ما الذي تقوم به الحاسبة
تحسب هذه الأداة كثافة الهواء الرطب باعتماد طريقة ثابت الغاز النوعي. فبدلًا من التعامل مع الهواء كغاز واحد، تفصل الضغط الكلي إلى ضغط جزئي للهواء الجاف وآخر لبخار الماء، ثم تجمع إسهام كل منهما في الكثافة الإجمالية. وهذا يمنحك نتيجة أدق بكثير من معادلة الهواء الجاف البسيطة، خصوصًا في الأجواء الدافئة والرطبة.
طريقة الاستخدام
أدخل درجة حرارة الهواء بالدرجات المئوية، والضغط الجوي المحلي بوحدة الهكتوباسكال (hPa، وهي تساوي الميليبار)، والرطوبة النسبية كنسبة مئوية. تعرض لك الحاسبة كثافة الهواء بالكيلوغرام لكل متر مكعب، إلى جانب درجة الحرارة المطلقة، والضغط الجزئي للبخار، والضغط الجزئي للهواء الجاف.
شرح المعادلة
تُحسب كثافة الهواء وفق العلاقة $$\rho = \frac{P_d}{R_d\,T} + \frac{P_v}{R_v\,T}$$ حيث \(R_d = 287.058\ \text{J}/(\text{kg}\cdot\text{K})\) هو ثابت الغاز النوعي للهواء الجاف، و\(R_v = 461.495\ \text{J}/(\text{kg}\cdot\text{K})\) هو الثابت الخاص ببخار الماء، و\(T\) هي درجة الحرارة بالكلفن (\(T = t\,°\text{م} + 273.15\)). أما ضغط البخار \(P_v\) فيُستخرج من ضغط البخار عند التشبع \(P_{sat}\) (المحسوب بمعادلة تيتنز Tetens) مضروبًا في كسر الرطوبة النسبية. والضغط الجاف \(P_d\) هو الضغط الكلي مطروحًا منه \(P_v\).
مثال محلول
عند درجة حرارة 30 °م وضغط 1013.25 hPa ورطوبة 50%: تكون \(T = 303.15\ \text{K}\). و$$P_{sat} = 6.1078 \times 10^{\frac{7.5\cdot 30}{267.3}} \approx 42.43\ \text{hPa}$$ ومن ثم \(P_v = 0.5 \times 42.43 \times 100 \approx 2121.3\ \text{Pa}\). و\(P_d = 101325 - 2121.3 \approx 99203.7\ \text{Pa}\). وعليه فإن $$\rho = \frac{99203.7}{287.058\cdot 303.15} + \frac{2121.3}{461.495\cdot 303.15} \approx 1.1409 + 0.01516 \approx 1.156\ \text{kg/m}^3$$
الأسئلة الشائعة
لماذا نُدخل الرطوبة في الحساب؟ لأن بخار الماء أقل كثافة من الهواء الجاف، ولذلك يكون الهواء الرطب أخف قليلًا من الهواء الجاف عند نفس درجة الحرارة والضغط.
ما وحدة الضغط المستخدمة؟ أدخل الضغط بوحدة الهكتوباسكال (hPa)؛ حيث \(1\ \text{hPa} = 1\ \text{ميليبار} = 100\ \text{Pa}\). ويبلغ الضغط القياسي عند مستوى سطح البحر 1013.25 hPa.
أي معادلة تشبع تُستخدم؟ معادلة تيتنز (Tetens)، وهي تقريب واسع الانتشار دقيق في حدود جزء من المئة عبر نطاق درجات الحرارة الجوية الاعتيادية.
