Máy Tính Mật Độ Không Khí là gì?
Công cụ này xác định mật độ của một chất khí (mặc định là không khí khô) dựa trên áp suất tuyệt đối và nhiệt độ, theo định luật khí lý tưởng. Mật độ không khí đóng vai trò quan trọng trong khí động học, tính toán hệ thống HVAC (điều hòa thông gió), tinh chỉnh động cơ, hiệu suất bay của drone và máy bay, cũng như trong khí tượng học. Vì không khí nóng, áp suất thấp có mật độ nhỏ hơn nên nó ảnh hưởng trực tiếp đến lực nâng, lực cản và hiệu suất đốt cháy.
Cách sử dụng
Nhập áp suất tuyệt đối tính bằng pascal (chuẩn ở mực nước biển là 101325 Pa), nhiệt độ tính bằng độ C, và hằng số khí riêng. Với không khí khô, hãy dùng \(R = 287.058\) J/kg·K. Công cụ sẽ tự động đổi nhiệt độ sang kelvin và cho ra mật độ tính bằng kilôgam trên mét khối.
Giải thích công thức
Định luật khí lý tưởng được biến đổi thành
$$\rho = \dfrac{P}{R \cdot T}$$trong đó \(\rho\) là mật độ (kg/m³), \(P\) là áp suất tuyệt đối (Pa), \(R\) là hằng số khí riêng của chất khí (J/kg·K), và \(T\) là nhiệt độ tuyệt đối (K). Lưu ý rằng \(R\) ở đây là hằng số khí riêng (hằng số khí phổ quát chia cho khối lượng mol), không phải giá trị phổ quát 8.314. Nhiệt độ phải ở đơn vị kelvin:
$$T = t_{C} + 273.15$$
Ví dụ minh họa
Tại điều kiện chuẩn ở mực nước biển: \(P = 101325\) Pa, \(t = 15\) °C nên \(T = 288.15\) K, \(R = 287.058\) J/kg·K.
$$\rho = \frac{101325}{287.058 \times 288.15} = \frac{101325}{82716.27} \approx 1.225 \ \text{kg/m}^3$$— đúng bằng mật độ không khí chuẩn ở mực nước biển theo ISA.
Hằng số & Giá trị tham chiếu
Các hằng số sau được sử dụng trong các phép tính về mật độ không khí và khí lý tưởng. Hằng số khí riêng của một chất bằng hằng số khí phổ dụng chia cho khối lượng mol của nó: \(R_{\text{riêng}} = R_u / M\).
| Đại lượng | Ký hiệu | Giá trị | Ghi chú |
|---|---|---|---|
| Hằng số khí riêng, không khí khô | \(R_{\text{khô}}\) | 287.058 J/(kg·K) | Mặc định cho ρ = P/(R·T) |
| Hằng số khí riêng, hơi nước | \(R_{\text{v}}\) | 461.495 J/(kg·K) | Được sử dụng cho các hiệu chỉnh không khí ẩm |
| Hằng số khí phổ dụng | \(R_u\) | 8.314 J/(mol·K) | 8.314462618 J/(mol·K) chính xác |
| Áp suất ở mức biển ISA | \(P_0\) | 101325 Pa | = 1013.25 hPa = 1 atm |
| Nhiệt độ ở mức biển ISA | \(T_0\) | 288.15 K | = 15.00 °C |
| Mật độ không khí ở mức biển ISA | \(\rho_0\) | 1.225 kg/m³ | Không khí khô ở \(P_0, T_0\) |
| Độ lệch Celsius–Kelvin | — | 0 °C = 273.15 K | \(T_K = T_{°C} + 273.15\) |
Nhiệt độ phải tính bằng kelvin cho luật khí lý tưởng. Để chuyển đổi, cộng 273.15 vào giá trị Celsius — ví dụ 20 °C trở thành 293.15 K (xem Trình chuyển đổi Celsius sang Kelvin). Sử dụng hằng số không khí khô sẽ cho một ước tính mật độ cao hơn một chút trong điều kiện ẩm ướt, vì hơi nước ít đặc hơn không khí khô; đối với công việc không khí ẩm chính xác, áp suất riêng phần hơi nước phải được xử lý riêng biệt với \(R_{\text{v}}\).
Câu hỏi thường gặp
Vì sao mật độ không khí giảm khi lên cao? Cả áp suất và (thường là) nhiệt độ đều giảm theo độ cao, nhưng tác động của áp suất giảm chiếm ưu thế hơn, nên mật độ giảm xuống.
Độ ẩm có làm thay đổi mật độ không? Có. Không khí ẩm có mật độ thấp hơn một chút so với không khí khô, vì hơi nước nhẹ hơn lượng nitơ/oxy mà nó thay thế. Để đạt độ chính xác cao, hãy dùng hằng số khí cho không khí ẩm hoặc tách riêng các áp suất riêng phần.
Nên nhập áp suất nào? Hãy dùng áp suất tuyệt đối (không phải áp suất tương đối/áp kế). Áp suất áp kế cộng với áp suất khí quyển sẽ bằng áp suất tuyệt đối.
