ما الذي يحدد كثافة الهواء

ما الذي يحدد كثافة الهواء؟ إحدى الأسئلة العلمية التي تحتاج إلى إجابة دقيقة، وذلك لأنَّ كثافة الهواء تتأثر بالعديد من العوامل، وتتعدد أهميتها في مجال علم الطيران، والعديد من العلوم والمجالات الأخرى، كتسلق الجبال، والقفز بالبراشوت،وما إلى ذلك، ولهذا يُمكنكم معرفة ما الذي يحدد كثافة الهواء من خلال قراءة المقال أدناه.

كثافة الهواء

يتم تعريف كثافة الهواء على أنَّها كتلة الهواء لكل وحدة من الحجم، بحيث يتم تحديد الحجم من خلال كتلة وحدة الهواء الجاف،[1] وتعتمد كثافة ونطاق الهواء على كلّ من درجة حرارة الهواء وضغطه، وعادةً ما تكون القيمة المعطاة لكثافة الهواء عند STP (درجة الحرارة والضغط القياسية)،ويُذكر أنَّ STP مقدار ضغط الهواء عند درجة حرارة 0 درجة مئوية، وهي درجة حرارة متجمدة عند مستوى سطح البحر، ولذلك يكون الهواء الجاف أقل كثافة من القيمة المذكورة في معظم الأوقات، ورغم ذلك فإنَّ الهواء يحتوي في معظم الأحيان على كمية كبيرة من بخار الماء، وبالتالي فإنَّه أكثر كثافة.[2]

ما الذي يحدد كثافة الهواء

دعونا نُجيب على سؤال ما الذي يحدد كثافة الهواء، فتحديد كثافة الهواء تتم من خلال العديد من الطرق، حيث تتناقص الكثافة مع الارتفاع، وتتأثر الكثافة بتغير الضغط الجوي، ودرجة الحرارة، والرطوبة، وتُستخدم كثافة الهواء في العديد من فروع العلوم، والهندسة، والصناعة، ويُمكن قياس كثافة الهواء باستخدام فئتين رئيسيتين من خلال الآتي:[3]

• الطريقة البارامترية (القياس غير المباشر): هي الطريقة الأكثر استخدامًا، وتُستخدم لتحديد الكثافة من قياس المعلمات الأخرى، ويتم حساب كثافة الهواء من خلال قياسات ضغط الهواء، ودرجة الحرارة، والرطوبة، وتركيز ثاني أكسيد الكربون عند الحاجة إلى دقة عالية في درجة القياس.
• القياس المباشر لكثافة الهواء.

كيفية حساب كثافة الهواء

يُمكن حساب كثافة الهواء الجاف باستخدام قانون الغاز المثالي، والذي يُعبر عن الكثافة كدالة لدرجة الحرارة والضغط، وهو بذلك مثل جميع قوانين الغاز، ويمتاز بكونه تقديرًا تقريبيًا عندما يتعلق الأمر بالغازات الحقيقية، وهو مناسب جدًا في الضغط المنخفض وكذلك درجات الحرارة المنخفضة (العادية)، ولكن تؤدي زيادة الضغط ودرجة الحرارة إلى حدوث خطأ في الحساب، ويُمكن اتباع المعادلة الآتية في هذا الحساب:  ρ = p / RT

حيث تُمثل هذه المعادلة:[2]

• ρ : هي كثافة الهواء بالكيلو جرام / م 3
• p : هو الضغط المطلق في Pa
• T : هي درجة الحرارة المطلقة في K.
• R:  هو ثابت الغاز المحدد للهواء الجاف.

تأثير الارتفاع على الكثافة

تنخفض كثافة الهواء مع زيادة الارتفاع، فعلى سبيل المثال الهواء في منطقة دنفر أقل كثافة من الهواء في ميامي، كما تقل كثافة الهواء كلما ازدات درجة الحرارة؛ بحيث يسمح بتغيير حجم الغاز، وخير مثال على ذلك توقعات انخفاض كثافة الهواء في يوم صيفي حار مقابل يوم شتوي بارد.[2]

وفي الختام نكون قد أجبنا على سؤال ما الذي يحدد كثافة الهواء، وتعرفنا على كيفية حساب كثافة الهواء، وكذلك الأمور التي تؤثر على كثافة الهواء، وخاصةً الارتفاع.