Công cụ này làm gì
Công cụ này tính mật độ của không khí ẩm bằng phương pháp hằng số khí riêng. Thay vì coi không khí như một loại khí đơn lẻ, nó tách áp suất tổng thành áp suất riêng phần của không khí khô và áp suất riêng phần của hơi nước, rồi cộng phần đóng góp của mỗi thành phần vào mật độ chung. Cách làm này cho kết quả chính xác hơn so với công thức đơn giản chỉ dùng không khí khô, đặc biệt trong điều kiện nóng và ẩm — rất phù hợp với khí hậu nhiệt đới như ở Việt Nam.
Cách sử dụng
Nhập nhiệt độ không khí theo độ C, áp suất khí quyển tại chỗ theo hectopascal (hPa, tương đương millibar) và độ ẩm tương đối theo phần trăm. Công cụ sẽ trả về mật độ không khí tính bằng kilôgam trên mét khối, kèm theo nhiệt độ tuyệt đối, áp suất riêng phần của hơi nước và áp suất riêng phần của không khí khô.
Giải thích công thức
Mật độ không khí được tính theo công thức $$\rho = \frac{P_d}{R_d\,T} + \frac{P_v}{R_v\,T}$$ trong đó \(R_d = 287{,}058\ \text{J/(kg}\cdot\text{K)}\) là hằng số khí riêng của không khí khô, \(R_v = 461{,}495\ \text{J/(kg}\cdot\text{K)}\) là hằng số của hơi nước, và \(T\) là nhiệt độ tính bằng kelvin (\(T = t\,°\text{C} + 273{,}15\)). Áp suất hơi nước \(P_v\) được tính từ áp suất hơi bão hòa \(P_{sat}\) (xác định bằng phương trình Tetens) nhân với phần trăm độ ẩm tương đối. Áp suất khô \(P_d\) bằng áp suất tổng trừ đi \(P_v\).
Ví dụ minh họa
Ở 30 °C, 1013,25 hPa và độ ẩm 50%: \(T = 303{,}15\ \text{K}\). $$P_{sat} = 6{,}1078 \times 10^{\frac{7{,}5\cdot 30}{267{,}3}} \approx 42{,}43\ \text{hPa}$$ nên $$P_v = 0{,}5 \times 42{,}43 \times 100 \approx 2121{,}3\ \text{Pa}$$ $$P_d = 101325 - 2121{,}3 \approx 99203{,}7\ \text{Pa}$$ Khi đó $$\rho = \frac{99203{,}7}{287{,}058\cdot 303{,}15} + \frac{2121{,}3}{461{,}495\cdot 303{,}15} \approx 1{,}1409 + 0{,}01516 \approx 1{,}156\ \text{kg/m}^3$$
Câu hỏi thường gặp
Vì sao phải tính đến độ ẩm? Hơi nước có mật độ thấp hơn không khí khô, nên không khí ẩm nhẹ hơn một chút so với không khí khô ở cùng nhiệt độ và áp suất.
Áp suất nhập theo đơn vị nào? Nhập áp suất theo hPa (hectopascal); \(1\ \text{hPa} = 1\ \text{mbar} = 100\ \text{Pa}\). Áp suất tiêu chuẩn ở mực nước biển là 1013,25 hPa.
Dùng công thức bão hòa nào? Phương trình Tetens — một công thức xấp xỉ được sử dụng rộng rãi, có độ chính xác trong khoảng dưới một phần trăm ở dải nhiệt độ khí quyển thông thường.
