ما هي حاسبة كثافة الغاز؟
تحسب هذه الأداة كثافة الغاز المثالي اعتمادًا على ثلاث كميات قابلة للقياس: الضغط المطلق، والكتلة المولية، ودرجة الحرارة المطلقة. وهي تعيد ترتيب قانون الغاز المثالي \(PV = nRT\) للتعبير عن الكثافة (الكتلة لكل وحدة حجم) مباشرة. تُستخدم هذه الحاسبة على نطاق واسع في الكيمياء والفيزياء وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) والاحتراق وهندسة الطيران، وذلك لأي غاز يتصرف تصرفًا مثاليًا تقريبًا عند الظروف المحددة.
كيفية استخدامها
أدخل الضغط بوحدة الباسكال (Pa)، والكتلة المولية للغاز بوحدة الجرام لكل مول (g/mol)، ودرجة الحرارة بوحدة الكلفن (K). تعرض الحاسبة الكثافة بوحدة الكيلوجرام لكل متر مكعب (kg/m³)، وهي مطابقة عدديًا للجرام لكل لتر (g/L). وللاسترشاد، تبلغ الكتلة المولية للهواء الجاف نحو 28.97 g/mol؛ والضغط الجوي القياسي 101325 Pa؛ بينما تساوي درجة الحرارة 0 °C ما مقداره 273.15 K.
شرح المعادلة
انطلاقًا من \(PV = nRT\)، ومع ملاحظة أن عدد المولات \(n = m/M\) (الكتلة مقسومة على الكتلة المولية)، نُجري التعويض ونقسم الطرفين على الحجم لنحصل على الكثافة $$\rho = m/V = \frac{PM}{RT}.$$ تقوم الحاسبة داخليًا بتحويل الكتلة المولية من g/mol إلى kg/mol (بالقسمة على 1000) كي تأتي النتيجة بالوحدات الدولية kg/m³، باستخدام ثابت الغازات \(R = 8.314462618 \ \text{J/(mol}\cdot\text{K)}\).
مثال محلول
بالنسبة للهواء الجاف عند الظروف القياسية: \(P = 101325 \ \text{Pa}\)، و\(M = 28.97 \ \text{g/mol} = 0.02897 \ \text{kg/mol}\)، و\(T = 273.15 \ \text{K}\). عندئذٍ $$\rho = \frac{101325 \times 0.02897}{8.314462618 \times 273.15} \approx \frac{2935.39}{2271.10} \approx 1.2925 \ \text{kg/m}^3$$ — وهي قيمة قريبة من القيمة المرجعية في الكتب الدراسية البالغة نحو 1.29 kg/m³.
الأسئلة الشائعة
هل تصلح هذه الحاسبة للغازات الحقيقية؟ إنها تفترض السلوك المثالي، وهو افتراض دقيق لمعظم الغازات قرب درجة حرارة الغرفة وعند ضغط معتدل. أما قرب نقطة التكاثف أو عند الضغوط المرتفعة جدًا، فاستخدم معادلة الغاز الحقيقي مع عامل الانضغاطية.
لماذا تتطابق قيمة kg/m³ عدديًا مع g/L؟ لأن \(1 \ \text{kg/m}^3 = 1000 \ \text{g} / 1000 \ \text{L} = 1 \ \text{g/L}\)، فإن الوحدتين تشتركان في القيمة العددية نفسها.
ماذا أفعل إذا كانت درجة الحرارة بوحدة السلسيوس؟ حوّلها أولًا إلى الكلفن بإضافة 273.15 قبل إدخالها.
