Densitat de l'aire: diferència entre les revisions

La '''densitat de l'aire''' o la '''densitat atmosfèrica''', denotada com a ''ρ'' (en grec: rho), és la [[massa]] per unitat de [[volum]] de l'[[atmosfera terrestre]]. La densitat de l'aire, com la pressió de l'aire, disminueix amb l'augment de l'altitudaltura. També canvia amb la variació de la pressió atmosfèrica, la temperatura i la [[humitat]]. AAmb 101.325 kPa (abs) i 15°C, l'aire té una densitat d'unsaproximada de 1,225 kg/m³ (0,001225 g/cm³, 0,0023769 slug/(cu ft), 0,0765 lb/(cu ft)) segons l'ISA (International Standard Atmosphere).{{Cal citació}}

La densitat de l'aire és una propietat utilitzada en moltes branques de la ciència, l'enginyeria i la indústria, inclosa l'[[aeronàutica]] inclosa;<ref name="aero_01en">Olson, Wayne M. (2000) AFFTC-TIH-99-01, Aircraft Performance Flight</ref><ref name="aero_02en">ICAO, Manual of the ICAO Standard Atmosphere (extended to 80 kilometres (262 500 feet)), Doc 7488-CD, Third Edition, 1993, {{ISBN|92-9194-004-6}}.</ref><ref name="aero_03en">Grigorie, T.L., Dinca, L., Corcau J-I. and Grigorie, O. (2010) Aircrafts’{{sic}} Altitude Measurement Using Pressure Information:Barometric Altitude and Density Altitude</ref> [[anàlisi gravimètrica]];<ref name="grav_01en">A., Picard, R.S., Davis, M., Gläser and K., Fujii (CIPM-2007) Revised formula for the density of moist air</ref>, la indústria de l'aire condicionat;<ref name="hvac_01en">S. Herrmann, H.-J. Kretzschmar, and D.P. Gatley (2009), ASHRAE RP-1485 Final Report</ref> [[ciència atmosfèrica|investigació atmosfèrica]] i [[meteorologia]];<ref name="mete_01en">F.R. Martins, R.A. Guarnieri e E.B. Pereira, (2007) O aproveitamento da energia eólica (The wind energy resource).</ref><ref name="mete_02en">Andrade, R.G., Sediyama, G.C., Batistella, M., Victoria, D.C., da Paz, A.R., Lima, E.P., Nogueira, S.F. (2009) Mapeamento de parâmetros biofísicos e da evapotranspiração no Pantanal usando técnicas de sensoriamento remoto</ref><ref name="mete_03en">Marshall, John and Plumb, R. Alan (2008), Atmosphere, ocean, and climate dynamics: an introductory text {{ISBN|978-0-12-558691-7}}.</ref> enginyeria agrícola (modelització i seguiment dels models de sòl-vegetació-atmosfera-transferència (SVAT);<ref name="agri_01en">Pollacco, J. A., and B. P. Mohanty (2012), Uncertainties of Water Fluxes in Soil-Vegetation-Atmosphere Transfer Models: Inverting Surface Soil Moisture and Evapotranspiration Retrieved from Remote Sensing, Vadose Zone Journal, 11(3), {{doi|10.2136/vzj2011.0167}}.</ref><ref name="agri_02en">Shin, Y., B. P. Mohanty, and A.V.M. Ines (2013), Estimating Effective Soil Hydraulic Properties Using Spatially Distributed Soil Moisture and Evapotranspiration, Vadose Zone Journal, 12(3), {{doi|10.2136/vzj2012.0094}}.</ref><ref name="agri_03en">Saito, H., J. Simunek, and B. P. Mohanty (2006), Numerical Analysis of Coupled Water, Vapor, and Heat Transport in the Vadose Zone, Vadose Zone J. 5: 784-800.</ref> i la comunitat d'enginyers que tracta de l'aire comprimit.<ref name="eng_01en">Perry, R.H. and Chilton, C.H., eds., Chemical Engineers’ Handbook, 5th ed., McGraw-Hill, 1973.</ref>

Segons els instruments de mesura utilitzatsemprats, eshom podenpot aplicar diferents conjunts d'equacions per al càlcul de la densitat d'aire. L'aire és una barreja de gasos i els càlculs sempre simplifiquen, en major o menor mesura, les propietats de la mescla.

La taula següent il·lustra la relació de temperatura–detemperatura de densitat d'aire a 1 atm o 101.325 kPa:

L'addició de [[Vapor d'aigua|vapor d'aigua]] a aire (fent l'aire humit) redueix la densitat de l'aire, que a primera vista pot semblar contrari a la intuïció. Això passa perquè la massa molar d'aigua (18 g/mol) és menor que la massa molar d'aire sec<ref group="nota">ja que l'aire sec és una barreja de gasos, la seva massa molar és la mitjana ponderada de les masses molars dels seus components</ref> (al voltant devora 29 g/mol). Per a qualsevol gas ideal, a una determinada temperatura i pressió, el nombre de molècules és constant per a un volum determinat (vegeu la [[Llei d'Avogadro]]). Així, quan les molècules d'aigua (vapor d'aigua) s'afegeixen a un determinat volum d'aire, les molècules d'aire sec han de disminuir amb el mateix nombre, per a evitar que la pressió o la temperatura augmentin. Per tant, la massa per unitat de volum del gas (la seva densitat) disminueix.

La densitat de l'aire humit es pot calcular tractant-la com a una barreja de [[Gas ideal|gasos ideals.]] En aquest cas, la [[Pressió parcial|pressió parcial]] del [[Vapor d'aigua|vapor d'aigua]] es coneix com a [[pressió de vapor]]. Mitjançant aquest mètode, l'error en el càlcul de la densitat és inferior al 0,2% en el rang de −10&nbsp;°C to 50&nbsp;°C.

Una fórmula <ref name=wahiduddin_02>[http://wahiduddin.net/calc/density_algorithms.htm Shelquist, R (2009) Algorithms - Schlatter and Baker<!-- Bot generated title -->]</ref> ueque s'utilitzausa per a trobar la pressió de vapor de saturació és:

La pressió parcial de l'aire sec <math>p_{d}</math> es troba tenint en compte la [[pressió parcial]], el que resulta en:

Per a calcular la densitat de l'aire en funció de l'altitudaltura, es requereixen paràmetres addicionals. Es detallen a continuació, juntament amb els seus valors segons l'atmosfera estàndard internacional, utilitzant per al càlcul la [[Constant dels gasos|constant universal de gas]]<nowiki/>en comptes de la constant específica de l'aire:

La temperatura a l'altitudaltura <math>h</math> sobre el nivell del mar s'aproxima mitjançant la següent fórmula (només és vàlida dins de la [[troposfera]], no més d'~18 km per sobre de la superfície de la Terra (i més avall de l'equador)):

La pressió a l'altitudaltura <math>h</math> ve donada per: