число Прандтля и энтропия. Свойства воздуха даны в таблицах в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении.

Плотность воздуха в зависимости от температуры

Представлена подробная таблица значений плотности воздуха в сухом состоянии при различных температурах и нормальном атмосферном давлении. Чему равна плотность воздуха? Аналитически определить плотность воздуха можно, если разделить его массу на объем, который он занимает при заданных условиях (давление, температура и влажность). Также можно вычислить его плотность по формуле уравнения состояния идеального газа. Для этого необходимо знать абсолютное давление и температуру воздуха, а также его газовую постоянную и молярный объем. Это уравнение позволяет вычислить плотность воздуха в сухом состоянии.

На практике, чтобы узнать какова плотность воздуха при различных температурах, удобно воспользоваться готовыми таблицами. Например, приведенной таблицей значений плотности атмосферного воздуха в зависимости от его температуры. Плотность воздуха в таблице выражена в килограммах на кубический метр и дана в интервале температуры от минус 50 до 1200 градусов Цельсия при нормальном атмосферном давлении (101325 Па).

Плотность воздуха в зависимости от температуры — таблица
t, °Сρ, кг/м3t, °Сρ, кг/м3t, °Сρ, кг/м3t, °Сρ, кг/м3
-501,584201,2051500,8356000,404
-451,549301,1651600,8156500,383
-401,515401,1281700,7977000,362
-351,484501,0931800,7797500,346
-301,453601,061900,7638000,329
-251,424701,0292000,7468500,315
-201,3958012500,6749000,301
-151,369900,9723000,6159500,289
-101,3421000,9463500,56610000,277
-51,3181100,9224000,52410500,267
01,2931200,8984500,4911000,257
101,2471300,8765000,45611500,248
151,2261400,8545500,4312000,239

При 25°С воздух имеет плотность 1,185 кг/м3. При нагревании плотность воздуха снижается — воздух расширяется (его удельный объем увеличивается). С ростом температуры, например до 1200°С, достигается очень низкая плотность воздуха, равная 0,239 кг/м3, что в 5 раз меньше ее значения при комнатной температуре. В общем случае, снижение плотности газов при нагреве позволяет проходить такому процессу, как естественная конвекция и применяется, например, в воздухоплавании.

Если сравнить плотность воздуха относительно плотности воды, то воздух легче на три порядка — при температуре 4°С плотность воды равна 1000 кг/м3, а плотность воздуха составляет 1,27 кг/м3. Необходимо также отметить значение плотности воздуха при нормальных условиях. Нормальными условиями для газов являются такие, при которых их температура равна 0°С, а давление равно нормальному атмосферному. Таким образом, согласно таблице, плотность воздуха при нормальных условиях (при НУ) равна 1,293 кг/м3.

Динамическая и кинематическая вязкость воздуха при различных температурах

При выполнении тепловых расчетов необходимо знать значение вязкости воздуха (коэффициента вязкости) при различной температуре. Эта величина требуется для вычисления числа Рейнольдса, Грасгофа, Релея, значения которых определяют режим течения этого газа. В таблице даны значения коэффициентов динамической μ и кинематической ν вязкости воздуха в диапазоне температуры от -50 до 1200°С при атмосферном давлении.

Коэффициент вязкости воздуха с ростом его температуры значительно увеличивается. Например, кинематическая вязкость воздуха равна 15,06·10-6 м2/с при температуре 20°С, а с ростом температуры до 1200°С вязкость воздуха становиться равной 233,7·10-6 м2/с, то есть увеличивается в 15,5 раз! Динамическая вязкость воздуха при температуре 20°С равна 18,1·10-6 Па·с.

При нагревании воздуха увеличиваются значения как кинематической, так и динамической вязкости. Эти две величины связаны между собой через величину плотности воздуха, значение которой уменьшается при нагревании этого газа. Увеличение кинематической и динамической вязкости воздуха (как и других газов) при нагреве связано с более интенсивным колебанием молекул воздуха вокруг их равновесного состояния (согласно МКТ).

Динамическая и кинематическая вязкость воздуха при различных температурах — таблица
t, °Сμ·106, Па·сν·106, м2t, °Сμ·106, Па·сν·106, м2t, °Сμ·106, Па·сν·106, м2
-5014,69,237020,620,0235031,455,46
-4514,99,648021,121,094003363,09
-4015,210,049021,522,145034,669,28
-3515,510,4210021,923,1350036,279,38
-3015,710,811022,424,355037,788,14
-251611,2112022,825,4560039,196,89
-2016,211,6113023,326,6365040,5106,15
-1516,512,0214023,727,870041,8115,4
-1016,712,4315024,128,9575043,1125,1
-51712,8616024,530,0980044,3134,8
017,213,2817024,931,2985045,5145
1017,614,1618025,332,4990046,7155,1
1517,914,6119025,733,6795047,9166,1
2018,115,062002634,85100049177,1
3018,61622526,737,73105050,1188,2
4019,116,9625027,440,61110051,2199,3
5019,617,9530029,748,33115052,4216,5
6020,118,9732530,651,9120053,5233,7

Примечание: Будьте внимательны! Вязкость воздуха дана в степени 106.

Удельная теплоемкость воздуха при температуре от -50 до 1200°С

Представлена таблица удельной теплоемкости воздуха при различных температурах. Теплоемкость в таблице дана при постоянном давлении (изобарная теплоемкость воздуха) в интервале температуры от минус 50 до 1200°С для воздуха в сухом состоянии. Чему равна удельная теплоемкость воздуха? Величина удельной теплоемкости определяет количество тепла, которое необходимо подвести к одному килограмму воздуха при постоянном давлении для увеличения его температуры на 1 градус. Например, при 20°С для нагревания 1 кг этого газа на 1°С в изобарном процессе, требуется подвести 1005 Дж тепла.

Удельная теплоемкость воздуха увеличивается с ростом его температуры. Однако, зависимость массовой теплоемкости воздуха от температуры не линейная. В интервале от -50 до 120°С ее величина практически не меняется — в этих условиях средняя теплоемкость воздуха равна 1010 Дж/(кг·град). По данным таблицы видно, что значительное влияние температура начинает оказывать со значения 130°С. Однако, температура воздуха влияет на его удельную теплоемкость намного слабее, чем на вязкость. Так, при нагреве с 0 до 1200°С теплоемкость воздуха увеличивается лишь в 1,2 раза – с 1005 до 1210 Дж/(кг·град).

Следует отметить, что теплоемкость влажного воздуха выше, чем сухого. Если сравнить теплоемкость воды и воздуха, то очевидно, что вода обладает более высоким ее значением и содержание воды в воздухе приводит к увеличению удельной теплоемкости.

Удельная теплоемкость воздуха при различных температурах — таблица
t, °СCp, Дж/(кг·град)t, °СCp, Дж/(кг·град)t, °СCp, Дж/(кг·град)t, °СCp, Дж/(кг·град)
-50101320100515010156001114
-45101330100516010176501125
-40101340100517010207001135
-35101350100518010227501146
-30101360100519010248001156
-25101170100920010268501164
-20100980100925010379001172
-15100990100930010479501179
-1010091001009350105810001185
-510071101009400106810501191
010051201009450108111001197
1010051301011500109311501204
1510051401013550110412001210

Теплопроводность, температуропроводность, число Прандтля воздуха

В таблице представлены такие физические свойства атмосферного воздуха, как теплопроводность, температуропроводность и его число Прандтля в зависимости от температуры. Теплофизические свойства воздуха даны в интервале от -50 до 1200°С для сухого воздуха. По данным таблицы видно, что указанные свойства воздуха существенно зависят от температуры и температурная зависимость рассмотренных свойств этого газа различна.

Теплопроводность воздуха λ при повышении температуры увеличивается во всем диапазоне, достигая при 1200°С величины 0,0915 Вт/(м·град). Другие теплофизические свойства воздуха такие, как его температуропроводность a и число Прандтля Pr, по-разному реагируют на изменение температуры. Температуропроводность, как и вязкость воздуха сильно зависит от температуры и при нагревании, например с 0 до 1200°С, ее значение увеличивается почти в 17 раз.

Число Прандтля воздуха слабо зависит от температуры и при нагревании этого газа его величина сначала снижается до величины 0,674, а затем начинает расти, и при температуре 1200°С достигает значения 0,724.

Физические свойства атмосферного воздуха — таблица
t, °Сλ·102, Вт/(м·град)а·106, м2Prt, °Сλ·102, Вт/(м·град)а·106, м2Pr
-502,0412,70,7281703,7145,70,682
-402,1213,80,7281803,7847,50,681
-302,214,90,7231903,8649,50,681
-202,2816,20,7162003,9351,40,68
-102,3617,40,7122504,27610,677
02,4418,80,7073004,671,60,674
102,51200,7053504,9181,90,676
202,5921,40,7034005,2193,10,678
302,6722,90,7014505,48104,20,683
402,7624,30,6995005,74115,30,687
502,8325,70,6985505,98126,80,693
602,927,20,6966006,22138,30,699
702,9628,60,6946506,47150,90,703
803,0530,20,6927006,71163,40,706
903,1331,90,697506,95176,10,71
1003,2133,60,6888007,18188,80,713
1103,2835,20,6878507,41202,50,715
1203,3436,80,6869007,63216,20,717
1303,4238,60,6859507,85231,10,718
1403,4940,30,68410008,07245,90,719
1503,5742,10,68311008,5276,20,722
1603,6443,90,68212009,15316,50,724

Будьте внимательны! Теплопроводность воздуха в таблице указана в степени 102. Не забудьте разделить на 100! Температуропроводность воздуха указана в степени 106. Допускается интерполяция значений физических свойств воздуха в приведенных таблицах.

Энтропия сухого воздуха

В таблице представлены значения такого теплофизического свойства воздуха, как удельная энтропия. Значения энтропии даны для сухого воздуха в  размерности кДж/(кг·град) в зависимости от температуры и давления. Удельная энтропия указана в таблице в интервале температуры от -50 до 50°С при давлении воздуха от 90 до 110 кПа. Следует отметить, что при нормальном атмосферном давлении (101,325 кПа) и температуре, например 30°С, удельная энтропия воздуха равна 0,1044 кДж/(кг·град).

Источники:

  1. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.
  2. Богданов С.Н., Бурцев С.И., Иванов О.П., Куприянова А.В. Холодильная теника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ: Справ./ Под ред. С.Н. Богданова. 4-е изд., перераб. и доп. — СПб.: СПбГАХПТ, 1999.- 320 с.

Плотность воды в 850 раз больше плотности воздуха, теплопроводность в 25 раз, а теплоемкость в 4 раза выше, чем у воздуха.

Разыскав место, где должно быть вырезано «окно», водолаз занимает удобное положение и приступает к работе. Направив пламя резака, он прогревает стальную обшивку судна до температуры воспламенения металла и открывает вентиль режущего кислорода. Искры вырываются из стали и, пролетев немного, гаснут в воде. В металле образуется сквозная дыра. Передвигая резак, водолаз вырезает в обшивке дна судна отверстие, позволяющее проникнуть внутрь корабля.

Как же удалось сохранить огонь под водой и разрезать им металл?

Всем хорошо известно, что вода и огонь несовместимы друг с другом. Плотность воды в 850 раз больше плотности воздуха, теплопроводность в 25 раз, а теплоемкость в 4 раза выше, чем у воздуха. Это означает, что в воде невозможно нормальное горение открытого пламени, его как-то нужно защитить.

Еще сравнительно недавно для защиты пламени применялись металлические закрытые колпаки в виде конуса с отодвигающейся передней стенкой. Колпак этот узкой своей частью плотно прикреплялся к резаку. Впоследствии их заменили открытые колпаки, защищающие пламя только с боков, впереди же доступ воды в колпак преграждался воздухом, выходящим из колпака под большим давлением.

Однако такие колпаки оказались неудобными для работы. Они утяжеляли резак и не позволяли свободно изменять угол и расстояние между резаком и металлом. Кроме того, горелки с такими колпаками гасли при обращении пламени вверх.

В настоящее время для резки металла под водой применяются резаки, у которых роль защитного колпака играет пузырь, образуемый воздухом, выходящим из горелки под большим давлением. Такие резаки имеют три мундштука. Внутренний находится в центре головки резака и служит для подачи режущего кислорода. Средний мундштук окружает внутренний и имеет кольцеобразное отверстие для подачи горючей смеси, состоящей из газа и кислорода.

Наружный мундштук расположен вокруг среднего и также имеет кольцеобразное отверстие, через которое под большим давлением вытекает воздух.

ICSC 1080 — ДИМЕТИЛКАРБОНАТ

ICSC 1080 — ДИМЕТИЛКАРБОНАТ








ДИМЕТИЛКАРБОНАТICSC: 1080
Апрель 2005




CAS #: 616-38-6
UN #: 1161
EINECS #: 210-478-4



ОСОБЫЕ ОПАСНОСТИПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ МЕРЫТУШЕНИЕ ПОЖАРА
ПОЖАР И ВЗРЫВОчень легко воспламеняется.   Смеси паров с воздухом взрывоопасны.НЕ использовать открытый огонь, НЕ допускать образование искр, НЕ КУРИТЬ. НЕ допускать контакта с окислителями.  Замкнутая система, вентиляция, взрывозащищенное электрическое оборудование и освещение. НЕ использовать сжатый воздух для загрузки, выгрузки или обработки. Использовать ручной инструмент, не образующий искры.Использовать распыленную воду, спиртоустойчивую пену, сухой порошок, двуокись углерода.  В случае пожара: охлаждать бочки и т.д. распыляя воду.







СИМПТОМЫПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ МЕРЫПЕРВАЯ ПОМОЩЬ
ВдыханиеКашель.Применять вентиляцию.Свежий воздух, покой.
КожаЗащитные перчатки.Ополоснуть и затем промыть кожу водой с мылом.
ГлазаПокраснение.Использовать защитные очки.Прежде всего промыть большим количеством воды в течение нескольких минут (снять контактные линзы, если это возможно сделать без затруднений), затем обратится за медицинской помощью.
ПроглатываниеНе принимать пищу, напитки и не курить во время работы.Прополоскать рот.







ЛИКВИДАЦИЯ УТЕЧЕККЛАССИФИКАЦИЯ И МАРКИРОВКА
Индивидуальная защита: респиратор с фильтром для органических газов и паров, подходящий для концентрации вещества в воздухе. Удалить все источники воспламенения. Как можно быстрее собрать пролитую жидкость в закрывающиеся емкости. Удалить оставшуюся жидкость при помощи песка или инертного абсорбента. Затем хранить и утилизировать в соответствии с местными правилами. НЕ сливать в канализацию.

Согласно критериям СГС ООН




Транспортировка
Классификация ООН

Класс опасности по ООН: 3; Группа упаковки по ООН: II 

ХРАНЕНИЕ
Обеспечить огнестойкость. Отдельно от сильных окислителей. Хорошо закрывать. Хранить в местах не имеющих сливов или доступа к канализации
УПАКОВКА


Исходная информация на английском языке подготовлена группой международных экспертов, работающих от имени МОТ и ВОЗ при финансовой поддержке Европейского Союза.
© МОТ и ВОЗ 2018


ДИМЕТИЛКАРБОНАТICSC: 1080



ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Агрегатное Состояние; Внешний Вид

БЕСЦВЕТНАЯ ЖИДКОСТЬ С ХАРАКТЕРНЫМ ЗАПАХОМ. 

Физические опасности

Пар тяжелее воздуха и может перемещаться по поверхности земли; возможно дистанционное воспламенение. Пар хорошо смешивается с воздухом, легко образуются взрывчатые смеси. 

Химические опасности

Интенсивно Реагирует с окислителями и трет-бутоксидом калия. Приводит к появлению опасности пожара. Разлагается при горении. При этом выделяется раздражающие пары.  

Формула: C3H6O3 / H3COCOOCH3

Молекулярная масса: 90.1

Температура кипения: 90°C
Температура плавления: 3°C
Относительная плотность (вода = 1): 1.07
Растворимость в воде: не растворяется
Давление пара, kPa при 25°C: 7.4
Удельная плотность паров (воздух = 1): 3.1
Относительная плотность смеси пара и воздуха при 20°C (воздух = 1): 1.1
Температура вспышки: 18°C o.c.
Температура самовоспламенения : 458°C
Предел взрываемости, % в объеме воздуха: 4.2-12.9 



ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ОРГАНИЗМ И ЭФФЕКТЫ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ

Пути воздействия

 

Эффекты от кратковременного воздействия

Пар оказывает легкое раздражающее воздействие на глаза.  

Риск вдыхания

 

Эффекты от длительного или повторяющегося воздействия

 



Предельно-допустимые концентрации



ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА



ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ


Классификация ЕС

Символ: F; R: 11; S: (2)-9-16


(ru)Ни МОТ, ни ВОЗ, ни Европейский Союз не несут ответственности за качество и точность перевода или за возможное использование данной информации.
© Версия на русском языке, 2018

Влажный или сухой воздух- что проще? Один из самых интересных вопросов термодинамики

Один из самых интересных вопросов термодинамики заключается в том, что воздух легче, влажный или сухой. Вода, видимо, тяжелее воздуха, но почему тогда влажный воздух легче высушить?

Ответ кроется в совокупном состоянии воды. Вода в жидком состоянии тяжелее воздуха. Плотность воды в нормальном состоянии составляет около 1000 кг/кубических метров, а плотность воздуха — около 1,2 кг/кубических метров, поэтому тот же объем воды при том же давлении в 830 раз тяжелее воздуха.

Однако в газовом состоянии ситуация меняется. Водяной пар легче воздуха. Плотность водяного пара составляет всего 0,72 кг/кубических метров, что почти в 1,7 раза легче воздуха. Этот вывод вытекает из соотношения моляровских масс молекул воды и воздуха. Моляровая масса воды (h3O) составляет 18 г/мол, а воздух (в среднем, 25% кислорода (O2) с молярной массой 32 г/мол и 75% азота (N2) с молярной массой 28 г/мол)-29 г/мол.

Влажный воздух представляет собой смесь газосухого воздуха и водяного пара. Учитывая, что плотность сухого воздуха составляет 1,2 кг/кубических метров, а плотность водяного пара -0,72 кг/кубических метров, становится очевидным, что влажный воздух легче высушить.

В вентиляционных системах этот факт играет большую роль.

Это связано с тем, что влажный воздух легче высушить, капот помещения, где находятся люди, лучше делать в верхней части комнаты под потолком.

Влага, которая отличает человека через дыхание и потливость, испаряет воздух, увлажняя его. Отходы влажного воздуха фокусируется на верхней зоне. Таким образом, отработанный капот воздуха должен происходить из верхней зоны.

Такой же фактор учитывается при вентиляции бассейнов. Зеркало воды постепенно испаряется и влажный воздух скап
ливается на потолке (крыше) бассейн.

Компания «Вент Проект» разработает для вас проект вентиляции бассейна. Позвони нам. Это самый простой и быстрый способ получить необходимый совет.
No 38067-656-7101, No 38063-498-3531

Плотность воздуха

1.2. Отношения в рамках модели идеального газа. Влияние влажности. (The effect of humidity)

Под влажностью понимается наличие в воздухе газообразных паров воды, парциальное давление которых не превышает данных давление пара в атмосферных условиях. Добавление водяного пара в воздух уменьшает его плотность, что объясняется более низкой молярной массы воды 18 г / моль по сравнению с молярной массой сухого воздуха ~29 г /. моль влажный воздух может рассматриваться как смесь идеальных газов, сочетание плотностей каждого из которых позволяет получить требуемое значение для смеси. такое толкование позволяет определить значения плотности с погрешностью менее чем 0.2 % в диапазоне температур от -10 до 50 °C и может быть выражена следующим образом:

ρ h u m i d a i r = p d R d (ч у м и Д А и р = р д р) ⋅ T + p v R v (р в р) ⋅ T, {\displaystyle \rho _{\,\mathrm {humid~air} ({влажным~воздуха}) }={\frac {p_{d}}{R_{d}\cdot T}}+{\frac {p_{v}}{R_{v}\cdot T}},}

где ρ h u m i d a i r (ч у м я Д О я) {\свойства стиль отображения значение \РО _{\,\mathrm {humid~air} }} ({влажным~воздуха} }}) — плотность влажного воздуха, килограмм / м3 p d (П) {\свойства стиль отображения значение p_{d}} (р{д}}) — парциальное давление сухого воздуха, ПА, R d (Р) {\свойства стиль отображения значение R_{d}} (Г_{д}}) — газовая постоянная для сухого воздуха 287. {\frac {7.5\cdot T-2048.625}{T-35.85}},}

что дает результат в мбар.

Давление сухого воздуха p d (П) {\свойства стиль отображения значение p_{d}} (р{д}}) определяется разницей:

p d = p (р д =) − p v (п), {\displaystyle p_{d}=p-p_{v},}

где p {\свойства стиль отображения значение p} обозначает абсолютное давление системы.

VODACO | ВОДАКО — Технологии

Наиболее эффективным способом очистки от химических соединений, а также металлов, находящихся в растворенной форме в сточной воде, являются процессы химического осаждения при помощи добавления в сточную воду соответственных реагентов. Для улучшения эффективности данных процессов используются методы коагуляции и флокуляции.

Коагуляция
Помимо крупных частиц загрязнений в сточной воде находятся также мелкие коллоидные частицы, которые не могут быть осаждены в отстойниках вне зависимости от времени осаждения. Из-за их малых размеров сила движения частиц жидкости, в которой они находятся, оказывает на них большее влияние, чем силы гравитации. Для отделения коллоидных частиц от жидкости для последующего осаждения необходимо дестабилизировать эту систему. Такой процесс дестабилизации называется коагуляция. В сточную воду добавляется химический реагент (коагулянт), который способствует разрыву электрических связей между коллоидными частицами и молекулами воды и возникновению связей притяжения между самими коллоидными частицами с целью их последующего укрупнения. Процесс дестабилизации может осуществляться различными путями в зависимости от химического состава загрязняющих веществ в сточной воде, поэтому наиболее эффективный коагулянт подбирается индивидуально к каждому стоку на основании лабораторных исследований.

Процесс флокуляции — это процесс укрупнения первичных дестабилизированных частиц и образования крупных соединений (флокул), способных к отделению от жидкости путем осаждения или флотации. При проведении флокуляции в сточную воду добавляется реагент (флокулянт), способствующий более интенсивному проведению процесса слипания частиц. Само же слипание частиц происходит из-за перемешивания сточной воды с необходимой скоростью, что приводит к столкновению и слипанию частиц друг с другом. Органические флокулянты в большинстве случаев представляют собой синтетические продукты полимеризации на основе акриламида, которые различают по молекулярному весу, заряду и ионогенности. Для флокуляции растворенные молекулы полимеров должны попадать на поверхность твердых частиц. Для этого механизма есть два основных способа. При модели мостикового соединения полимерные цепи прилипают к поверхности твердых частиц только в некоторых местах и соединяют частицы друг с другом. Согласно этой модели образованию флокул подвергаются, прежде всего, высокомолекулярные полимеры с длинной цепью. Молекулы полимеров с короткой цепью попадают непосредственно на поверхность твердых частиц и оказывают влияние на заряд частиц. Таким образом, флокула состоит из негомогенных частиц. Ее прочность и устойчивость на срез существенно зависят от внешней формы и внутренней пористости. В общем случае наиболее устойчивыми являются флокулы с небольшой пористостью.

Отделение крупных частиц от осветленной сточной воды можно проводить двумя основными методами: осаждением (описано выше) и флотацией.

Флотация
Данный метод очистки в основном применяется для очистки сильнозагрязненных производственных сточных вод. Флотация представляет собой процесс отделения загрязнений, находящихся во взвешенном состоянии, от очищаемой воды при помощи восходящего потока воздуха. Поток воздуха подается через распределительные устройства, находящиеся в нижней части флотационной установки. Пузырек воздуха, проходя через толщу воды, сближается с частицей загрязнений. В процессе контакта пузырек плотно прилипает к частице. Поскольку плотность воздуха с частицей ниже плотности окружающей жидкости, то пузырек вместе с загрязнением продолжает подниматься, пока не достигнет поверхности жидкости. Таким образом, на поверхности образуется пена, которую затем отделяют от очищенной воды механически.

Наиболее эффективен данный метод очистки для удаления поверхностно-активных веществ, нефтепродуктов, жиров, масел и снижения концентраций взвешенных веществ и БПК.

Одним из наиболее эффективных (для сточных вод) решений реализации процесса флотации является напорная флотация. При напорной флотации сточная вода или часть очищенной воды насыщаются воздухом под давлением от 4 до 6 бар и, с помощью понижающей давление арматуры, направляется во флотационный резервуар. После разрежения до атмосферного давления избыточный воздух выходит в виде мелких пузырьков, которые в зоне контакта и перемешивания захватывают частицы ила и переносят их к поверхности резервуара, где предусмотрено устройство для их удаления.

Абсолютная влажность воздуха и относительная влажность воздуха

Этот калькулятор переводит относительную влажность воздуха в абсолютную влажность воздуха при заданной температуре и атмосферном давлении. Калькулятор под ним выполняет обратную операцию — переводит абсолютную влажность воздуха в относительную. Немного теории и формулы находятся под калькулятором.

Абсолютная влажность воздуха

Относительная влажность воздуха, процентов

Температура воздуха, градусов Цельсия

Единицы измерения давлениямм рт.ст.гектопаскальТочность вычисления

Знаков после запятой: 3

Абсолютная влажность воздуха, кг/м3

content_copy Ссылка save Сохранить extension Виджет

Относительная влажность воздуха

Температура воздуха, градусов Цельсия

Единицы измерения давлениямм рт.ст.гектопаскаль

Относительная влажность воздуха, %

content_copy Ссылка save Сохранить extension Виджет

Начнем с нескольких определений
Относительная влажность воздуха — отношение парциального давления водяного пара к его предельному значению (давлению насыщенного водяного пара) над плоской поверхностью чистой воды, при постоянном давлении и температуре, выраженное в процентах. Относительная влажность показывает соотношение между количеством водяного пара в воздухе и количеством водяного пара в воздухе в состоянии насыщение, то есть максимальным количеством водяного пара, который может содержаться в воздухе при данной температуре и давлении.

Абсолютная влажность воздуха — масса водяного пара в единице объема влажного воздуха. Абсолютная влажность показывает количественное содержание воды в воздухе.

Благодаря Всемирной метеорологической организации, мы можем найти значение давления насыщенного водяного пара при заданной температуре и давлении (подробнее смотри Давление насыщенного водяного пара).
Зная давление насыщения и относительную влажность, мы можем найти соответствующее давление водяного пара.

Перейти к абсолютной влажности поможет известное уравнение Менделеева-Клапейрона.

В нашем случае это будет

где R — универсальная газовая постоянная, равная 8313.6, а Rv — газовая постоянная для водяного пара, равная 461.5

Откуда можно выразить соотношение массы к объему:

Вот так — для температуры 25 градусов Цельсия и относительной влажности воздуха 60% мы получаем, что в кубометре воздуха содержится примерно 14 грамм воды, что, в общем-то, соответствует тем таблицам перевода относительной влажности в абсолютную, что я находил.

Давление и плотность воздуха

Свойства материи

Практическая деятельность
для 14-16

Демонстрация

Здесь представлена ​​трубка барометра и давление, оказываемое атмосферой Земли.

Аппаратура и материалы

  • Трубка барометра
  • Желоб
  • Метрическая линейка
  • Поднос Mercury i.е. большой неметаллический поддон с гладкой поверхностью (в идеале с небольшим сливным отверстием в одном углу и резиновой пробкой), 2
  • Полупрозрачный экран и лампа
  • Подставка для реторты, втулка и зажим
  • Меркурий
  • Маленькая пластиковая воронка

Техника безопасности и здоровья

Прочтите наше стандартное руководство по охране труда

Пары ртути очень токсичны, но жидкость испаряется очень медленно. При условии тщательного сбора пролитой ртути эту демонстрацию можно провести в лаборатории с нормальной вентиляцией.Полезно иметь два поддона для ртути: один на полу для заполнения трубки, а другой на столе для самого барометра. Подсказки см. В разделе 12.13.2 Справочника лаборатории CLEAPSS.

При заполнении закрытой трубки, как описано ниже, полезно сначала заполнить трубку, пока она не станет почти полной, до нескольких сантиметров от открытого конца. Закройте этот открытый конец пальцем и наклоните трубку, чтобы очень медленно направить воздушный пузырь к другому концу трубки и обратно. Он будет собирать любые маленькие пузыри на своем пути.Затем заполните трубку до верха.

Весь эксперимент можно было провести перед полупрозрачным экраном и лампой. Это сделает его четко видимым для класса за счет силуэта на ярком фоне.

Альтернативой этому методу является использование трубки с открытым концом. Один конец погружают в емкость с ртутью, другой подключают к вакуумному насосу, и воздух удаляется. Обратите внимание, что в этом случае вам понадобится ловушка, состоящая из прочной колбы с круглым дном, вставленной между насосом и вертикальной трубкой.Это предотвращает попадание ртути в насос в случае аварии.

Процедура

  1. Заполните барометр ртутью, удерживая ее над лотком.
  2. Удерживая палец на открытой верхней части полной пробирки, переверните ее в емкость с ртутью. Не убирайте палец, пока конец трубки не окажется ниже поверхности.
  3. Удерживая барометр зажимом, измерьте высоту столбика ртути.
  4. Ежедневные измерения давления можно производить с помощью барометра, который надежно хранится в вытяжном шкафу.

Учебные заметки

  • Студентам необходимо понять, что давление воздуха на ртуть в чаше уравновешивает давление столба ртути в трубке.
  • Некоторым ученикам просто нужно понять, что чем больше давление воздуха, тем выше столбик ртути. Другие согласятся с аргументом, что давление, оказываемое колонной, равно весу колонны / области, на которой она находится.
    • Вес колонны
    • = масса колонны x г
    • = плотность x объем x г
    • = плотность x высота колонны x площадь x г
    • Итак, давление воздуха = плотность x высота колонны x площадь x г / площадь = плотность x высота колонны x g
  • Это может привести к некоторым наводящим на размышления вопросам:
  • Мы живем на дне океана воздуха, и молекулы воздуха создают давление воздуха, отскакивая от поверхности Земли.Давление воздуха на ртуть снаружи в чаше толкает ртуть вверх внутри трубки барометра, и столб ртути просто уравновешивает давление воздуха. А теперь представьте, что мы живем в атмосфере ртути вместо воздуха. Насколько высока должна быть ртуть от пола до верха атмосферы, если это все, что нужно для создания давления, в котором мы на самом деле живем, внизу, на полу? Да, высота должна быть равной высоте барометра, около 75 см ртутного столба.

    А теперь подумайте о настоящей атмосфере.Насколько это было бы высоко, если бы он продолжал подниматься и поднимался с такой же плотностью, как воздух в этой комнате, а затем остановился бы на верхних уровнях атмосферы, а наверху больше не было бы ничего? Насколько высока должна быть атмосфера воздуха, чтобы создать давление, которое мы здесь измеряем?

    Атмосфера ртути должна быть высотой 75 см, такой же высоты, как высота ртутного барометра; потому что это высота ртути, которая может давить на основание чего угодно с тем же давлением, что и вся атмосфера.Насколько высоко должен быть водяной барометр? Нам нужно знать плотность воды по сравнению с ртутью. Итак, теперь мы должны пойти и найти это сравнение.

    Наконец, какой высоты должна быть атмосфера, чтобы уравновесить ртутный барометр или водяной барометр? Нам потребуется плотность воздуха по сравнению с плотностью воды или ртути.

  • Студенты, способные использовать уравнения движения, могли определить, насколько быстро молекула воздуха будет двигаться, когда достигнет поверхности Земли после падения с вершины этого океана / атмосферы и прохождения через промежутки между другими молекулами.Полученный результат будет примерно на 20% ниже реальной средней скорости молекул воздуха (500 м / с).
    • Это может привести к полезному обсуждению оценок и допущений, на которых они основаны. Кроме того, чтобы придать ему некоторую респектабельность, этот метод был использован Больцманом для получения распределения Максвелла с модификацией для предположения о равномерной плотности.
    • Например: Если высота однородной атмосферы воздуха составляет приблизительно 8 км,
    • Затем, используя кинетическое уравнение v 2 = u 2 + 2 как
    • Скорость у поверхности Земли √ (2 x 10 x 8 x 10 3 ) = 400 м / с
  • Студенты, знающие pV = 1/3 нмv 2 или p = 1/3 ρ v 2 , смогут вычислить скорость молекул воздуха на поверхности Земли.
  • Это поразительный результат; быстрее, чем пуля из небольшой винтовки, и более 1000 миль в час. Конечно, одни молекулы воздуха движутся быстрее, а другие — медленнее. 500 м / с — это просто средняя скорость.

    Причина, по которой молекулы газа имеют большое разнообразие скоростей, заключается в том, что они часто сталкиваются друг с другом и обмениваются кинетической энергией при столкновениях, так что молекула иногда движется быстрее, а иногда медленнее. Конечно, все устройства все время сохраняют одну и ту же общую кинетическую энергию.Скорости имеют статистическое распределение вокруг постоянного среднего значения, которое характерно для температуры, как показано на диаграммах.

Этот эксперимент прошел испытания на безопасность в июле 2006 г.

Плотность влажного влажного воздуха

Плотность влажного воздуха зависит от содержания воды и температуры. Когда температура увеличивается, более высокое движение молекул приводит к расширению объема и уменьшению плотности.

Плотность газа, сухого воздуха, водяного пара или смеси сухого воздуха и водяного пара, например влажного или влажного воздуха, можно рассчитать с помощью закона идеального газа.

Плотность сухого воздуха

Плотность сухого воздуха можно рассчитать

ρ a = 0,0035 p a / T (1)

где

ρ a = плотность сухого воздуха (кг / м 3 )

p a = парциальное давление воздуха (Па, Н / м 2 )

T = абсолютная температура по сухому термометру (K)

Плотность водяного пара

Плотность воды пар можно вычислить

ρ w = 0.0022 p w / T (2)

, где

p w = парциальное давление водяного пара (Па, Н / м 2 )

ρ w = плотность водяного пара (кг / м 3 )

T = абсолютная температура по сухому термометру (K)

Плотность влажного воздуха — смесь паров воздуха

Количество водяного пара в воздухе влияет на плотность. Водяной пар относительно легкий по сравнению с двухатомным кислородом и двухатомным азотом — доминирующими компонентами воздуха.

Когда содержание пара во влажном воздухе увеличивается, количество кислорода и азота уменьшается на единицу объема, а плотность смеси уменьшается, так как масса уменьшается.

На основании удельного объема влажного воздуха можно рассчитать плотность влажного воздуха

ρ = 1 / v

= (p / R a T) (1 + x) / (1 + x R w / R a ) (3)

, где

v = удельный объем влажного воздуха на единицу массы сухого воздуха и водяного пара (м 3 / кг)

R a = 286.9 — индивидуальная газовая постоянная воздуха (Дж / кг · К)

R w = 461,5 — индивидуальная газовая постоянная водяного пара (Дж / кг · К)

x = соотношение влажности (кг / кг)

p = давление в влажный воздух (Па)

Плотность сухого воздуха может быть выражена как:

ρ da = p / R a T (4)

где

ρ da = плотность сухого воздуха (кг / м 3 )

Объединение (4) и (3):

ρ = ρ da (1 + x) / (1 + x R w / R a ) (5)

Соотношение газовой постоянной между водяным паром и воздухом составляет

R w / R a = (461.5 Дж / кг K) / (286,9 Дж / кг K)

= 1,609

Подставив соотношение в (5):

ρ = ρ da (1 + x) / (1 + 1.609 x) (6)

Примечание! Как видно из (6) — повышенная влажность снижает плотность влажного воздуха — сухой воздух более плотный, чем влажный.

домашний эксперимент — Измерение плотности воздуха — откуда взялась моя огромная ошибка?

Я преподаю физику и химию 13-летнему мальчику на домашнем обучении, и вчерашний эксперимент был попыткой измерить плотность воздуха.

Используя электронные весы, которые оказались довольно надежными и взвешивают предметы весом до нескольких десятков граммов с точностью +/- 0,01 г, мы взвесили пустой воздушный шар на маленькой картонной платформе (всего около 7 г).

Затем мы надули его, дуя в него, и снова взвесили.

Разница в весе составила 0,3 г.

Затем мы захватили воздух следующим образом, используя:

  • большая миска с водой
  • пластиковый кухонный мерный кувшин объемом 1 л, калиброванный с шагом 50 мл

Кувшин наполняли водой, погружая его под поверхность в чаше, и держали перевернутым краем примерно на 1 см ниже поверхности воды.

Воздух был выпущен из баллона под водой, захватив его в перевернутый кувшин, остановив поток и наполнив кувшин водой, когда каждый раз набиралось 800 мл.

Общий объем собранного воздуха: 4000 мл, +/- 200 мл.

Это дает плотность:

(1000000/4000) x 0,3 = 75 г на кубический метр.

В то время как принятая плотность сухого воздуха больше похожа на 1,3 кг на кубический метр.

Так что мой результат в 17 раз меньше!

Мой метод был довольно грубым, но здесь явно колоссальная ошибка.

Конечно, выдыхаемый воздух влажный и теплее, чем окружающий, с большим количеством углекислого газа и меньшим количеством кислорода и, следовательно, другой плотности — но не в 17 раз!

Сбор воздуха под водой также мог вызвать ошибки — однако с каждым кувшином воды я был осторожен, чтобы убедиться, что после сбора каждой партии 800 мл воздуха уровень воды внутри кувшина был таким же, как и уровень воды. в чаше, чтобы воздух внутри кувшина был достаточно близок к атмосферному давлению.Опять же, здесь ошибки будут составлять несколько процентов, а не большой фактор!

Я думаю, что давление в воздушном шаре не имеет значения — содержащийся в нем воздух весит все, что он весит — важен собранный объем, а не объем в воздушном шаре.

Итак, что я делаю не так?


Изменить, чтобы описать обновленный метод:

Очнувшись от смущения из-за того, что я не смог сделать это должным образом в первый раз, некоторые могут быть заинтересованы в повторении эксперимента, который дал гораздо лучший результат:

Я вырезал клапан из камеры велосипеда и приклеил его к крышке двухлитровой бутылки, предварительно просверлив в крышке подходящее отверстие, через которое можно проткнуть клапан.

Это позволило мне накачать бутылку до 25 фунтов на квадратный дюйм с помощью велосипедного насоса.

На этот раз, в отличие от воздушного шара, баллон слегка растягивается под давлением, так что дополнительный вес на самом деле является дополнительным весом воздуха.

Отвешенный лишний воздух собирали над водой, как и раньше, для измерения ее объема. 2,65 г воздуха имели объем 2,4 л.

Плотность составила 1100 г / м 3 , что не слишком далеко от принятого значения 1225.

Плотность воздуха и воды Часть 2

Вот часть 2 от Майкла Хауша из Housh Home Energy в Огайо.Спасибо, Майкл!


Это вторая часть серии статей, посвященных более глубокому изучению уравнений скорости явного тепла. Первую статью можно найти здесь, если вы ее пропустили. В этой статье я подробнее расскажу о плотности «стандартного воздуха» и воды в зависимости от изменения температуры. «Стандартный воздух» — это воздух с относительной влажностью 0% и на уровне моря (14,7 фунтов на кв. Дюйм).

Как упоминалось в предыдущем документе, плотность может быть определена как его масса на единицу объема (или вес на единицу объема).Также ранее упоминалось, что уравнения скорости ощутимого тепла происходят из уравнения нижнего уровня, которое касается перемещения массы жидкости.

Давайте сначала посмотрим на уравнение, чтобы найти плотность воздуха. Следующее уравнение можно использовать для определения плотности воздуха при заданном давлении и температуре. Для всех наших уравнений и графиков мы будем использовать абсолютное давление 14,7 (давление на уровне моря).

Формула:

Сначала мы должны преобразовать нашу температуру в абсолютную температуру (Ренкин).

Где:
T = Температура (° F)

Затем мы можем найти плотность для данной температуры и атмосферного давления.

Где:
D = плотность воздуха (фунт / фут3)

Па = абсолютное давление воздуха (фунт / кв. Дюйм) = 14,7

Tr = температура (° R), преобразованная на предыдущем шаге

Как видите, мы имеем дело с очень незначительными изменениями плотности воздуха в зависимости от изменения температуры, когда влажность составляет 0%.

Вышеупомянутая формула также может быть использована для определения плотности воздуха на разных высотах, заменив Па на абсолютное давление на данной высоте, но это останется вам выяснить.

Теперь давайте посмотрим на уравнение плотности воды. Это немного более сложное уравнение. Он также действителен только для температуры воды от 50 ° F до 250 ° F.

Где:

D = плотность воды (фунт / фут3)

T = температура (° F)

Как видите, плотность воды немного больше зависит от температуры, чем плотность воздуха.

Во-первых, когда мы соотносим их с уравнениями физического расхода тепла (которые касаются движущихся фунтов жидкости), мы видим, что на массу может влиять значительное количество (по крайней мере, в случае воды).Во-вторых, 1 кубический фут воды весит значительно больше, чем 1 кубический фут воздуха.

Представим себе 2 куба размером 1 дюйм x 1 дюйм x 1 дюйм, один из которых наполнен воздухом, а другой — водой. Оба они имеют температуру 50 ° F. Представим, что у нас есть вентилятор или насос, перемещающий 1 из этих кубиков каждую минуту. Затем давайте посмотрим, как мы будем сравнивать перенос / отбраковку Btu из обоих этих кубов с дельтой 20 ° T.

Мы собираемся использовать уравнение нижнего уровня из первой статьи, чтобы преобразовать его в

.

немного проще для понимания.

Q = M * C * T

Где:

Q = БТЕ, абсорбированные или выведенные из жидкости (БТЕ / час)

M = масса / плотность жидкости (фунт / фут3)

C = удельная теплоемкость (БТЕ / фунт): воздух = 0,24 и вода = 1,0

T = изменение температуры по сухому термометру (° F)

Когда мы вычисляем плотность жидкости, которая имеет изменение температуры, мы хотим использовать плотность для средней температуры. Итак, для нашего эксперимента, поскольку мы начинаем с 50 ° и заканчиваем 70 °, мы будем использовать Плотность для воды и для воздуха при 60 °.

Воздух (плотность при 60 ° = 0,076,

Удельная теплоемкость = 0,24)

Вода (плотность при 60 ° = 62,37,

Удельная теплоемкость = 1,0)

Q = 0,076 * 0,24 * 20 * 60 (мин) Q = 62,37 * 1,0 * 20 * 60 (мин)
Q = 21,89 БТЕ / ч Q = 74844 БТЕ / ч

При этих параметрах нам пришлось бы переместить еще 3419 кубических футов воздуха, чтобы получить то же самое, что и 1 кубический фут воды.

Итак, давайте посмотрим, как мы можем использовать эту информацию, чтобы построить немного лучшее уравнение, чем стандартные уравнения для норм явного тепла для «стандартного воздуха» и «стандартной воды».

Поскольку плотность воздуха довольно сложна и зависит как от высоты, так и от влажности, я бы порекомендовал использовать онлайн-калькулятор в школе HVACR. Что касается воды, я бы использовал приведенное выше уравнение, чтобы найти плотность или график выше. Помните, что для обоих из них мы хотим использовать среднюю температуру для определения плотности.

А теперь давайте перепишем уравнения расхода ощутимого тепла для более точного расчета BTU / ч как воздуха, так и воды.

Давайте проведем небольшое сравнение этих уравнений из уравнений «стандартного воздуха» и «стандартной воды». Сначала я начну со стороны воздуха. Представим, что у нас температура возвратного воздуха 70 ° и температура приточного воздуха 130 ° (перепад температур 60 °). Относительная влажность составляет 40%, и я использовал высоту моего дома, которая составляет примерно 800 футов.над уровнем моря. С помощью онлайн-калькулятора я вычислил, что плотность средней температуры воздуха при этих параметрах составляет 0,06857. Теперь предположим, что у нас есть 800 кубических футов в минуту, движущихся по нашему устройству, так что теперь мы можем решить для передачи BTU нашего устройства в воздух.

Стандартный воздух Улучшенный воздух
Q = 1,08 x 800 x 60 = 51 840 БТЕ / час Q = 0,06857 x 14,4 x 800 x 60 = 47 395 БТЕ / час

Это примерно 10% разница с поправкой на плотность воздуха.

Далее, что касается воды, предположим, что у нас есть температура воды на входе 170 ° и температура воды на выходе 190 ° через котел (перепад температур 20 °). Наш насос движется со скоростью 5 галлонов в минуту. Плотность воды при средней температуре 180 ° составляет 60,59814, так что теперь мы можем решить перевод БТЕ из котла в воду.

Стандартная вода Улучшенная вода
Q = 500 x 5 x 20 = 50000 БТЕ / час Q = (60.59814 / 7,48) x 60 x 5 x 20 = 48 605 БТЕ / час

Это примерно 5% разница с поправкой на плотность воды.

Для некоторых разница в точности может не стоить того в полевых условиях, но это зависит от того, что вы пытаетесь решить. Следите за обновлениями, чтобы узнать больше о более точных уравнениях скорости явного тепла.

— Михаил

Связанные

Какова плотность воздуха на STP?

Какая плотность воздуха на СТП? Чтобы ответить на вопрос, вам необходимо понять, что такое плотность и как определяется STP.

Ключевые выводы: плотность воздуха по стандарту STP

  • Значение плотности воздуха при STP (стандартные температура и давление) зависит от определения STP. Определение температуры и давления нестандартно, поэтому значение зависит от того, с кем вы проконсультируетесь.
  • Согласно Международному стандарту атмосферы (ISA), плотность воздуха составляет 1,225 кг / м3 на уровне моря и температуре 15 градусов Цельсия.
  • IUPAC использует плотность воздуха 1,2754 кг / м3 при 0 ° C и 100 кПа для сухого воздуха.
  • На плотность влияют не только температура и давление, но и количество водяного пара в воздухе. Таким образом, стандартные значения являются лишь приблизительными.
  • Для расчета плотности можно использовать закон идеального газа. И снова результат — это только приближение, которое является наиболее точным при низких значениях температуры и давления.

Плотность воздуха — это масса атмосферных газов на единицу объема. Обозначается греческой буквой ро, р. Плотность воздуха или его легкость зависит от температуры и давления воздуха.Обычно значение плотности воздуха соответствует STP (стандартная температура и давление).

STP — это давление в одну атмосферу при 0 ° C. Поскольку это будет температура ниже нуля на уровне моря, в большинстве случаев плотность сухого воздуха меньше указанного значения. Однако воздух обычно содержит много водяного пара, что делает его более плотным, чем указанное значение.

Значения плотности воздуха

Плотность сухого воздуха составляет 1,29 грамма на литр (0,07967 фунта на кубический фут) при 32 градусах по Фаренгейту (0 градусов Цельсия) при среднем атмосферном давлении на уровне моря (29.92 дюйма ртутного столба или 760 миллиметров).

  • На уровне моря при температуре 15 ° C плотность воздуха составляет 1,225 кг / м. 3 . Это значение ISA (Международная стандартная атмосфера). В других единицах измерения это 1225,0 г / м 3 , 0,0023769 оторочка / (куб. Фут) или 0,0765 фунта / (куб. Фут).
  • Стандарт ИЮПАК по температуре и давлению (0 градусов Цельсия и 100 кПа) использует плотность сухого воздуха 1,2754 кг / м. 3 .
  • При 20 ° C и 101,325 кПа плотность сухого воздуха равна 1.2041 кг / м 3 .
  • При температуре 70 градусов по Фаренгейту и давлении 14,696 фунтов на квадратный дюйм плотность сухого воздуха составляет 0,074887 фунт / фут 3 .

Влияние высоты на плотность

Плотность воздуха уменьшается с увеличением высоты. Например, в Денвере воздух менее плотный, чем в Майами. Плотность воздуха уменьшается по мере увеличения температуры, при условии, что объем газа может изменяться. Например, ожидается, что воздух будет менее плотным в жаркий летний день по сравнению с холодным зимним днем, если другие факторы останутся неизменными.Другой пример — воздушный шар, поднимающийся в более прохладную атмосферу.

STP в сравнении с NTP

Хотя STP — это стандартные температура и давление, при замерзании происходит не так много измеряемых процессов. Для обычных температур другим распространенным значением является NTP, что означает нормальную температуру и давление. NTP определяется как воздух при 20 ° C (293,15 K, 68 ° F) и давлении 1 атм (101,325 кН / м 2 , 101,325 кПа). Средняя плотность воздуха на НТП — 1.204 кг / м 3 (0,075 фунта на куб. Фут).

Расчет плотности воздуха

Если вам нужно рассчитать плотность сухого воздуха, вы можете применить закон идеального газа. Этот закон выражает плотность как функцию температуры и давления. Как и все законы газа, это приближение, когда речь идет о реальных газах, но очень хорошо при низких (обычных) давлениях и температурах. Повышение температуры и давления добавляет ошибку в расчет.

Уравнение:

ρ = p / RT

где:

  • ρ — плотность воздуха в кг / м 3
  • p — абсолютное давление в Па
  • T — абсолютная температура в K
  • R — удельная газовая постоянная для сухого воздуха в Дж / (кг · К), или 287.058 Дж / (кг · К).

Источники

  • Киддер, Фрэнк Э. «Справочник архитекторов и строителей Киддер-Паркер, данные для архитекторов, инженеров-строителей, подрядчиков и чертежников». Гарри Паркер, твердый переплет, двенадцатое издание 18-го издания, John Wiley & Sons, 1949.
  • Льюис-старший, Ричард Дж. «Краткий химический словарь Хоули». 15-е издание, Wiley-Interscience, 29 января 2007 г.

Плотность воды

• Школа наук о воде ГЛАВНАЯ • Темы о свойствах воды •

Плотность воды

Если вы еще учитесь в школе, вы, вероятно, слышали это утверждение на уроке естествознания: «Плотность — это масса на единицу объема вещества».На Земле вы можете предположить, что масса равна весу, если это упрощает задачу.

Если вы еще не ходите в школу, вы, вероятно, забыли, что когда-либо слышали это. Определение плотности становится более понятным после небольшого пояснения. Пока объект состоит из молекул и, следовательно, имеет размер или массу, он имеет плотность. Плотность — это просто вес для выбранного количества (объема) материала. Обычной единицей измерения плотности воды является грамм на миллилитр (1 г / мл) или 1 грамм на кубический сантиметр (1 г / см 3 ).

На самом деле, точная плотность воды на самом деле не 1 г / мл, а немного меньше (очень, очень немного меньше), 0,9998395 г / мл при 4,0 ° по Цельсию (39,2 ° по Фаренгейту). Однако чаще всего вы увидите округленное значение 1 г / мл.

Плотность воды зависит от температуры

Расти со старшим братом было трудно, особенно когда к нему приходили друзья, потому что их любимым занятием было придумывать способы разозлить меня. Однако однажды мне удалось использовать плотность воды, чтобы хотя бы подшутить над ними.В один жаркий летний день они поднялись на огромный холм рядом с нашим домом, чтобы выкопать яму, чтобы спрятать свою коллекцию крышек от бутылок. Они захотели пить и заставили меня вернуться домой и принести им галлон воды. Этот галлон водопроводной воды при температуре 70 ° F весил 8,329 фунта, что было очень много для ребенка весом 70 фунтов, чтобы подняться на огромный холм.

Итак, когда они потребовали еще один галлон воды, я заглянул в «Интернет» того дня — энциклопедию — и обнаружил, что галлон воды при температуре кипения весил всего 7,996 фунтов! Я побежал вверх по холму, неся свой галлон воды, который весил 0.На 333 фунта меньше; и побежали вниз еще быстрее, их сердитые голоса стихли позади меня.

Температура
(° F / ° C)
Плотность
(грамм / см 3
Вес
(фунты / футы 3
32 ° F / 0 ° C 0,99987 62,416
39,2 ° F / 4,0 ° C 1,00000 62,424
4,4 ° C / 40 ° F 0.99999 62,423
10 ° C / 50 ° F 0,99975 62,408
15,6 ° C / 60 ° F 0,99907 62,366
70 ° F / 21 ° C 0,99802 62,300
80 ° F / 26,7 ° C 0,99669 62,217
90 ° F / 32,2 ° C 0,99510 62.118
100 ° F / 37,8 ° C 0,99318 61.998
120 ° F / 48,9 ° C 0,98870 61,719
140 ° F / 60 ° C 0,98338 61,386
160 ° F / 71,1 ° C 0,97729 61.006
82,2 ° C / 180 ° F 0,97056 60,586
200 ° F / 93,3 ° C 0,96333 60,135
212 ° F / 100 ° C 0,95865 59.843

Источник: Министерство внутренних дел США, Бюро мелиорации, 1977 г., Руководство по грунтовым водам, из
Водная энциклопедия, третье издание, гидрологические данные и ресурсы Интернета, под редакцией Педро Фиерро младшего
и Эвана К. Найлера , 2007

Лед менее плотен, чем вода

Если вы посмотрите на это изображение, то увидите, что часть айсберга находится ниже уровня воды. Это не удивительно, но на самом деле почти весь объем айсберга находится ниже ватерлинии, а не над ней.Это связано с тем, что плотность льда меньше плотности жидкой воды. При замерзании плотность льда уменьшается примерно на 9 процентов.

Большая часть айсберга находится под поверхностью воды.

Лучший способ представить себе, как вода может иметь разную плотность, — это посмотреть на замерзшую форму воды. Лед на самом деле имеет совершенно другую структуру, чем жидкая вода, в том смысле, что молекулы выстраиваются в регулярную решетку, а не более хаотично, как в жидкой форме. Бывает, что структура решетки позволяет молекулам воды распространяться больше, чем в жидкости, и, таким образом, лед менее плотен, чем вода.И снова нам повезло: мы не услышали бы восхитительного звона кубиков льда о стенку стакана, если бы лед в нашем холодном чае опустился на дно. Плотность льда составляет около 90 процентов от плотности воды, но она может варьироваться, потому что лед также может содержать воздух. Это означает, что около 10 процентов кубика льда (или айсберга) будет выше ватерлинии.

Это свойство воды имеет решающее значение для всего живого на Земле. Поскольку вода с температурой около 4 ° C (39 ° F) более плотная, чем вода с температурой 32 ° F (0 ° C), в озерах и других водоемах более плотная вода опускается ниже менее плотной.Если бы вода была наиболее плотной в точке замерзания, то зимой очень холодная вода на поверхности озер тонула, озеро могло бы замерзнуть снизу вверх. А поскольку вода является таким хорошим изолятором (из-за ее теплоемкости), некоторые замерзшие озера летом могут не полностью оттаивать.

Реальное объяснение плотности воды на самом деле более сложно, поскольку плотность воды также зависит от количества вещества, растворенного в ней. Вода в природе содержит минералы, газы, соли и даже пестициды и бактерии, некоторые из которых растворены.Чем больше материала растворяется в галлоне воды, тем больше этот галлон будет весить больше и быть более плотным — океанская вода более плотная, чем чистая вода.

Тяжелые кубики льда опускаются на дно стакана с водой, а обычные кубики плавают.

Кредит: Майк Уокер

Мы сказали, что лед плавает по воде, но как насчет «тяжелого льда»?

Мы уже говорили, что лед плавает по воде, потому что он менее плотный, но лед особого вида может быть плотнее, чем обычная вода. «Тяжелый лед» — 10.На 6 процентов плотнее обычной воды, потому что лед сделан из «тяжелой воды». Тяжелая вода, D 2 O вместо H 2 O, представляет собой воду, в которой оба атома водорода заменены дейтерием, изотопом водорода, содержащим один протон и один нейтрон. Тяжелая вода действительно тяжелее обычной воды (которая в природе содержит небольшое количество молекул тяжелой воды), а тяжелый лед тонет в обычной воде.

Измерение плотности

Ареометр используется для измерения плотности жидкости.

Прибор для измерения плотности жидкости называется ареометром. Это один из простейших измерительных приборов для научных исследований, и вы даже можете сделать его самостоятельно из пластиковой соломки (см. Ссылки ниже). Однако чаще он сделан из стекла и очень похож на градусник. Он состоит из цилиндрического стержня и утяжеленной луковицы внизу, чтобы он плавал вертикально. Ареометр осторожно опускают в измеряемую жидкость до тех пор, пока ареометр не будет свободно плавать. На устройстве есть вытравленные или отмеченные линии, чтобы пользователь мог видеть, насколько высоко или низко плывет ареометр.В менее плотных жидкостях ареометр будет плавать ниже, в то время как в более плотных жидкостях он будет плавать выше. Поскольку вода является «эталоном», по которому измеряются другие жидкости, отметка для воды, вероятно, обозначена как «1.000»; следовательно, удельный вес воды при температуре около 4 ° C составляет 1.000.

У гидрометров

есть много применений, не в последнюю очередь для измерения солености воды на уроках естествознания в школах. Они также используются в молочной промышленности для оценки жирности молока, поскольку молоко с более высоким содержанием жира будет менее плотным, чем молоко с низким содержанием жира.Ареометры часто используются людьми, которые делают пиво и вино в домашних условиях, так как они показывают, сколько сахара в жидкости, и позволяют пивовару узнать, как далеко продвинулся процесс брожения.

Сделайте свой ареометр:

Как вы думаете, вы много знаете о свойствах воды?
Пройдите нашу интерактивную викторину о свойствах воды (правда / ложь) и проверьте свои знания о воде.

Плотность_воздуха

Плотность воздуха , ρ (греч .: rho) (плотность воздуха), представляет собой массу на единицу объема атмосферы Земли и является полезным значением в аэронавтике.Как и давление воздуха, плотность воздуха уменьшается с увеличением высоты и температуры. На уровне моря и при температуре 20 ° C сухой воздух имеет плотность примерно 1,2 кг / м 3 (0,002377 снаряда / фут 3 ).

Плотность воды около 1000 кг / м. 3 (1 г / см³) примерно в 800 раз больше плотности воздуха.

Рекомендуемые дополнительные знания

Влияние температуры и давления

Формула плотности сухого воздуха определяется по формуле:

где ρ — плотность воздуха, p — давление, R — удельная газовая постоянная, а T — температура в градусах Кельвина.

Удельная газовая постоянная R для сухого воздуха составляет:

Следовательно:

  • При стандартной температуре и давлении (0 ° C и 101,325 кПа) сухой воздух имеет плотность ρ STP = 1,292 кг / м 3 .
  • При стандартной температуре и давлении окружающей среды (25 ° C и 100 кПа) сухой воздух имеет плотность ρ SATP = 1,168 кг / м 3 .
  • При стандартной температуре и давлении окружающей среды (70 ° F и 14,696 psia) плотность сухого воздуха составляет ρ SATP = 0.075 фунтов м / фут 3 ~ 1,2 кг / м 3 .

Влияние водяного пара

Добавление водяного пара к воздуху (делая воздух влажным) снижает плотность воздуха, что сначала может показаться противоречащим логике.

Это происходит потому, что молекулярная масса воды (18) меньше молекулярной массы воздуха (около 29). Для любого газа при данной температуре и давлении количество присутствующих молекул постоянно для определенного объема. Таким образом, когда молекулы воды (пара) вводятся в воздух, количество молекул воздуха должно уменьшаться на такое же количество в данном объеме без увеличения давления или температуры.Следовательно, масса единицы объема газа (его плотность) уменьшается.

Плотность влажного воздуха можно рассчитать как смесь идеальных газов. В этом случае парциальное давление водяного пара известно как давление пара. При использовании этого метода погрешность расчета плотности составляет менее 0,2% в диапазоне от –10 ° C до 50 ° C.
Плотность влажного воздуха определяется по:

[1]

Где:

Плотность влажного воздуха (кг / м³)
p d = Парциальное давление сухого воздуха (Па)
R d = Удельная газовая постоянная для сухого воздуха, 287.05 Дж / (кг · К)
T = Температура (K)
p v = Давление водяного пара (Па)
R v = Удельная газовая постоянная для водяного пара, 461,495 Дж / (кг · К)

Давление пара воды можно рассчитать по давлению насыщенного пара и относительной влажности. Его находят:

Где:

p v = Давление водяного пара
Относительная влажность
p sat = Давление насыщенного пара

Давление насыщенного пара воды при любой заданной температуре — это давление пара при относительной влажности 100%.Упрощение регрессии [1] , использованной для нахождения этого, можно сформулировать как:

ВАЖНО:

  • Это даст результат в мб, 1 мб = 100 Па
p d = p — p v

Где p просто отмечает абсолютное давление в наблюдаемой системе.

Влияние высоты

Для расчета плотности воздуха как функции высоты требуются дополнительные параметры.Они перечислены ниже вместе с их значениями в соответствии с Международным стандартом атмосферы с использованием универсальной газовой постоянной вместо конкретной:

  • на уровне моря стандартное атмосферное давление p 0 = 101325 Па
  • стандартная температура на уровне моря T 0 = 288,15 K
  • Ускорение свободного падения земной поверхности g = 9,80665 м / с 2 .
  • градиент температуры L = -0,0065 К / м
  • универсальная газовая постоянная R = 8.31447 Дж / (моль · К)
  • молярная масса сухого воздуха M = 28,9644 г / моль = (0,0289644 кг / моль)

Температура на высоте h метров над уровнем моря определяется по следующей формуле (действительна только в тропосфере):

Давление на высоте h определяется по формуле:

Плотность затем можно рассчитать в соответствии с молярной формой исходной формулы:

Важность температуры

Приведенная ниже таблица демонстрирует, что свойства воздуха значительно меняются с температурой.

Таблица — скорость звука в воздухе c, плотность воздуха ρ,
Зависимость акустического импеданса Z от температуры ° C

Влияние температуры
° C c в м / с ρ в кг / м³ Z в Па · с / м
−10 325,2 1,342 436,1
−5 328,3 1,317 432,0
0 331.