حساب نسبة كثافة الهواء إلى مستواها عند سطح البحر

تقارن حاسبة نسبة كثافة الهواء بين كثافة الهواء عند ضغط مطلق ودرجة حرارة محددين وبين كثافته القياسية عند سطح البحر. وهي تستخدم علاقة التناسب للغاز المثالي، لذلك لا تحتاج النسبة النهائية إلى ثابت غاز أو كتلة مولية مفترضة. أدخلوا الضغط بوحدة الباسكال ودرجة الحرارة بالدرجات المئوية لتحصلوا على نسبة بلا أبعاد ونسبة مئوية مكافئة. الحساب حتمي وسريع، ويفيد عندما يحتاج التقدير الهندسي إلى مرجع واضح بدلاً من نموذج كامل للغلاف الجوي.

معنى نسبة كثافة الهواء

تعبّر نسبة كثافة الهواء عن الكثافة المحلية بوصفها جزءاً من الكثافة في الشروط المرجعية البالغة 101325 باسكال و288.15 كلفن، أي 15 درجة مئوية. تعني النتيجة 1 أن الكثافة المحسوبة تطابق هذا المرجع. وتشير النتيجة 0.80 إلى أن كثافة الهواء تبلغ نحو ثمانين في المئة من الكثافة المرجعية، بينما تشير 1.10 إلى كثافة أعلى بنحو عشرة في المئة.

ولأن النتيجة بلا أبعاد، يسهل استخدامها في المقارنات الأولية للأداء ومعاملات التصحيح واختبارات المعقولية. تعرض الحاسبة العلاقة نفسها أيضاً كنسبة مئوية لتسهيل توضيحها. لا تعني هذه النسبة أن الشروط المدخلة تقع عند ارتفاع هندسي معين.

فقد تنتج الأنظمة الجوية وملفات الحرارة المحلية وتغيرات الضغط شروطاً مختلفة عند الارتفاع نفسه. تعاملوا معها بصفتها مقارنة مشتقة من الضغط ودرجة الحرارة اللذين تدخلونهما، لا بصفتها بحثاً عن الارتفاع في جدول للغلاف الجوي القياسي. يحافظ هذا التمييز على فائدة النتيجة من دون أن ينسب إليها معلومات لا تستطيع المدخلات إثباتها.

كيف يحدد الضغط والحرارة النتيجة

عند معاملة الهواء الجاف بوصفه غازاً مثالياً، تتناسب الكثافة طردياً مع الضغط المطلق وعكسياً مع درجة الحرارة المطلقة. وعند قسمة معادلة الكثافة المحلية على معادلة المرجع عند سطح البحر، يُختصر ثابت الغاز النوعي. لذلك تقسم الحاسبة الضغط المحلي على 101325 باسكال، ثم تضربه في 288.15 كلفن مقسوماً على درجة الحرارة المدخلة بعد تحويلها إلى كلفن.

يجب أن يكون الضغط مطلقاً. فالضغط المقاس يُحدد نسبةً إلى الضغط المحيط ولا يمكن إدخاله مباشرةً، لأن علاقة الغاز المثالي تتطلب الضغط الديناميكي الحراري الكلي. تُدخل درجة الحرارة بالدرجات المئوية تيسيراً للاستخدام، ثم تُحوّل بإضافة 273.15.

تؤدي أي قيمة مئوية تساوي سالب 273.15 أو تقل عنها إلى درجة حرارة مطلقة تساوي صفراً أو تكون سالبة، وهذا غير صالح فيزيائياً لهذه الصيغة ويجعل عملية المقلوب غير معرّفة أو عديمة المعنى. ترفض الحاسبة هذا الإدخال صراحةً. كما ترفض القيم غير المحدودة والضغط المطلق السالب، لكنها تقبل ضغطاً يساوي صفراً وتعيد عندئذ نسبة رياضية تساوي صفراً.

استخدام النسبة بصورة سليمة

تلائم النتيجة الحسابات التقريبية الأولية عندما يكون الضغط ودرجة الحرارة معلومين ويكون تقريب الغاز المثالي مناسباً. فيمكنها مثلاً المساعدة في مقارنة الأحمال الديناميكية الهوائية، أو تقدير أثر تغير الشروط المحيطة في تدفق هواء التبريد، أو معايرة القياسات المأخوذة في أيام مختلفة. استخدموا الضغط المقاس في المحطة متى توفر، لأن ضغط الطقس المصحح إلى سطح البحر قد عُدّل بالفعل إلى مرجع آخر وربما لا يصف الهواء المحلي الفعلي.

يفترض الحساب هواءً جافاً ثابت التركيب. يغير بخار الماء كثافة الخليط لأن للهواء الرطب كتلة مولية فعالة مختلفة، ولذلك ينبغي للأعمال الدقيقة أن تراعي الرطوبة وأن تستخدم نموذجاً أشمل للهواء الرطب. وقد تتطلب الضغوط أو درجات الحرارة أو الخلطات الغازية شديدة الاختلاف تصحيحات للغاز الحقيقي أيضاً.

احتفظوا بدقة في المدخلات تناسب القرار المطلوب، لكن لا تفسروا المنازل العشرية المعروضة على أنها زيادة في دقة القياس.