हवा का घनत्व: Difference between revisions

Revision as of 01:22, 2 February 2023

हवा का घनत्व या वायुमंडलीय घनत्व, जिसे ρ से निरूपित किया जाता है, पृथ्वी के वायुमंडल का द्रव्यमान प्रति इकाई आयतन है। वायुदाब की तरह वायु घनत्व भी ऊंचाई बढ़ने के साथ घटता है। यह तापमान और आर्द्रता में भिन्नता के साथ भी बदलता है। 101.325 kPa (abs) और 20 °C (68 °F) पर, वायु का घनत्व लगभग 1.204 kg/m³ (0.0752 lb/cu ft) होता है। अंतर्राष्ट्रीय मानक वातावरण (आईएसए) के अनुसार 101.325 kPa (abs) और 15 °C (59 °F), वायु का घनत्व लगभग 1.225 kg/m³ (0.0765 lb/cu ft) होता है जो अंतर्राष्ट्रीय मानक वायुमंडल (आईएसए) के अनुसार,पानी का 1⁄800 है।^{[citation needed]} शुद्ध जल का घनत्व 1,000 kg/m³ (62 lb/cu ft) है।

वायु घनत्व वैमानिकी सहित विज्ञान, अभियान्त्रिकी और उद्योग की कई शाखाओं जैसे ;^[1]वातानुकूलन^[2]^[3] कृषि अभियान्त्रिकी, मृदा-वनस्पति-वायुमंडल-हस्तांतरण प्रतिरूप का प्रतिरूपण या अनुवर्तन ^[4] और संपीड़ित हवा से संबंधित अभियान्त्रिकी समुदाय में उपयोग की जाने वाली संपत्ति है।^[5]

उपयोग किए गए मापने वाले उपकरणों के आधार पर, वायु के घनत्व की गणना के लिए समीकरणों के विभिन्न सेटो को लागू किया जा सकता है। वायु, गैसों का मिश्रण है तथा अधिक या कम सीमा तक गणना हमेशा मिश्रण के गुणों को सरल करती है।

तापमान

अन्य चीजें समान होने पर, गर्म हवा ठंडी हवा की तुलना में कम घनी होती है और इस प्रकार ठंडी हवा के माध्यम से ऊपर उठती है। इसे एक सन्निकटन के रूप में आदर्श गैस नियम का उपयोग करके देखा जा सकता है।

शुष्क वायु

शुष्क हवा के घनत्व की गणना आदर्श गैस के नियम का प्रयोग करके की जा सकती है, जिसे थर्मोडायनामिक तापमान और दबाव के कार्य के रूप में व्यक्त किया जाता है:^{[citation needed]}

{\begin{aligned}\rho &={\frac {p}{R_{\text{specific}}T}}\\R_{\text{specific}}&={\frac {R}{M}}={\frac {k_{\rm {B}}}{m}}\\\rho &={\frac {pM}{RT}}={\frac {pm}{k_{\rm {B}}T}}\\\end{aligned}}

जहाँ पे:^{[citation needed]}

\rho

, वायु घनत्व है (किलो / मी³)^{[note 1]}

p

, पूर्ण दबाव है (Pa)^{[note 1]}:

T

, पूर्ण तापमान है (k)^{[note 1]}:

R

गैस स्थिरांक है, 8.31446261815324 जूल⋅केल्विन में⁻¹⋅मोल (इकाइयां)^-1 ^{[note 1]}

M

शुष्क हवा का दाढ़ द्रव्यमान है, लगभग 0.0289652 किलोग्राम⋅मोल (इकाई) में^-1.^{[note 1]}

k_{\rm {B}}

बोल्ट्जमैन स्थिरांक है, 1.380649×10⁻²³ जूल⋅केल्विन में^-1^{[note 1]}

m

शुष्क हवा का आणविक द्रव्यमान है, लगभग 4.81×10⁻²⁶ किलोग्राम में।^{[note 1]}:

R_{\text{specific}}

, शुष्क हवा के लिए विशिष्ट गैस स्थिरांक, जो ऊपर प्रस्तुत मूल्यों का उपयोग करके लगभग होगा 287.0500676 J⋅kg में⁻¹⋅K^-1^{[note 1]}

इसलिए:

शुद्ध और व्यावहारिक रसायन के अंतर्राष्ट्रीय संघ में मानक तापमान और दबाव (0 डिग्री सेल्सियस और 100 kPa), शुष्क हवा का घनत्व लगभग 1.2754 है किलोग्राम/मी^{3^{[citation needed]}}
20 डिग्री सेल्सियस और 101.325 kPa, शुष्क हवा का घनत्व 1.2041 किग्रा/मीटर है^{3^{[citation needed]}}
70 °F पर और 14.696 पाउंड प्रति वर्ग इंच, शुष्क हवा का घनत्व 0.074887 है पाउंड (द्रव्यमान)/घन फीट^{3^{[citation needed]}}

निम्न तालिका 1 atm या 101.325 kPa पर वायु घनत्व-तापमान संबंध दर्शाती है:^{[citation needed]}^{[citation needed]}

Effect of temperature on properties of air
Celsius temperature θ (°C)	Speed of sound c (m/s)	Density of air ρ (kg/m³)	Characteristic specific acoustic impedance z₀ (Pa·s/m)
35	351.88	1.1455	403.2
30	349.02	1.1644	406.5
25	346.13	1.1839	409.4
20	343.21	1.2041	413.3
15	340.27	1.2250	416.9
10	337.31	1.2466	420.5
5	334.32	1.2690	424.3
0	331.30	1.2922	428.0
−5	328.25	1.3163	432.1
−10	325.18	1.3413	436.1
−15	322.07	1.3673	440.3
−20	318.94	1.3943	444.6
−25	315.77	1.4224	449.1

आर्द्र हवा

वायु घनत्व पर तापमान और सापेक्ष आर्द्रता का प्रभाव

वायु में जलवाष्प का योग, वायु के घनत्व को कम कर देता है, जो पहले विपरीत-सहज ज्ञान युक्त लग सकता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि जल वाष्प का दाढ़ द्रव्यमान (18 g/mol) शुष्क हवा के दाढ़ द्रव्यमान से कम है^{[note 2]} (लगभग 29 जी/मोल). किसी भी आदर्श गैस के लिए, किसी दिए गए तापमान और दबाव पर, अणुओं की संख्या एक विशेष आयतन के लिए स्थिर होती है। इसलिए जब हवा के दिए गए आयतन में पानी के अणु (वाष्प) जोड़े जाते हैं, तो दबाव या तापमान को बढ़ने से रोकने के लिए, शुष्क हवा के अणुओं को उसी संख्या से कम करना चाहिए। इसलिए गैस का घनत्व कम हो जाता है।

नम हवा के घनत्व की गणना इसे आदर्श गैसों के मिश्रण के रूप में मानकर की जा सकती है। इस संदर्भ में, जल वाष्प के आंशिक दबाव को वाष्प दबाव के रूप में जाना जाता है। इस पद्धति का उपयोग करते हुए, -10 डिग्री सेल्सियस से 50 डिग्री सेल्सियस की सीमा में घनत्व गणना में त्रुटि 0.2% से कम है। आर्द्र वायु का घनत्व पाया जाता है:

\rho _{\text{humid air}}={\frac {p_{\text{d}}}{R_{\text{d}}T}}+{\frac {p_{\text{v}}}{R_{\text{v}}T}}={\frac {p_{\text{d}}M_{\text{d}}+p_{\text{v}}M_{\text{v}}}{RT}}

^[6]

जहाँ पर:

\rho _{\text{humid air}}

, आर्द्र हवा का घनत्व (kg/m³)

p_{\text{d}}

, शुष्क हवा का आंशिक दबाव (Pa)

R_{\text{d}}

, शुष्क हवा के लिए विशिष्ट गैस स्थिरांक, 287.058J/(kg·K)

T

, तापमान केल्विन

p_{\text{v}}

, जल वाष्प का दबाव (Pa)

R_{\text{v}}

, जल वाष्प के लिए विशिष्ट गैस स्थिरांक, 461.495 J/(kg·K)

M_{\text{d}}

, शुष्क हवा का दाढ़ द्रव्यमान, 0.0289652 kg/mol

M_{\text{v}}

, जल वाष्प का दाढ़ द्रव्यमान, 0.018016kg/mol

R

, गैस स्थिरांक, 8.31446 J/(K·mol)

पानी के वाष्प दबाव की गणना संतृप्ति वाष्प दबाव और सापेक्षिक आर्द्रता से की जा सकती है। इसके द्वारा पाया जाता है कि:

p_{v} =

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[note 1]

[note 2]

[6]

@@ Line 33: / Line 33: @@
-== नम हवा ==
+== आर्द्र हवा ==
-{{further|नमी}}
+{{further|आर्द्रता }}
-[[File:Air density dependence on temperature and relative humidity.svg|thumb|right|400px|वायु घनत्व पर तापमान और सापेक्ष आर्द्रता का प्रभाव]]वायु में जलवाष्प का योग, वायु के घनत्व को कम कर देता है, जो पहले विपरीत-सहज ज्ञान युक्त लग सकता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि जल वाष्प का दाढ़ द्रव्यमान (18{{nbsp}}g/mol) शुष्क हवा के दाढ़ द्रव्यमान से कम है<ref group="note">as dry air is a mixture of gases, its molar mass is the weighted average of the molar masses of its components</ref> (लगभग 29{{nbsp}}जी/मोल). किसी भी [[आदर्श गैस]] के लिए, किसी दिए गए तापमान और दबाव पर, अणुओं की संख्या एक विशेष आयतन के लिए स्थिर होती है (एवोगैड्रो का नियम देखें)। इसलिए जब हवा के दिए गए आयतन में पानी के अणु (वाष्प) जोड़े जाते हैं, तो दबाव या तापमान को बढ़ने से रोकने के लिए, शुष्क हवा के अणुओं को उसी संख्या से कम करना चाहिए। इसलिए गैस का द्रव्यमान प्रति इकाई आयतन (इसका घनत्व) कम हो जाता है।
+[[File:Air density dependence on temperature and relative humidity.svg|thumb|right|400px|वायु घनत्व पर तापमान और सापेक्ष आर्द्रता का प्रभाव]]वायु में जलवाष्प का योग, वायु के घनत्व को कम कर देता है, जो पहले विपरीत-सहज ज्ञान युक्त लग सकता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि जल वाष्प का दाढ़ द्रव्यमान (18{{nbsp}}g/mol) शुष्क हवा के दाढ़ द्रव्यमान से कम है<ref group="note">as dry air is a mixture of gases, its molar mass is the weighted average of the molar masses of its components</ref> (लगभग 29{{nbsp}}जी/मोल). किसी भी [[आदर्श गैस]] के लिए, किसी दिए गए तापमान और दबाव पर, अणुओं की संख्या एक विशेष आयतन के लिए स्थिर होती है। इसलिए जब हवा के दिए गए आयतन में पानी के अणु (वाष्प) जोड़े जाते हैं, तो दबाव या तापमान को बढ़ने से रोकने के लिए, शुष्क हवा के अणुओं को उसी संख्या से कम करना चाहिए। इसलिए गैस का घनत्व कम हो जाता है।
-नम हवा के घनत्व की गणना इसे आदर्श गैसों के मिश्रण के रूप में मानकर की जा सकती है। इस मामले में, जल वाष्प के [[आंशिक दबाव]] को [[वाष्प दबाव]] के रूप में जाना जाता है। इस पद्धति का उपयोग करते हुए, -10 डिग्री सेल्सियस से 50 डिग्री सेल्सियस की सीमा में घनत्व गणना में त्रुटि 0.2% से कम है। आर्द्र वायु का घनत्व पाया जाता है:
+नम हवा के घनत्व की गणना इसे आदर्श गैसों के मिश्रण के रूप में मानकर की जा सकती है। इस संदर्भ में, जल वाष्प के [[आंशिक दबाव]] को [[वाष्प दबाव]] के रूप में जाना जाता है। इस पद्धति का उपयोग करते हुए, -10 डिग्री सेल्सियस से 50 डिग्री सेल्सियस की सीमा में घनत्व गणना में त्रुटि 0.2% से कम है। आर्द्र वायु का घनत्व पाया जाता है:
 :<math>
 \rho_\text{humid air} = \frac{p_\text{d}}{R_\text{d} T} + \frac{p_\text{v}}{R_\text{v} T} = \frac{p_\text{d}M_\text{d} + p_\text{v}M_\text{v}}{R T}
 </math>  <ref name=wahiduddin_01>[http://wahiduddin.net/calc/density_altitude.htm शेलक्विस्ट, आर (2009) समीकरण - वायु घनत्व और घनत्व ऊंचाई]</ref>
-कहाँ पे:
+जहाँ पर:
 :<math>\rho_\text{humid air}</math>, आर्द्र हवा का घनत्व (kg/m<sup>3</sup>)
 :<math>p_\text{d}</math>, शुष्क हवा का आंशिक दबाव (Pa)
-:<math>R_\text{d}</math>, शुष्क हवा के लिए विशिष्ट गैस स्थिरांक, 287.058{{nbsp}}जे / (किग्रा · कश्मीर)
+:<math>R_\text{d}</math>, शुष्क हवा के लिए विशिष्ट गैस स्थिरांक, 287.058J/(kg·K)
-:<math>T</math>, तापमान ([[केल्विन (इकाइयां)]]इकाई))
+:<math>T</math>, तापमान [[केल्विन (इकाइयां)|केल्विन]]
 :<math>p_\text{v}</math>, जल वाष्प का दबाव (Pa)
-:<math>R_\text{v}</math>, जल वाष्प के लिए विशिष्ट गैस स्थिरांक, 461.495{{nbsp}}जे / (किग्रा · कश्मीर)
+:<math>R_\text{v}</math>, जल वाष्प के लिए विशिष्ट गैस स्थिरांक, 461.495{{nbsp}}J/(kg·K)
-:<math>M_\text{d}</math>, शुष्क हवा का दाढ़ द्रव्यमान, 0.0289652{{nbsp}}किग्रा/मोल
+:<math>M_\text{d}</math>, शुष्क हवा का दाढ़ द्रव्यमान, 0.0289652{{nbsp}}kg/mol
-:<math>M_\text{v}</math>, जल वाष्प का दाढ़ द्रव्यमान, 0.018016{{nbsp}}किग्रा/मोल
+:<math>M_\text{v}</math>, जल वाष्प का दाढ़ द्रव्यमान, 0.018016kg/mol
-:<math>R</math>, गैस स्थिरांक, 8.31446{{nbsp}}जम्मू/(किल·मोल)
+:<math>R</math>, गैस स्थिरांक, 8.31446{{nbsp}}J/(K·mol)
-पानी के वाष्प दबाव की गणना [[संतृप्ति वाष्प दबाव]] और [[सापेक्षिक आर्द्रता]] से की जा सकती है। इसके द्वारा पाया जाता है:
+पानी के वाष्प दबाव की गणना [[संतृप्ति वाष्प दबाव]] और [[सापेक्षिक आर्द्रता]] से की जा सकती है। इसके द्वारा पाया जाता है कि:
 :<math>p_\text{v} = \phi p_\text{sat}</math>
-कहाँ पे:
+जहाँ पर :
 :<math>p_\text{v}</math>, पानी का वाष्प दबाव
 :<math>\phi</math>, सापेक्ष आर्द्रता (0.0-1.0)
 :<math>p_\text{sat}</math>, संतृप्ति वाष्प दबाव
-किसी दिए गए तापमान पर पानी का संतृप्त वाष्प दबाव वाष्प का दबाव होता है जब सापेक्षिक आर्द्रता 100% होती है। एक सूत्र है टेटेन्स समीकरण | टेटेन्स का समीकरण<ref name=wahiduddin_02>[http://wahiduddin.net/calc/density_algorithms.htm शेलक्विस्ट, आर (2009) एल्गोरिदम - श्लैटर और बेकर<!-- Bot generated title -->]</ref> संतृप्ति वाष्प दाब ज्ञात करने के लिए प्रयोग किया जाता है:
+किसी दिए गए तापमान पर पानी का संतृप्त वाष्प दबाव, वाष्प का दबाव होता है जब सापेक्षिक आर्द्रता 100% होती है। टेटेन्स का समीकरण<ref name=wahiduddin_02>[http://wahiduddin.net/calc/density_algorithms.htm शेलक्विस्ट, आर (2009) एल्गोरिदम - श्लैटर और बेकर<!-- Bot generated title -->]</ref> संतृप्ति वाष्प दाब ज्ञात करने के लिए प्रयोग किया जाता है।
 :<math>p_\text{sat} = 6.1078 \times 10^{\frac{7.5 T}{T + 237.3}} </math>
-कहाँ पे:
+जहाँ पर:
 :<math>p_\text{sat}</math>, संतृप्ति वाष्प दाब (hPa)
-:<math>T</math>, तापमान (डिग्री [[सेल्सीयस]])
+:<math>T</math>, तापमान (°C)
 अन्य समीकरणों के लिए पानी का वाष्प दाब देखें।
@@ Line 71: / Line 71: @@
 शुष्क हवा का आंशिक दबाव <math>p_\text{d}</math> आंशिक दबाव पर विचार करते हुए पाया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप:
 :<math>p_\text{d} = p - p_\text{v}</math>
-कहाँ <math>p</math> केवल देखे गए निरपेक्ष दबाव को दर्शाता है।
+कहाँ <math>p</math> केवल देखे गए पूर्ण दबाव को दर्शाता है।
 == ऊंचाई के साथ भिन्नता ==
-{{further|Barometric formula#Density equations}}
+{{further|बैरोमेट्रिक सूत्र तथा घनत्व समीकरण }}
 [[Image:StandardAtmosphere.png|thumb|upright=2.0|मानक वातावरण: {{nowrap|1='''''p'''''<sub>0</sub> = 101.325 kPa}}, {{nowrap|1='''''T'''''<sub>0</sub> = 288.15 K}}, {{nowrap|1='''ρ'''<sub>0</sub> = 1.225 kg/m<sup>3</sup>}}]]

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