چگالی گاز چیست؟
چگالی گاز (Gas Density) نسبت جرم گاز به حجمی است که اشغال میکند. برخلاف جامدات و مایعات که چگالی نسبتاً ثابتی دارند، چگالی گازها به شدت تابع فشار و دما است. گازها در فشارهای بالا (فشرده شدن) چگالتر میشوند و در دماهای بالا (منبسط شدن) چگالی کمتری پیدا میکنند. دانستن چگالی گاز برای محاسبات آیرودینامیک، هواشناسی، و طراحی سیستمهای تهویه و انتقال گاز ضروری است.
فرمول و روابط ریاضی
فرمول چگالی گاز مستقیماً از قانون گازهای ایدهآل (PV=nRT) استخراج میشود. با جایگذاری n=m/M (مول = جرم / جرم مولی) و بازآرایی معادله، به رابطه زیر میرسیم:
- D: چگالی (g/L)
- M: جرم مولی گاز (g/mol)
- P: فشار (atm)
- R: ثابت جهانی گازها (۰.۰۸۲۱)
- T: دما (K)
مثالهای واقعی
۱. بالن هلیومی
جرم مولی هلیوم (۴ g/mol) بسیار کمتر از هوای معمولی (میانگین ۲۹ g/mol) است. طبق فرمول، در فشار و دمای یکسان، چگالی هلیوم بسیار کمتر از هواست و همین اختلاف چگالی باعث شناور شدن بالن میشود.
۲. تجمع گاز CO2 در کف چاه
دیاکسید کربن (CO2) دارای جرم مولی ۴۴ است که سنگینتر از هوا (۲۹) میباشد. بنابراین چگالی آن بیشتر است و همیشه در پایینترین نقاط مثل کف چاهها یا معادن جمع میشود که خطر خفگی ایجاد میکند.
۳. هوای گرم و دودکش
چرا دود به سمت بالا میرود؟ چون هوای داخل دودکش داغ است (T بالا). طبق فرمول (مخرج کسر بزرگ میشود)، چگالی هوای داغ کمتر از هوای سرد اطراف است و بنابراین به سمت بالا حرکت میکند (جریان همرفت).
خطاهای رایج محاسباتی
- ×
استفاده از سلسیوس: همیشه دما را به کلوین تبدیل کنید. استفاده از دمای سلسیوس در مخرج کسر نتایج غلط میدهد.
- ×
واحد فشار: این محاسبهگر بر اساس R=0.0821 طراحی شده است، پس فشار حتماً باید بر حسب اتمسفر (atm) باشد، نه پاسکال یا بار.
سوالات متداول
چگالی هوا در شرایط استاندارد چقدر است؟▼
در دمای صفر درجه و فشار ۱ اتمسفر، چگالی هوا تقریباً ۱.۲۹ گرم بر لیتر است.
چگونه جرم مولی یک گاز را پیدا کنیم؟▼
جرم مولی با جمع زدن جرم اتمی عناصر تشکیلدهنده گاز بدست میآید. مثلا برای O2: دو تا ۱۶ میشود ۳۲ گرم بر مول.