Калькулятор плотности газа считает плотность по уравнению состояния идеального газа. Достаточно указать давление, температуру и молярную массу — и вы получите плотность в килограммах на кубический метр, а обратный расчёт найдёт давление по известной плотности.
В отличие от жидкости, плотность газа сильно зависит от давления и температуры. При сжатии молекулы оказываются ближе друг к другу и плотность растёт; при нагреве газ расширяется и плотность падает. Связь между этими величинами описывает уравнение состояния идеального газа: произведение давления на объём пропорционально количеству вещества и абсолютной температуре.
Если выразить количество вещества через массу и молярную массу, получается рабочая формула плотности: давление, умноженное на молярную массу и делённое на произведение газовой постоянной и абсолютной температуры.
В расчёте давление берётся в килопаскалях, а температура переводится в кельвины прибавлением 273,15. Универсальная газовая постоянная R равна 8,314 Дж/(моль·К). Для воздуха молярная масса составляет примерно 0,02898 кг/моль; для других газов это значение берут из справочника: у метана около 0,016, у углекислого газа около 0,044 кг/моль.
Пример 1. Воздух при 100 кПа и 20 °C: плотность 1,189 кг/м³ — типичное значение для нормальных условий.
Пример 2. Тот же воздух при 101,325 кПа и 0 °C даёт 1,293 кг/м³.
Пример 3. Углекислый газ при 200 кПа и 25 °C имеет плотность 3,55 кг/м³, то есть почти втрое тяжелее воздуха.
Плотность воздуха при 101,325 кПа
| Температура | Плотность, кг/м³ | Относительно 0 °C |
|---|---|---|
| −20 °C | 1,396 | 108% |
| 0 °C | 1,292 | 100% |
| 20 °C | 1,205 | 93% |
| 40 °C | 1,128 | 87% |
Уравнение состояния использует абсолютную температуру. Ноль по Цельсию соответствует 273,15 кельвина, поэтому к градусам Цельсия всегда прибавляют это число.
При умеренных давлениях и температурах расхождение невелико. При высоком давлении или близко к сжижению нужны уравнения реального газа.
Среднюю молярную массу смеси: сложите молярные массы компонентов, умноженные на их объёмные доли.
Она нужна для вентиляции, расхода газа через трубы, подъёмной силы воздушных шаров и пересчёта объёмов в массу при учёте газа.