رابطه چگالی هوا با دما

تعریف چگالی چیست؟

چگالی به مقدار جرم موجود در واحد حجم ماده گفته می شود و با علامت اختصاری ρ نمایش داده می شود و از رابطه ρ=m/V و یا D=m/V بدست می آید.
بنابراین D یا ρ چگالی ماده می باشد، m جرم جسم است و V حجم اشغال شده با آن ماده می باشد.

تعریف چگالی چیست؟

اگر بخواهیم به زبان ساده چگالی را تعریف کنیم در واقع چگالی میزان سنگینی یا غلظت ماده در واحد حجم ماده می باشد، بطور مثال اگر بخواهیم چگالی مواد را واضح تر شرح دهیم این سوال تکراری که پرسیده می شود که یک کیلو آهن سنگین تر است یا یک کیلو پنبه مطرح می شود و جواب اینست که هر دو وزن یکسان دارد، اما چیزی که باعث می شود که ما فکر کنیم آهن سنگین تر از پنبه می باشد چگالی بالاتر آهن است یعنی در مقایسه یک کیلو آهن به دلیل چگالی بیشتر حجم خیلی کمتری از یک کیلو پنبه اشغال می کند.

چگالی هوا چیست ؟

چگالی هوا یا غلظت هوا (Air Density) – جرم بر حجم – جو زمین می باشد. چگالی هوا با افزایش ارتفاع کاهش پیدا می کند که این نشانه فشار هوا می باشد و همچنین تغییرات دما و رطوبت، موجب تغییر در چگالی هوا می شود. چگالی هوا در سطح دریا و در دمای 15 درجه سانتی گراد و با توجه به جو استاندارد بین المللی حدود 1/225 کیلوگرم بر متر مکعب و 0.075 پوند بر فوت مکعب می باشد.
طبیعی است که هوای مجاور سطح دریا (S.L) چون تحت بیشترین فشار است بیشترین غلظت را داشته و هرچه بالا رویم از دانسیته هوا کاسته می شود یعنی هوا رقیق تر می شود. البته باید در نظر داشت که درست است که فشار و چگالی یا دانسیته هوا نسبت مستقیم با هم دارند ولی چون با افزایش ارتفاع از دما کاسته می شود یعنی هوا سردتر می گردد پس این نکته مقداری کاهش چگالی را جبران می کند.

رابطه چگالی هوا با دما

دانسیته یا چگالی هوا در هواپیمایی و پرواز دارای اهمیت زیادی است و در مورد محاسبه THRUST موتورها و مقدورات پروازی هواپیما (Performance) شدیداً مورد توجه است و در ارتفاعات با توجه به کاهش دانسیته (رقت هوا) نیروهای آیرودینامیکی هم چون drag کاهش می یابند.
بنابراین به منظور کاهش مصرف سوخت وافزایش برد (Range), هواپیماهای مدرن در ارتفاعات بالا پرواز می کنند و چون در ارتفاعات بالا به علت رقت هوا تنفس و زیست بشر مشکل است کابین هواپیما ها Pressurized است.
دانسیته درواقع همان جرم مخصوص هواست و واحد جرم در سیستم انگلیسی slug است و دانسیته هوا تحت شرایط استاندارد در ارتفاعات مختلف در جدول ایکائو ارائه شده است.جالب است گفته شود که دانسیته آب بیش از 800 برابر هواست.

روش اندازه گیری چگالی هوا

یکی از روش های اندازه گیری چگالی هوا به شیوه ساده بصورت زیر می باشد:
در داخل ارلن تخلیه چند قطره آب می ریزیم و سپس سر آنرا با چوب پنبه می پوشانیم و آنرا حرارت می دهیم تا آب آن بخار و خارج گردد.
بعد با چوب پنبه دیگری دهانه کوچک ارلن را می بندیم و با اینکار خلا نسبی در ارلن ایجاد می گردد و تقریباً هوایی داخل آن کاملاً تخلیه می شود.
جرم ارلن خالی از هوا را اندازه گیری می کنیم و سپس چوب پنبه کوچک را برداشته تا اینکه هوا وارد ارلن گردد مجدداً جرم ارلن را می خوانیم و از جرم قبلی کم می کنیم تا جرم هوای ارلن بدست آید و سپس حجم ارلن را با پرکردن آب اندازه گرفته و با کمک رابطه چگالی مقدار چگالی هوا بدست می آید.