Плотность воздуха

Плотность керосина в зависимости от температуры

Приведена таблица значений плотности жидкого керосина марки Т-1 в зависимости от температуры. Величина плотности керосина дана в размерности кг/м3 при различных температурах в интервале от 20 до 270°С.


Плотность этого топлива определяется составом и качеством производства отдельных его партий при нефтепереработке. Она увеличивается с ростом содержания в его составе тяжелых углеводородов.

Плотность керосина различных марок и разного молекулярного веса может отличаться на 5…10%. Например, плотность авиационного керосина ТС-1 при 20°С равна 780 кг/м3, ТС-2 — 766 кг/м3, авиакеросина Т-6 — 841 кг/м3, плотность топлива РТ составляет величину 778 кг/м3. Плотность керосина Т-1 при температуре 20°С равна 819 кг/м3 или 819 г/л, плотность осветительного керосина составляет 840 кг/м3.

При нагревании этого топлива, его плотность снижается из-за увеличения объема за счет теплового расширения. Например, при температуре 270°С плотность керосина Т-1 становится равной 618 кг/м3.

Керосин близок по величине плотности другим видам топлива. Например, дизельное топливо имеет плотность около 860 кг/м3, бензин — от 680 до 800 кг/м3. Если сравнить плотность керосина и воды, то плотность этого топлива будет меньше плотности воды. При попадании в воду керосин будет образовывать маслянистую пленку на ее поверхности.

Плотность керосина в зависимости от температуры — таблица
t, °С ρ, кг/м3 t, °С ρ, кг/м3 t, °С ρ, кг/м3
20 819 110 759 200 685
30 814 120 751 210 676
40 808 130 744 220 668
50 801 140 736 230 658
60 795 150 728 240 649
70 788 160 720 250 638
80 781 170 711 260 628
90 774 180 703 265 623
100 766 190 694 270 618

Коэффициенты теплопроводности различных веществ

Цветок на куске аэрогеля над горелкой Бунзена

Материал Теплопроводность, Вт/(м·K)
Графен 4840 ± 440 — 5300 ± 480
Алмаз 1001—2600
Графит 278,4—2435
200—2000
Карбид кремния 490
Серебро 430
Медь 401
Оксид бериллия 370
Золото 320
Алюминий 202—236
Нитрид алюминия 200
Нитрид бора 180
Кремний 150
Латунь 97—111
Хром 107
Железо 92
Платина 70
Олово 67
Оксид цинка 54
Сталь нелегированная 47—58
Свинец 35,3
Сталь нержавеющая (аустенитная) 15
Кварц 8
Термопасты высокого качества 5—12 (на основе соединений углерода)
Гранит 2,4
Бетон сплошной 1,75
Бетон на гравии или щебне из природного камня 1,51
Базальт 1,3
Стекло 1—1,15
Термопаста КПТ-8 0,7
Бетон на песке 0,7
Вода при нормальных условиях 0,6
Кирпич строительный 0,2—0,7
Силиконовое масло 0,16
Пенобетон 0,05—0,3
Газобетон 0,1—0,3
Древесина 0,15
Нефтяные масла 0,12
Свежий снег 0,10—0,15
Пенополистирол (горючесть Г1) 0,038—0,052
Экструдированный пенополистирол (горючесть Г3 и Г4) 0,029—0,032
Стекловата 0,032—0,041
Каменная вата 0,034—0,039
Пенополиизоцианурат (PIR) 0,023
Пенополиуретан (поролон) 0,019-0,035
Воздух (300 K, 100 кПа) 0,022
Аэрогель 0,017
Диоксид углерода (273—320 K, 100 кПа) 0,017
Аргон (240—273 K, 100 кПа) 0,015
Вакуум (абсолютный) 0 (строго)

Также нужно учитывать передачу тепла из-за конвекции молекул и излучения. Например, при полной нетеплопроводности вакуума, тепловая энергия передаётся излучением (Солнце, инфракрасные теплогенераторы). В газах и жидкостях происходит перемешивание разнотемпературных слоёв естественным путём или искусственно (примеры принудительного перемешивания — фены, естественного — электрочайники). Также в конденсированных средах возможно «перепрыгивание» фононов из одного твердого тела в другое через субмикронные зазоры, что способствует распространению звуковых волн и тепловой энергии, даже если зазоры представляют собой идеальный вакуум.

Применение и использование свойств воздуха

Воздушную оболочку планеты активно используют животные и птицы. Способность задерживать тепло помогает животным выживать и регулировать тепловые процессы организма. Шерсть, обитателей северных широт, имеет полую структуру.

Особое строение пера и движение воздушных масс птицы используют для полётов и планирования над землёй.

Наполненный атмосферой пузырь, удерживает рыб в толще воды и способствует перемещению из глубин водоёмов к поверхности.

Подвижность используется растениями для опыления и распространения семян на большие площади.

Человек использует свойства атмосферы в широких спектрах своей жизнедеятельности:

  • Теплопроводность обеспечивает обогрев и терморегуляцию организма.
  • Способность тёплых воздушных потоков подниматься используют в полётах.
  • Упругость и сжатие применяют во всех промышленных системах. Его закачивают в автомобильные шины. Нагнетая воздушное давление, работают пневматические инструменты, оружие.
  • Кислород участвует в процессах горения. Все двигатели внутреннего сгорания потребляют большие объёмы кислорода и его соединений.

Более подробная информация об использовании и значении воздуха живыми организмами здесь.

Теплоемкость и энтальпия[править]

Удельная теплоемкость воздуха – количество тепла в килоджоулях (в килокалориях), необходимое для нагревания 1 кг или 1 м3 воздуха на 10. Для практических расчетов теплоемкость влажного воздуха при барометрическом давлении = 101,3 КПа (760 мм рт. ст.) в интервале температур от 0 до 100 °С:

Св = 1,0048 + 1,96*d , кДж/кг⋅К

Энтальпия (теплосодержание) воздуха выражает количество тепла, содержащееся в воздухе при данных температуре и давлении.

Энтальпия влажного воздуха представляет собой сумму энтальпий сухого воздуха и содержащихся в нем водяных паров:

iв + iс.в + diв.п

Энтальпия сухого воздуха равна произведению теплоемкости на температуру:

iс.в = сс.вtс.в = 1,0048*tc.в кДж/кг

Энтальпия водяного пара слагается из скрытой теплоты парообразования и энтальпии паров при этой температуре, которая равна произведению теплоемкости пара на температуру. В технических расчетах энтальпию водяных паров приближенно определяют по формуле:

iв.п = 2500+1,96 tв.п , кДж/кг вод. паров

( iв.п = 597+0,47 tв.п , ккал/кг вод. паров)

Общая энтальпия смеси при содержании влаги в воздухе d г/кг сухого воздуха:

Iв = 1.0048*t+0,001*d*(2500+1,96*t)кДж/кг сухого воздуха

(Iв =0,24*t+0,001*d*) ккал/кг сухого воздуха.

В табл. 6.5 приводятся свойства сухого воздуха: плотность – ρ, теплоемкость – С, теплопроводность – λ, температуропроводность – a, вязкость – µ, кинематическая вязкость – с, критерий Прандтля – Рг.

Таблица 6.5. Физические свойства сухого воздуха при атмосферном давлении
Рн = 101,325 кПа (760 мм рт.ст.)
t °C
ρ кг/м3
С средняя
кДж/(м3К)
(ккал/м3град)
λ*102
Вт/(мК)
(ккал/мчасград)
µ⋅106
Пас
µ*106
м2/с
í⋅106
м2/с
Pr
1 2 3 4 5 6 7 8
-20
1,350
2,28(1,96)
16,15
16,8
11,97
0,710
1,251
1,297(0,3098)
2,44(2,098)
17,19
19,4
13,75
0,707
10
1,207
1,298(0,3099)
2,51(2,158)
17,69
20,7
14,66
0,705
20
1,166
1,298(0,3100)
2,58(2,218)
18,19
22,0
15,61
0,703
30
1,127
1,298(0,3100)
2,65(2,279)
18,68
23,4
16,58
0,701
40
1,091
1,298(0,3101)
2,72(2,339)
19,16
24,8
17,57
0,699
50
1,057
1,299(0,3102)
2,79(2,399)
19,63
26,3
18,58
0,697
60
1,026
1,299(0,3103)
2,86(2,459)
20,10
27,6
19,60
0,696
70
0,996
1,300(0,3104)
2,92(2,511)
20,56
29,2
20,65
0,694
80
0,967
1,300(0,3104)
2,99(2,571)
21,02
30,6
21,74
0,692
90
0,941
1,300(0,3105)
3,06(2,631)
21,47
32,2
22,82
0,690
100
0,916
1,300(0,3106)
3,12(2,683)
21,90
33,6
23,91
0,688
200
0,722
1,307(0,3122)
3,74(3,216)
26,01
50,6
36,03
0,680

Термический коэффициент объемного расширения воздуха

α = 0,00367 или 1/273

Пересчет объема воздуха с изменением температуры допустимо производить по формулам:

V1 = V * (273 + t1 )/273, м3

V2 = V1 * (273 + t2 )/(273 + t1), м3

где: V – объем воздуха при 0 °С;

V1 и V2 – объем воздуха при заданных t1и t2.

Стратосфера


Стратосфера является вторым по величине слоём атмосферы, а также вторым, ближайшим к Земной поверхности. По оценкам, он содержит около 15% от общей массы атмосферы Земли.

Толщина стратосферы составляет 35 км от тропопаузы, что означает, что она расположена между тропосферой и мезосферой. Термин «стратосфера» происходит от греческого strato (значит «слой») для обозначения того факта, что сама стратосфера подразделяется на другие более тонкие слои.

Слои стратосферы образуются из-за отсутствия климатических явлений, которые смешивают воздух. Таким образом, существует чёткое разделение между холодным и тяжёлым воздухом внизу и тёплым, лёгким воздухом сверху. Таким образом, с точки зрения температуры стратосфера работает точно противоположно тропосфере.

Поскольку эта зона более высокой вертикальной стабильности (без перемещений воздуха), пилоты самолётов, как правило, остаются в начале стратосферы, чтобы избежать турбулентности. Именно на этой высоте самолёты и воздушные шары достигают максимальной эффективности.

Некоторые самолёты, особенно реактивные, влетают в стратосферу, чтобы избежать воздухообмен.

Стратосфера также содержит хорошо известный озоновый слой, который поглощает большую часть ультрафиолетового излучения солнца. Без озонового слоя жизнь на Земле, какой мы её знаем, была бы невозможна.

Подобно тропосфере, стратосфера также имеет область, которая ограничивает её конец и показывает начало мезосферы, которая называется стратопауза.

Состав стратосферы

Большинство элементов, найденных на поверхности Земли и в тропосфере, не достигают стратосферы. Вместо этого они обычно:

  • разлагаются в тропосфере;
  • могут быть устранены солнечным светом;
  • могут переноситься на поверхность Земли через дождь или другие осадки.

Из-за инверсии в динамике температуры между тропосферой и стратосферой воздух практически не обменивается между двумя слоями, в результате чего испарения воды существуют в стратосфере только в незначительных количествах. По этой причине в этом слое чрезвычайно редко образование облаков.

Что касается газов, стратосфера образована преимущественно озоном, присутствующим в озоновом слое. Считается, что 90% всего озона в атмосфере находится в этой области. Кроме того, стратосфера содержит элементы, переносимые извержениями вулканов, такие, как оксиды азота, азотная кислота, галогены и т. д.

Температура стратосферы

Температура в стратосфере увеличивается с увеличением высоты, варьируя от -51 ° C в самой низкой точке (тропопауза) до -3 ° C в самой высокой точке (стратопауза).

Что такое теплопроводность

В физике теплопроводность — это способность материала проводить тепло. Теплопроводность обозначается символом K. Единицей измерения теплопроводности в СИ является ватт на метр Кельвина (Вт / мК). Теплопроводность данного материала часто зависит от температуры и даже направления теплопередачи. Согласно второму закону термодинамики тепло всегда течет из горячей области в холодную область. Другими словами, чистый теплообмен требует градиента температуры. Чем выше теплопроводность материала, тем выше будет скорость теплопередачи через этот материал.

Обратная величина теплопроводности данного материала известна как тепловое сопротивление из этого материала. Это означает, что чем выше теплопроводность, тем ниже удельное тепловое сопротивление. Теплопроводность (K) материала может быть выражена как;


K (T) = α (T)п (T) Cп(Т)

Где α (T) — температуропроводность, p (T) — плотность, спТ- удельная теплоемкость

Такие материалы, как алмаз, медь, алюминий и серебро, имеют высокую теплопроводность и считаются хорошими теплопроводниками. Алюминиевые сплавы широко используются в качестве радиаторов, особенно в электронике.Материалы, такие как дерево, полиуретан, глинозем и полистирол, с другой стороны, имеют низкую теплопроводность. Поэтому такие материалы используются в качестве теплоизоляторов.

Теплопроводность материала может изменяться, когда фаза материала изменяется от твердого к жидкому, от жидкого к газу или наоборот. Например, теплопроводность льда изменяется, когда лед тает в воду.

Хорошие электрические проводники обычно являются хорошими проводниками тепла. Тем не менее, серебро является относительно слабым теплопроводником, хотя это хороший электрический проводник.

Электроны — основной вклад в теплопроводность металлов, тогда как колебания решетки или фононы — основной вклад в теплопроводность неметаллов. В металлах теплопроводность приблизительно пропорциональна произведению электропроводности и абсолютной температуры. Однако электропроводность чистых металлов уменьшается, когда температура увеличивается, так как электрическое сопротивление чистых металлов увеличивается с ростом температуры. В результате произведение электрического сопротивления и абсолютной температуры, а также теплопроводности остается приблизительно постоянным с увеличением или уменьшением температуры.

Diamond является одним из лучших тепловых преобразователей при комнатной температуре, имея теплопроводность более 2000 Вт на метр на Кельвин.

Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов

Чтобы в доме было проще сохранять тепло зимой и прохладу летом, теплопроводность стен, пола и кровли должна быть не менее определенной цифры, которая рассчитывается для каждого региона. Состав «пирога» стен, пола и потолка, толщина материалов берутся с таким учетом чтобы суммарная цифра была не меньше  (а лучше — хоть немного больше) рекомендованной для вашего региона.

Коэффициент теплопередачи материалов современных строительных материалов для ограждающих конструкций

При выборе материалов надо учесть, что некоторые из них (не все) в условиях повышенной влажности проводят тепло гораздо лучше. Если при эксплуатации возможно возникновение такой ситуации на продолжительный срок, в расчетах используют теплопроводность для этого состояния. Коэффициенты теплопроводности основных материалов, которые используются для утепления, приведены в таблице.

Наименование материала Коэффициент теплопроводности Вт/(м·°C)
В сухом состоянии При нормальной влажности При повышенной влажности
Войлок шерстяной 0,036-0,041 0,038-0,044 0,044-0,050
Каменная минеральная вата 25-50 кг/м3 0,036 0,042 0,,045
Каменная минеральная вата 40-60 кг/м3 0,035 0,041 0,044
Каменная минеральная вата 80-125 кг/м3 0,036 0,042 0,045
Каменная минеральная вата 140-175 кг/м3 0,037 0,043 0,0456
Каменная минеральная вата 180 кг/м3 0,038 0,045 0,048
Стекловата 15 кг/м3 0,046 0,049 0,055
Стекловата 17 кг/м3 0,044 0,047 0,053
Стекловата 20 кг/м3 0,04 0,043 0,048
Стекловата 30 кг/м3 0,04 0,042 0,046
Стекловата 35 кг/м3 0,039 0,041 0,046
Стекловата 45 кг/м3 0,039 0,041 0,045
Стекловата 60 кг/м3 0,038 0,040 0,045
Стекловата 75 кг/м3 0,04 0,042 0,047
Стекловата 85 кг/м3 0,044 0,046 0,050
Пенополистирол (пенопласт, ППС) 0,036-0,041 0,038-0,044 0,044-0,050
Экструдированный пенополистирол (ЭППС, XPS) 0,029 0,030 0,031
Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 600 кг/м3 0,14 0,22 0,26
Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 400 кг/м3 0,11 0,14 0,15
Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 600 кг/м3 0,15 0,28 0,34
Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 400 кг/м3 0,13 0,22 0,28
Пеностекло, крошка, 100 — 150 кг/м3 0,043-0,06
Пеностекло, крошка, 151 — 200 кг/м3 0,06-0,063
Пеностекло, крошка, 201 — 250 кг/м3 0,066-0,073
Пеностекло, крошка, 251 — 400 кг/м3 0,085-0,1
Пеноблок 100 — 120 кг/м3 0,043-0,045
Пеноблок 121- 170 кг/м3 0,05-0,062
Пеноблок 171 — 220 кг/м3 0,057-0,063
Пеноблок 221 — 270 кг/м3 0,073
Эковата 0,037-0,042
Пенополиуретан (ППУ) 40 кг/м3 0,029 0,031 0,05
Пенополиуретан (ППУ) 60 кг/м3 0,035 0,036 0,041
Пенополиуретан (ППУ) 80 кг/м3 0,041 0,042 0,04
Пенополиэтилен сшитый 0,031-0,038
Вакуум
Воздух +27°C. 1 атм 0,026
Ксенон 0,0057
Аргон 0,0177
Аэрогель (Aspen aerogels) 0,014-0,021
Шлаковата 0,05
Вермикулит 0,064-0,074
Вспененный каучук 0,033
Пробка листы 220 кг/м3 0,035
Пробка листы 260 кг/м3 0,05
Базальтовые маты, холсты 0,03-0,04
Пакля 0,05
Перлит, 200 кг/м3 0,05
Перлит вспученный, 100 кг/м3 0,06
Плиты льняные изоляционные, 250 кг/м3 0,054
Полистиролбетон, 150-500 кг/м3 0,052-0,145
Пробка гранулированная, 45 кг/м3 0,038
Пробка минеральная на битумной основе, 270-350 кг/м3 0,076-0,096
Пробковое покрытие для пола, 540 кг/м3 0,078
Пробка техническая, 50 кг/м3 0,037

Часть информации взята нормативов, которые прописывают характеристики определенных материалов (СНиП 23-02-2003, СП 50.13330.2012, СНиП II-3-79* (приложение 2)). Те материал, которые не прописаны в стандартах, найдены на сайтах производителей

Так как стандартов нет, у разных производителей они могут значительно отличаться, потому при покупке обращайте внимание на характеристики каждого покупаемого материала

Физические свойства воздуха:

Наименование параметра Значение
Цвет бесцветный
Вкус без вкуса
Запах без запаха
Прозрачность полностью прозрачен
Средняя молярная масса (средняя масса одного моля вещества), г/моль 28,98
Плотность сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении (101 325 Па или 1 атм.) и температуре 0 °C , кг/м3 1,292
Плотность сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении (101 325 Па или 1 атм.) и температуре 0 °C , г/см3 0,001292
Плотность сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении (101 325 Па или 1 атм.) и температуре 20 °C , кг/м3 1,2041
Плотность сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении (101 325 Па или 1 атм.) и температуре 20 °C , г/см3 0,0012041
Температура кипения воздуха при нормальном атмосферном давлении, оС -192
Температура плавления воздуха при нормальном атмосферном давлении, оС -213
Средняя удельная теплоемкость при постоянном давлении (101 325 Па или 1 атм.), кДж / (кг·К) 1,006
Средняя удельная теплоемкость при постоянном объеме (при нормальном атмосферном давлении), кДж/(кг·К) 0,717
Показатель адиабаты воздуха (отношение теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме) (при нормальном атмосферном давлении) 1,40
Теплопроводность воздуха при 0 ℃ и нормальном атмосферном давлении, Вт / (м·К) 0,0243
Скорость звука в воздухе при нормальных условиях, м/с (км/ч) 331 (1193)
Средний коэффициент теплового расширения воздуха в интервале температур 0-100°C (изменение объема при постепенном увеличении температуры при постоянном нормальном атмосферном давлении), 1/К 3,67·10−3
Коэффициент динамической вязкости воздуха при нормальных условиях и нормальном атмосферном давлении (динамическая вязкость – внутреннее сопротивление молекул движению внутри вещества согласно закону Ньютона), мкПа·с 17,2
Растворимость воздуха в воде, см3/л 29,18
Показатель преломления воздуха при нормальных условиях и нормальном атмосферном давлении (показатель преломления означает изменение угла движения световых и любых других волн в веществе) 1,0002926
Коэффициент изменения показателя преломления (при нормальных условиях и нормальном атмосферном давлении), 1/Pa 2,8·10−9
Средняя поляризуемость молекулы (при нормальных условиях и нормальном атмосферном давлении) 1,7·10−30

Примечание:  Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

Как возможно научиться писать тексты и зарабатывать на этом удаленно? Например, можете пройти курс «Копирайтинг от А до Я», который подойдет даже начинающим авторам.


Другие записи:

карта сайта

Коэффициент востребованности 2 502

1. Взаимосвязи в пределах модели идеального газа

Влияние температуры на свойства воздуха на ур. моря
Температура Скорость звука Плотность воздуха (из ур. Клапейрона) Акустическое сопротивление
, С c , м·сек −1 ρ , кг·м −3 Z , Н·сек·м −3
+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

1.1. Температура, давление и плотность

Плотность сухого воздуха может быть вычислена с использованием уравнения Клапейрона для идеального газа при заданных температуре (англ.)

русск. и давлении:

Здесь ρ — плотность воздуха, p — абсолютное давление, R — удельная газовая постоянная для сухого воздуха (287,058 Дж ⁄ (кг·К) ) , T — абсолютная температура в Кельвинах. Таким образом подстановкой получаем:

  • при стандартной атмосфере Международного союза теоретической и прикладной химии (температуре 0°С, давлении 100 КПа, нулевой влажности) плотность воздуха 1,2754 кг ⁄ м³ ;
  • при 20 °C, 101,325 КПа и сухом воздухе плотность атмосферы составляет 1,2041 кг ⁄ м³ .

В приведенной таблице даны различные параметры воздуха, вычисленные на основании соответствующих элементарных формул, в зависимости от температуры (давление взято за 101,325 КПа)

1.2. Влияние влажности воздуха

Под влажностью понимается наличие в воздухе газообразного водяного пара, парциальное давление которого не превосходит давления насыщенного пара для данных атмосферных условий. Добавление водяного пара в воздух приводит к уменьшению его плотности, что объясняется более низкой молярной массой воды (18 гр ⁄ мол ) по сравнению с молярной массой сухого воздуха (29 гр ⁄ мол ). Влажный воздух может рассматриваться как смесь идеальных газов, комбинация плотностей каждого из которых позволяет получить требуемое значение для их смеси. Подобная интерпретация позволяет определение значения плотности с уровнем ошибки менее 0,2% в диапазоне температур от −10 °C до 50 °C и может быть выражена следующим образом:

где — плотность влажного воздуха ( кг ⁄ м³ ); p d — парциальное давление сухого воздуха (Па); R d — универсальная газовая постоянная для сухого воздуха (287,058 Дж ⁄ (кг·К) ); T — температура (K); p v — давление водяного пара (Па) и R v — универсальная постоянная для пара (461,495 Дж ⁄ (кг·К) ). Давление водяного пара может быть определено исходя из относительной влажности:

где p v — давление водяного пара; φ — относительная влажность и p sat — парциальное давление насыщенного пара, последнее может быть представлено в виде следующего упрощенного выражения:

которое дает результат в миллибарах. Давление сухого воздуха p d определяется простой разницей:

где p обозначает абсолютное давление рассматриваемой системы.

1.3. Влияние высоты над уровнем моря в тропосфере

Зависимость давления, температуры и плотности воздуха от высоты по сравнению со стандартной атмосферой (p 0 =101325 Па, T 0 =288,15 K, ρ 0 =1,225 кг/м³).

Для вычисления плотности воздуха на определенной высоте в тропосфере могут использоваться следующие параметры (в параметрах атмосферы указано зна­чение для стандартной атмосферы):

  • стандартное атмосферное давление на уровне моря — p 0 = 101325 Па;
  • стандартная температура на уровне моря — T 0 = 288,15 K;
  • ускорение свободного падения над поверхностью Земли — g = 9,80665 м ⁄ сек 2 (при данных вычислениях считается независимой от высоты величиной);
  • скорость падения температуры (англ.)

    русск. с высотой, в пределах тропосферы — L = 0,0065 K ⁄ м ;

  • универсальная газовая постоянная — R = 8,31447 Дж ⁄ (Мол·K) ;
  • молярная масса сухого воздуха — M = 0,0289644 кг ⁄ Мол .

Для тропосферы (т.е. области линейного убывания температуры — это единственное свойство тропосферы, используемое здесь) температура на высоте h над уровнем моря может быть задана формулой:

Давление на высоте h :

Тогда плотность может быть вычислена подстановкой соответствующих данной высоте h температуры T и давления P в формулу:

Эти три формулы (зависимость температуры, давления и плотности от высоты) и использованы для построения графиков, приведенных справа. Графики нормализованы — показывают обший вид поведения параметров. «Нулевые» значения для верных вычислений нужно каждый раз подставлять в соответствии с показаниями соответствующих приборов (градусника и барометра) на данный момент на уровне моря.

Обобщения закона Фурье

Следует отметить, что закон Фурье не учитывает инерционность процесса теплопроводности, то есть в данной модели изменение температуры в какой-то точке мгновенно распространяется на всё тело. Закон Фурье неприменим для описания высокочастотных процессов (и, соответственно, процессов, чьё разложение в ряд Фурье имеет значительные высокочастотные гармоники). Примерами таких процессов являются распространение ультразвука, ударные волны и т. п. Инерционность в уравнения переноса первым ввел Максвелл, а в 1948 году Каттанео был предложен вариант закона Фурье с релаксационным членом:

τ∂q∂t=−(q+ϰ∇T).{\displaystyle \tau {\frac {\partial \mathbf {q} }{\partial t}}=-\left(\mathbf {q} +\varkappa \,\nabla T\right).}

Если время релаксации τ{\displaystyle \tau } пренебрежимо мало, то это уравнение переходит в закон Фурье.

Как плотность воздуха зависит от температуры? ^

При изменении барометрического давления и температуры плотность воздуха изменяется. Исходя из закона Бойля-Мариотта, чем больше давление, тем больше будет плотность воздуха. Однако с уменьшением давления с высотой, уменьшается и плотности воздуха, что привносит свои коррективы, в результате чего закон изменения давления по вертикали становится сложнее.

Уравнение, которое выражает данный закон изменения давления с высотой в атмосфере, находящейся в покое, называется основным уравнением статики.

Оно гласит, что с увеличением высоты давление изменяется в меньшую сторону и при подъеме на одну и ту же высоту уменьшение давления тем больше, чем больше сила тяжести и плотность воздуха.

Важная роль в этом уравнении принадлежит изменениям плотности воздуха. В итоге можно сказать, что чем выше подниматься, тем меньше будет падать давление при подъеме на одинаковую высоту. Плотность воздуха от температуры зависит следующим образом: в теплом воздухе давление уменьшается менее интенсивно, чем в холодном, следовательно, на одинаково равной высоте в теплой воздушной массе давление более высокое, чем в холодной.

При изменяющихся значениях температуры и давления массовая плотность воздуха вычисляется по формуле: ρ = 0,0473хВ / Т. Здесь В – это барометрическое давление, измеряемое в мм ртутного столба, Т — температура воздуха, измеряемая в Кельвинах.


С этим читают