Mật độ không khí là gì?
Mật độ không khí (\(\rho\)) là khối lượng không khí trên một đơn vị thể tích, tính bằng kilôgam trên mét khối (kg/m³). Đại lượng này phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ và độ ẩm. Công cụ này sử dụng mô hình khí lý tưởng cho không khí khô — mô hình cho kết quả chính xác trong phần lớn các ứng dụng kỹ thuật, hàng không và khí tượng. Ở mực nước biển trong điều kiện tiêu chuẩn (101325 Pa, 15 °C), không khí khô có mật độ khoảng 1,225 kg/m³.
Cách sử dụng công cụ
Bạn chỉ cần nhập áp suất tuyệt đối của không khí theo đơn vị pascal (ở mực nước biển là 101325 Pa) và nhiệt độ theo độ C. Công cụ sẽ tự động đổi nhiệt độ sang kelvin và trả về mật độ không khí ngay lập tức. Áp suất càng cao thì mật độ càng lớn, còn nhiệt độ càng cao thì mật độ càng giảm.
Giải thích công thức
Từ định luật khí lý tưởng, ta biến đổi thành $$\rho = \dfrac{P}{R \cdot T}$$ trong đó \(P\) là áp suất tuyệt đối (Pa), \(R\) là hằng số khí riêng của không khí khô (287,058 J/kg·K), còn \(T\) là nhiệt độ tuyệt đối tính bằng kelvin. Vì \(R\) của không khí khô là cố định nên chỉ cần biết áp suất và nhiệt độ là đủ để tính.
Ví dụ minh họa
Với điều kiện tiêu chuẩn ở mực nước biển, \(P = 101325\ \text{Pa}\) và \(T = 15\ °\text{C} = 288{,}15\ \text{K}\). Khi đó $$\rho = \dfrac{101325}{287{,}058 \times 288{,}15} = \dfrac{101325}{82716{,}27} \approx 1{,}225\ \text{kg/m}^3$$ — đúng bằng giá trị mật độ không khí ở mực nước biển trong sách giáo khoa.
Mật độ không khí ở độ cao tiêu chuẩn
Tiêu chuẩn Khí quyển Quốc tế (ISA) định nghĩa các giá trị tham chiếu của áp suất và nhiệt độ ở mỗi độ cao. Áp dụng định luật khí lý tưởng \(\rho = \frac{P}{287.058\,(T_{^\circ\!C} + 273.15)}\) vào các giá trị đó cho mật độ không khí khô được hiển thị dưới đây.
| Độ cao (m) | Áp suất (Pa) | Nhiệt độ (°C) | Mật độ không khí (kg/m³) |
|---|---|---|---|
| 0 | 101325 | 15.0 | 1.225 |
| 1000 | 89875 | 8.5 | 1.112 |
| 2000 | 79495 | 2.0 | 1.007 |
| 5000 | 54020 | −17.5 | 0.7361 |
| 10000 | 26436 | −49.9 | 0.4127 |
Mật độ giảm theo độ cao vì áp suất giảm nhanh hơn so với mật độ mà không khí lạnh lại. Các giá trị giả định không khí khô; độ ẩm làm giảm nhẹ mật độ vì hơi nước có mật độ nhỏ hơn không khí khô.
Chuyển đổi đơn vị áp suất
Định luật khí lý tưởng yêu cầu áp suất tính bằng pascal (Pa). Chuyển đổi áp suất đo được của bạn thành pascal trước khi nhập, sử dụng các hệ số dưới đây.
| Từ đơn vị | Nhân với | Kết quả (Pa) |
|---|---|---|
| 1 hectopascal (hPa) | 100 | 100 |
| 1 millibar (mbar) | 100 | 100 |
| 1 khí quyển tiêu chuẩn (atm) | 101325 | 101325 |
| 1 inch của thủy ngân (inHg) | 3386.39 | 3386.39 |
| 1 bar | 100000 | 100000 |
Ví dụ, mặt barometer đọc 1013.25 hPa bằng \(1013.25 \times 100 = 101325\) Pa, áp suất mực nước biển tiêu chuẩn.
Ghi chú về nhiệt độ: công thức thêm 273.15 để chuyển đổi Celsius sang kelvin: \(T_K = T_{^\circ\!C} + 273.15\). Vì vậy 15 °C trở thành 288.15 K. Luôn sử dụng nhiệt độ tuyệt đối trong định luật khí — không bao giờ dùng Celsius thô.
Câu hỏi thường gặp
Công cụ có tính đến độ ẩm không? Không. Công cụ chỉ mô phỏng không khí khô. Không khí ẩm có mật độ thấp hơn một chút, nên trong điều kiện ẩm, mật độ thực tế sẽ nhỏ hơn đôi chút.
Tại sao phải đổi sang kelvin? Định luật khí lý tưởng yêu cầu thang nhiệt độ tuyệt đối; nếu dùng trực tiếp độ C, kết quả sẽ sai.
Nên nhập loại áp suất nào? Hãy dùng áp suất tuyệt đối tính bằng pascal. Để đổi từ hectopascal (hPa) hoặc milibar, bạn nhân với 100 (ví dụ: 1013,25 hPa = 101325 Pa).
