Что такое калькулятор плотности газа?
Этот инструмент рассчитывает плотность идеального газа по трём измеримым величинам: абсолютному давлению, молярной массе и абсолютной температуре. В основе расчёта лежит преобразованное уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клапейрона), и калькулятор подходит для любого газа — воздуха, азота, углекислого газа, метана и других. Результат выводится в килограммах на кубический метр (кг/м³), что численно равно граммам на литр (г/л).
Как пользоваться калькулятором
Введите давление в паскалях (Па), молярную массу в граммах на моль (г/моль) и температуру в кельвинах (К). Например, нормальное атмосферное давление равно 101325 Па, молярная масса сухого воздуха составляет около 28,96 г/моль, а 0 °C — это 273,15 К. Нажмите «Рассчитать», чтобы получить плотность. Чтобы перевести °C в К, прибавьте 273,15; чтобы перевести атм в Па, умножьте на 101325.
Разбор формулы
Исходим из уравнения \(PV = nRT\), где \(n = \text{масса}/M\), а плотность \(\rho = \text{масса}/V\). После преобразований получаем $$\rho = \frac{PM}{RT}.$$ Здесь \(R = 8{,}314462618\ \text{Дж/(моль}\cdot\text{К)}\). Поскольку \(R\) задана в системе СИ, молярную массу необходимо использовать в кг/моль, поэтому калькулятор сам делит введённое значение в г/моль на 1000. Плотность растёт с увеличением давления и молярной массы и уменьшается с ростом температуры.
Пример расчёта
Для сухого воздуха при нормальных условиях: \(P = 101325\ \text{Па}\), \(M = 28{,}96\ \text{г/моль} = 0{,}02896\ \text{кг/моль}\), \(T = 273{,}15\ \text{К}\). Тогда $$\rho = \frac{101325 \times 0{,}02896}{8{,}314462618 \times 273{,}15} \approx \frac{2934{,}37}{2271{,}10} \approx 1{,}292\ \text{кг/м}^3$$ — это и есть известная плотность воздуха при 0 °C.
Частые вопросы
Равны ли кг/м³ и г/л? Да. 1 кг/м³ = 1 г/л в точности, поэтому оба результата выражаются одним и тем же числом.
Почему температуру нужно указывать в кельвинах? В уравнении состояния идеального газа используется абсолютная температура; подстановка значения в °C даст неверную (и даже отрицательную) плотность.
Насколько это точно для реальных газов? Это отличное приближение при умеренных давлениях и температурах. Вблизи точки конденсации или при очень высоком давлении необходимо учитывать поправки для реальных газов (коэффициент сжимаемости Z).
