Luchtdichtheid

dichtheid van lucht
(Doorverwezen vanaf Dichtheid van lucht)
Niet te verwarren met Luchtdichte afsluiting.

De luchtdichtheid (ook dichtheid van lucht, of atmosferische dichtheid) is de luchtmassa die zich in een bepaald volume bevindt en wordt aangeduid met  ρ. Op zeeniveau wordt de lucht sterker gecomprimeerd door de luchtmassa erboven, rond 1,2041 kg/ (kilogram per kubieke meter) bij een temperatuur van 20 °C, dan op grotere hoogte. Vloeibare lucht heeft een dichtheid van 875 kg per kubieke meter.

Invloeden bewerken

 
Gemiddelde luchtdichtheid en druk afhankelijk van de hoogte

Op de grond heeft lucht een hogere dichtheid, lucht is namelijk dichter hoe langer de luchtkolom erboven is. Met toenemende hoogte neemt de lengte van de naar beneden drukkende luchtkolom af, wat betekent dat de luchtdruk daalt. Hierdoor is ook de luchtdruk op de grond dichter dan op grotere hoogte. Een vuistregel is dat de luchtdruk halveert voor elke 5.500 meter hoogte.

Ook is lucht dichter naarmate de temperatuur lager is. De temperatuur is over het algemeen het hoogst aan de grond en neemt af met toenemende hoogte, zie verticale temperatuurgradiënt. Zo heeft het terrein vlak aan de grond invloed op de luchttemperatuur; iets hoger kunnen inversies temperatuurschommelingen veroorzaken. Als de temperatuur op alle hoogten hetzelfde zou zijn, zouden de luchtdruk en de luchtdichtheid ook afnemen met toenemende hoogte, volgens de algemene gaswet (de barometrische hoogteformule):

  met  .

De theoretische afname van de luchtdruk en de dichtheid, die elke 5.500 meter zou moeten halveren, is niet helemaal nauwkeurig, maar is wel een goede benadering.

  • 90% van de atmosfeer bevindt zich onder de 20 km hoogte.
  • 75% van de atmosfeer bevindt zich onder de 10 km hoogte.
  • 50% van de atmosfeer bevindt zich onder de 5 km hoogte.

Berekening bewerken

Men berekent de ontwikkeling van luchtmassa als volgt.

Als lucht als een ideaal gas wordt beschouwd, wordt de luchtdichtheid berekend als ρ in kg/m³:

 

met

  • de luchtdruk p in pascal in de standaardatmosfeer ; atmosferische luchtdruk   bar
  • de molaire massa M (in SI-eenheden  )
  • de universele gasconstante   met de energie erin J (= N·m)
  • de temperatuur T in kelvin; {T in kelvin} = {temperatuur in °C} + 273,15

Door het invoeren van de specifieke gasconstante   voor droge lucht krijg je:

  .

Temperatuurafhankelijkheid bewerken

 
Luchtdichtheid als functie van de temperatuur bij een druk van 1 atm
Luchtdichtheid als functie van de luchttemperatuur op zeeniveau onder standaarddruk van 1013,25 mbar
temperatuur
  in °C
temperatuur
T in K
Luchtdichtheid
  kg/m³
Opmerkingen
+35 308.15 1,1455
+30 303.15 1.1644
+25 298,15 1.1839
+20 293,15 1,2041 Laboratoriumomstandigheden
+15 288,15 1,2250 Luchtvaart standaardatmosfeer
+10 283,15 1,2466
+5 278,15 1,2690
0 273,15 1,2922 standaard fysieke omstandigheden
−5 268,15 1,3163
−10 263,15 1,3413
−15 258.15 1,3673
−20 253,15 1,3943
−25 248.15 1,4224

Vochtafhankelijkheid bewerken

Voor een exacte vaststelling van de luchtdichtheid moet rekening worden gehouden met de luchtvochtigheid, omdat hierdoor de gasconstante van de lucht verandert:

 

met

  • de gasconstante   de droge lucht
  • de gasconstante   van waterdamp
  • de relatieve vochtigheid   (bijv. B. 0,76 = 76 %)
  • de verzadigingsdampdruk   van water in de lucht, dat is weergegeven in de tabel. Er zijn ook empirische formules met verschillende nauwkeurigheid, zoals de Magnus-formule of de vergelijking van Antoine.
  • de omgevingsdruk   in Pascals.

Nadat de gasconstante is aangepast, kan de vergelijking:

 

worden gebruikt.

Exacte vaststelling bewerken

Om meetfouten te minimaliseren wordt aanbevolen om een aspiratiepsychrometer te gebruiken om de luchtvochtigheid te bepalen en een kwikbarometer om de omgevingsdruk te bepalen. De barometerstand moet nog worden gecorrigeerd voor capillariteit, piekhoogte van het kwikniveau, temperatuurafhankelijke dichtheid van kwik en lokale valversnelling.

Omgekeerde bewerken

De omgekeerde waarde van de dichtheid, het soortelijk volume, heeft in de meteorologie het formulesymbool α en in de thermodynamica het formulesymbool vlucht :

  .