Плотность воздуха, его удельная теплоемкость, вязкость и другие физические свойства: таблицы при различных температурах
Рассмотрены основные физические свойства воздуха: плотность воздуха, его динамическая и кинематическая вязкость, удельная теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность, число Прандтля и энтропия. Свойства воздуха даны в таблицах в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении.
Плотность воздуха в зависимости от температуры
Представлена подробная таблица значений плотности воздуха в сухом состоянии при различных температурах и нормальном атмосферном давлении. Чему равна плотность воздуха? Аналитически определить плотность воздуха можно, если разделить его массу на объем, который он занимает при заданных условиях (давление, температура и влажность). Также можно вычислить его плотность по формуле уравнения состояния идеального газа. Для этого необходимо знать абсолютное давление и температуру воздуха, а также его газовую постоянную и молярный объем.
Это уравнение позволяет вычислить плотность воздуха в сухом состоянии.
На практике, чтобы узнать какова плотность воздуха при различных температурах, удобно воспользоваться готовыми таблицами. Например, приведенной таблицей значений плотности атмосферного воздуха в зависимости от его температуры. Плотность воздуха в таблице выражена в килограммах на кубический метр и дана в интервале температуры от минус 50 до 1200 градусов Цельсия при нормальном атмосферном давлении (101325 Па).
| t, °С | ρ, кг/м3 | t, °С | ρ, кг/м3 | t, °С | ρ, кг/м3 | t, °С | ρ, кг/м3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1,584 | 20 | 1,205 | 150 | 0,835 | 600 | 0,404 |
| -45 | 1,549 | 30 | 1,165 | 160 | 0,815 | 650 | 0,383 |
| -40 | 1,515 | 40 | 1,128 | 170 | 0,797 | 700 | 0,362 |
| -35 | 1,484 | 50 | 1,093 | 180 | 0,779 | 750 | 0,346 |
| -30 | 1,453 | 60 | 1,06 | 190 | 0,763 | 800 | 0,329 |
| -25 | 1,424 | 70 | 1,029 | 200 | 0,746 | 850 | 0,315 |
| -20 | 1,395 | 80 | 1 | 250 | 0,674 | 900 | 0,301 |
| -15 | 1,369 | 90 | 0,972 | 300 | 0,615 | 950 | 0,289 |
| -10 | 1,342 | 100 | 0,946 | 350 | 0,566 | 1000 | 0,277 |
| -5 | 1,318 | 110 | 0,922 | 400 | 0,524 | 1050 | 0,267 |
| 0 | 1,293 | 120 | 0,898 | 450 | 0,49 | 1100 | 0,257 |
| 10 | 1,247 | 130 | 0,876 | 500 | 0,456 | 1150 | 0,248 |
| 15 | 1,226 | 140 | 0,854 | 550 | 0,43 | 1200 | 0,239 |
При 25°С воздух имеет плотность 1,185 кг/м
При нагревании плотность воздуха снижается — воздух расширяется (его удельный объем увеличивается). С ростом температуры, например до 1200°С, достигается очень низкая плотность воздуха, равная 0,239 кг/м3, что в 5 раз меньше ее значения при комнатной температуре. В общем случае, снижение плотности газов при нагреве позволяет проходить такому процессу, как естественная конвекция и применяется, например, в воздухоплавании.
Если сравнить плотность воздуха относительно плотности воды, то воздух легче на три порядка — при температуре 4°С плотность воды равна 1000 кг/м3, а плотность воздуха составляет 1,27 кг/м3. Необходимо также отметить значение плотности воздуха при нормальных условиях. Нормальными условиями для газов являются такие, при которых их температура равна 0°С, а давление равно нормальному атмосферному. Таким образом, согласно таблице, плотность воздуха при нормальных условиях (при НУ) равна 1,293 кг/м3.
Динамическая и кинематическая вязкость воздуха при различных температурах
При выполнении тепловых расчетов необходимо знать значение вязкости воздуха (коэффициента вязкости) при различной температуре. Эта величина требуется для вычисления числа Рейнольдса, Грасгофа, Релея, значения которых определяют режим течения этого газа. В таблице даны значения коэффициентов динамической
Коэффициент вязкости воздуха с ростом его температуры значительно увеличивается. Например, кинематическая вязкость воздуха равна 15,06·10-6 м2/с при температуре 20°С, а с ростом температуры до 1200°С вязкость воздуха становиться равной 233,7·10-6 м2/с, то есть увеличивается в 15,5 раз! Динамическая вязкость воздуха при температуре 20°С равна 18,1·10-6 Па·с.
При нагревании воздуха увеличиваются значения как кинематической, так и динамической вязкости.
Эти две величины связаны между собой через величину плотности воздуха, значение которой уменьшается при нагревании этого газа. Увеличение кинематической и динамической вязкости воздуха (как и других газов) при нагреве связано с более интенсивным колебанием молекул воздуха вокруг их равновесного состояния (согласно МКТ).
| t, °С | μ·106, Па·с | ν·106, м2/с | t, °С | μ·106, Па·с | ν·106, м2/с | t, °С | μ·106, Па·с | ν·106, м2/с |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 14,6 | 9,23 | 70 | 20,6 | 20,02 | 350 | 31,4 | 55,46 |
| -45 | 14,9 | 9,64 | 80 | 21,1 | 21,09 | 400 | 33 | 63,09 |
| -40 | 15,2 | 10,04 | 90 | 21,5 | 22,1 | 450 | 34,6 | 69,28 |
| -35 | 15,5 | 10,42 | 100 | 21,9 | 23,13 | 500 | 36,2 | 79,38 |
| -30 | 15,7 | 10,8 | 110 | 22,4 | 24,3 | 550 | 37,7 | 88,14 |
| -25 | 16 | 11,21 | 120 | 22,8 | 25,45 | 600 | 39,1 | 96,89 |
| -20 | 16,2 | 11,61 | 130 | 23,3 | 26,63 | 650 | 40,5 | 106,15 |
| -15 | 16,5 | 12,02 | 140 | 23,7 | 27,8 | 700 | 41,8 | 115,4 |
| -10 | 16,7 | 12,43 | 150 | 24,1 | 28,95 | 750 | 43,1 | 125,1 |
| -5 | 17 | 12,86 | 160 | 24,5 | 30,09 | 800 | 44,3 | 134,8 |
| 0 | 17,2 | 13,28 | 170 | 24,9 | 31,29 | 850 | 45,5 | 145 |
| 10 | 17,6 | 14,16 | 180 | 25,3 | 32,49 | 900 | 46,7 | 155,1 |
| 15 | 17,9 | 14,61 | 190 | 25,7 | 33,67 | 950 | 47,9 | 166,1 |
| 20 | 18,1 | 15,06 | 200 | 26 | 34,85 | 1000 | 49 | 177,1 |
| 30 | 18,6 | 16 | 225 | 26,7 | 37,73 | 1050 | 50,1 | 188,2 |
| 40 | 19,1 | 16,96 | 250 | 27,4 | 40,61 | 1100 | 51,2 | 199,3 |
| 50 | 19,6 | 17,95 | 300 | 29,7 | 48,33 | 1150 | 52,4 | 216,5 |
| 60 | 20,1 | 18,97 | 325 | 30,6 | 51,9 | 1200 | 53,5 | 233,7 |
Удельная теплоемкость воздуха при температуре от -50 до 1200°С
Представлена таблица удельной теплоемкости воздуха при различных температурах.
Теплоемкость в таблице дана при постоянном давлении (изобарная теплоемкость воздуха) в интервале температуры от минус 50 до 1200°С для воздуха в сухом состоянии. Чему равна удельная теплоемкость воздуха? Величина удельной теплоемкости определяет количество тепла, которое необходимо подвести к одному килограмму воздуха при постоянном давлении для увеличения его температуры на 1 градус. Например, при 20°С для нагревания 1 кг этого газа на 1°С в изобарном процессе, требуется подвести 1005 Дж тепла.
Удельная теплоемкость воздуха увеличивается с ростом его температуры. Однако, зависимость массовой теплоемкости воздуха от температуры не линейная. В интервале от -50 до 120°С ее величина практически не меняется — в этих условиях средняя теплоемкость воздуха равна 1010 Дж/(кг·град). По данным таблицы видно, что значительное влияние температура начинает оказывать со значения 130°С. Однако, температура воздуха влияет на его удельную теплоемкость намного слабее, чем на вязкость.
Следует отметить, что теплоемкость влажного воздуха выше, чем сухого. Если сравнить теплоемкость воды и воздуха, то очевидно, что вода обладает более высоким ее значением и содержание воды в воздухе приводит к увеличению удельной теплоемкости.
| t, °С | Cp, Дж/(кг·град) | t, °С | Cp, Дж/(кг·град) | t, °С | Cp, Дж/(кг·град) | t, °С | Cp, Дж/(кг·град) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1013 | 20 | 1005 | 150 | 1015 | 600 | 1114 |
| -45 | 1013 | 30 | 1005 | 160 | 1017 | 650 | 1125 |
| -40 | 1013 | 40 | 1005 | 170 | 1020 | 700 | 1135 |
| -35 | 1013 | 50 | 1005 | 180 | 1022 | 750 | 1146 |
| -30 | 1013 | 60 | 1005 | 190 | 1024 | 800 | 1156 |
| -25 | 1011 | 70 | 1009 | 200 | 1026 | 850 | 1164 |
| -20 | 1009 | 80 | 1009 | 250 | 1037 | 900 | 1172 |
| -15 | 1009 | 90 | 1009 | 300 | 1047 | 950 | 1179 |
| -10 | 1009 | 100 | 1009 | 350 | 1058 | 1000 | 1185 |
| -5 | 1007 | 110 | 1009 | 400 | 1068 | 1050 | 1191 |
| 0 | 1005 | 120 | 1009 | 450 | 1081 | 1100 | 1197 |
| 10 | 1005 | 130 | 1011 | 500 | 1093 | 1150 | 1204 |
| 15 | 1005 | 140 | 1013 | 550 | 1104 | 1200 | 1210 |
Теплопроводность, температуропроводность, число Прандтля воздуха
В таблице представлены такие физические свойства атмосферного воздуха, как теплопроводность, температуропроводность и его число Прандтля в зависимости от температуры.
Теплофизические свойства воздуха даны в интервале от -50 до 1200°С для сухого воздуха. По данным таблицы видно, что указанные свойства воздуха существенно зависят от температуры и температурная зависимость рассмотренных свойств этого газа различна.
Теплопроводность воздуха λ при повышении температуры увеличивается во всем диапазоне, достигая при 1200°С величины 0,0915 Вт/(м·град). Другие теплофизические свойства воздуха такие, как его температуропроводность a и число Прандтля Pr, по-разному реагируют на изменение температуры. Температуропроводность, как и вязкость воздуха сильно зависит от температуры и при нагревании, например с 0 до 1200°С, ее значение увеличивается почти в 17 раз.
Число Прандтля воздуха слабо зависит от температуры и при нагревании этого газа его величина сначала снижается до величины 0,674, а затем начинает расти, и при температуре 1200°С достигает значения 0,724.
| t, °С | λ·102, Вт/(м·град) | а·106, м2/с | Pr | t, °С | λ·102, Вт/(м·град) | а·106, м2/с | Pr |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 2,04 | 12,7 | 0,728 | 170 | 3,71 | 45,7 | 0,682 |
| -40 | 2,12 | 13,8 | 0,728 | 180 | 3,78 | 47,5 | 0,681 |
| -30 | 2,2 | 14,9 | 0,723 | 190 | 3,86 | 49,5 | 0,681 |
| -20 | 2,28 | 16,2 | 0,716 | 200 | 3,93 | 51,4 | 0,68 |
| -10 | 2,36 | 17,4 | 0,712 | 250 | 4,27 | 61 | 0,677 |
| 0 | 2,44 | 18,8 | 0,707 | 300 | 4,6 | 71,6 | 0,674 |
| 10 | 2,51 | 20 | 0,705 | 350 | 4,91 | 81,9 | 0,676 |
| 20 | 2,59 | 21,4 | 0,703 | 400 | 5,21 | 93,1 | 0,678 |
| 30 | 2,67 | 22,9 | 0,701 | 450 | 5,48 | 104,2 | 0,683 |
| 40 | 2,76 | 24,3 | 0,699 | 500 | 5,74 | 115,3 | 0,687 |
| 50 | 2,83 | 25,7 | 0,698 | 550 | 5,98 | 126,8 | 0,693 |
| 60 | 2,9 | 27,2 | 0,696 | 600 | 6,22 | 138,3 | 0,699 |
| 70 | 2,96 | 28,6 | 0,694 | 650 | 6,47 | 150,9 | 0,703 |
| 80 | 3,05 | 30,2 | 0,692 | 700 | 6,71 | 163,4 | 0,706 |
| 90 | 3,13 | 31,9 | 0,69 | 750 | 6,95 | 176,1 | 0,71 |
| 100 | 3,21 | 33,6 | 0,688 | 800 | 7,18 | 188,8 | 0,713 |
| 110 | 3,28 | 35,2 | 0,687 | 850 | 7,41 | 202,5 | 0,715 |
| 120 | 3,34 | 36,8 | 0,686 | 900 | 7,63 | 216,2 | 0,717 |
| 130 | 3,42 | 38,6 | 0,685 | 950 | 7,85 | 231,1 | 0,718 |
| 140 | 3,49 | 40,3 | 0,684 | 1000 | 8,07 | 245,9 | 0,719 |
| 150 | 3,57 | 42,1 | 0,683 | 1100 | 8,5 | 276,2 | 0,722 |
| 160 | 3,64 | 43,9 | 0,682 | 1200 | 9,15 | 316,5 | 0,724 |
Будьте внимательны! Теплопроводность воздуха в таблице указана в степени 102.
Не забудьте разделить на 100! Температуропроводность воздуха указана в степени 106. Допускается интерполяция значений физических свойств воздуха в приведенных таблицах.
Энтропия сухого воздуха
В таблице представлены значения такого теплофизического свойства воздуха, как удельная энтропия. Значения энтропии даны для сухого воздуха в размерности кДж/(кг·град) в зависимости от температуры и давления. Удельная энтропия указана в таблице в интервале температуры от -50 до 50°С при давлении воздуха от 90 до 110 кПа. Следует отметить, что при нормальном атмосферном давлении (101,325 кПа) и температуре, например 30°С, удельная энтропия воздуха равна 0,1044 кДж/(кг·град).
Источники:
- Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.
- Богданов С.Н., Бурцев С.И., Иванов О.П., Куприянова А.В. Холодильная теника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ: Справ./ Под ред. С.Н. Богданова. 4-е изд., перераб. и доп. — СПб.: СПбГАХПТ, 1999.- 320 с.
Физические свойства воздуха :: HighExpert.RU
Воздух — это смесь различных газов (% по объему): азот — 78,03; кислород — 20,95; озон и другие инертные газы: аргон, гелий, неон, криптон, ксенон, радон — 0,94; углекислый газ — 0,03; водяной пар — 0,05. Содержание углекислого газа в атмосферном воздухе принимается равным (% по объему): в сельской местности — 0,03, в городах — 0,04—0,07. Содержание водяных паров в воздухе зависит от его температуры. Озон присутствует в лесном, горном и морском воздухе. Наружный воздух загрязняется отходящими от промышленных предприятий вредными для здоровья человека газами и пылью.
Плотность воздуха при нормальном атмосферном давлении 101,325 кПа (1 атм) и различной температуре
| Температура воздуха | Плотность воздуха, ρ |
| оС | кг/м3 |
| -20 | 1,395 |
| 0 | 1,293 |
| 5 | 1,269 |
| 10 | 1,247 |
| 15 | 1,225 |
| 20 | 1,204 |
| 25 | 1,184 |
| 30 | 1,165 |
| 40 | 1,127 |
| 50 | 1,109 |
| 60 | 1,060 |
| 70 | 1,029 |
| 80 | 0,9996 |
| 90 | 0,9721 |
| 100 | 0,9461 |
Динамическая и кинематическая вязкость воздуха при нормальном атмосферном давлении и различной температуре
| Температура воздуха | Динамическая вязкость воздуха, μ | Кинематическая вязкость воздуха, ν |
| оС | (Н • c / м2) x 10-5 | (м2 / с) x 10-5 |
| -20 | 1,63 | 1,17 |
| 0 | 1,71 | 1,32 |
| 5 | 1,73 | 1,36 |
| 10 | 1,76 | 1,41 |
| 15 | 1,80 | 1,47 |
| 20 | 1,82 | 1,51 |
| 25 | 1,85 | 1,56 |
| 30 | 1,86 | 1,60 |
| 40 | 1,87 | 1,66 |
| 50 | 1,95 | 1,76 |
| 60 | 1,97 | 1,86 |
| 70 | 2,03 | 1,97 |
| 80 | 2,07 | 2,07 |
| 90 | 2,14 | 2,20 |
| 100 | 2,17 | 2,29 |
Основные физические свойства воздуха при различной температуре
| Температура | Плотность, ρ | Удельная теплоёмкость, Cp | Теплопроводность, λ | Кинематическая вязкость, ν | Коэффициент температурного линейного расширения, α | Число Прандтля, Pr |
| оС | кг/м3 | кДж / (кг • К) | Вт / (м • К) | (м2 / с) x 10-6 | (1 / K) x 10-3 | — |
| 0 | 1,293 | 1,005 | 0,0243 | 13,30 | 3,67 | 0,715 |
| 20 | 1,205 | 1,005 | 0,0257 | 15,11 | 3,43 | 0,713 |
| 40 | 1,127 | 1,005 | 0,0271 | 16,97 | 3,20 | 0,711 |
| 60 | 1,067 | 1,009 | 0,0285 | 18,90 | 3,00 | 0,709 |
| 80 | 1,000 | 1,009 | 0,0299 | 20,94 | 2,83 | 0,708 |
| 100 | 0,946 | 1,009 | 0,0314 | 23,06 | 2,68 | 0,703 |
* Табличные данные подготовлены по материалам сайта www.
engineeringtoolbox.com
Формулы физических свойств воздуха
При проведении инженерных расчетов удобнее использовать приближённые формулы для определения физических свойств воздуха⋆:
Плотность воздуха
[ кг/м3 ]Теплоёмкость воздуха
⋆ [ Дж/(кг • К) ]Теплопроводность воздуха
⋆ [ Вт/(м • K) ]Динамическая вязкость воздуха
⋆ [ Па • c ]Кинематическая вязкость воздуха
[ м2/с ]Температуропроводность воздуха
⋆ [ м2/с ]Число Прандтля воздуха
[ — ]⋆ Приближённые формулы физических свойств воздуха получены авторами настоящего сайта.
Размерность величин: температура — К (Кельвин).
Приближённые формулы действительны в диапазоне температур воздуха от 273 К до 473 К.
Важность температуры и вязкости
Температура оказывает огромное влияние на вязкость. Ваш образец при более высоких температурах может иметь совершенно другую вязкость по сравнению с тем же образцом при более низких температурах.
Вязкость отражает молекулярное поведение ваших образцов (размер, форма, взаимодействие, микроструктура), поэтому изменение температуры во время измерения вязкости может быть очень показательным и предоставить информацию о микроструктуре жидкости.
Итак, мы понимаем, что вязкость меняется с температурой, но почему вязкость меняется с температурой? Вязкость отражает то, что происходит на молекулярном уровне, и согласно кинетической теории материи: молекулы/частицы находятся в постоянном движении. Движение этих частиц зависит от температуры (среди прочих факторов) в виде тепловой и кинетической энергии, которая определяет скорость движения частиц. Повышение температуры увеличивает энергию и, следовательно, скорость частиц. Вязкость будет уменьшаться с повышением температуры, потому что, поскольку частицы движутся быстрее, они взаимодействуют в течение более короткого времени (более короткие взаимодействия), уменьшая внутреннее трение или напряжение и, следовательно, уменьшая вязкость.
Температура также влияет на взаимодействие частиц. Например, изменение температуры повлияет на то, как взаимодействуют частицы растворенного вещества и растворителя. Он также влияет как на межмолекулярные, так и на внутримолекулярные взаимодействия. Например, если белок денатурирует в зависимости от температуры, внутримолекулярные взаимодействия нарушаются. Эта же самая денатурация будет также влиять на то, как эта белковая молекула взаимодействует с другими частицами в растворе (межмолекулярное). Образцы, склонные к агрегации или денатурации, будут вести себя совершенно иначе, чем стабильные жидкости или те, которые подвергаются микрофазовому разделению.
Измерение и понимание вязкости при различных температурах очень важно для составления рецептур для различных применений. Резкие изменения вязкости в зависимости от температуры сильно влияют на сложные составы, такие как моторное масло, терапевтические средства на основе антител, масла каннабиса, средства личной гигиены и, конечно же, пример, который мы все можем наблюдать сами — продукты питания (кулинарное масло, сироп, мед).
Когда вы готовите на сливочном или растительном масле, вы можете увидеть резкое изменение вязкости, когда кладете любое вещество на горячую сковороду. Вязкость уменьшается с повышением температуры, что облегчает распределение масла по всей сковороде.
Понимание температурно-зависимых измерений терапевтических средств на основе антител имеет решающее значение для рецептуры и стабильности. Эти терапевтические средства хранятся при низких температурах для стабильности, доставляются при комнатной температуре, а затем распределяются в организме при повышенной температуре тела. Понимание того, как они будут вести себя при каждой из этих температур, поможет сформулировать оптимальную стабильность, эффективность и удобство для пациента.
Другим распространенным и очень важным примером применения температурно-зависимой вязкости является масло каннабиса. При разработке масел каннабиса для использования в испарителях или «вейп-ручках» вы должны учитывать как температуру, так и вязкость.
Эти ручки содержат нагревательный элемент, нагревающий масло до определенной температуры, которая ниже температуры сгорания, но достаточно высокой, чтобы масло испарялось и не сжигалось. Вязкость масла также должна быть достаточно высокой, чтобы не течь слишком быстро, что может привести к затоплению нагревательного элемента, но и не должна быть слишком высокой, иначе масло забьет картридж.
VROC ® (вискозиметр-реометр-на-чипе) сочетает в себе технологии микрожидкости и МЭМС (микроэлектромеханические системы) для измерения динамической вязкости в широком динамическом диапазоне работы. Наши чипы VROC содержат микрофлюидный канал с датчиками давления, обеспечивающими контролируемую деформацию или контролируемую скорость. С помощью VROC мы контролируем объемную скорость потока и, следовательно, скорость сдвига образца, а затем отслеживаем напряжение, вычисляя изменение давления (падение) в канале. Благодаря технологии RheoSense VROC вы можете проводить измерения температуры, необходимые для получения точных измерений для всех ваших рецептур.
Хотите узнать больше об измерениях вязкости в зависимости от температуры? Загрузите нашу БЕСПЛАТНУЮ запись вебинара, чтобы узнать больше о том, как можно использовать измерения вязкости при различных температурах для определения микроструктуры ваших образцов.
Автор: Иден Рид, RheoSense Старший специалист по маркетингу и продажам0041 Теплотехника Вязкость воздуха, динамическая и кинематическая Вязкость воздуха в основном зависит от температуры. При 15 °C вязкость воздуха составляет 1,81 × 10 -5 кг/(м·с), 18,1 мкПа·с или 1,81 × 10 -5 Па·с. Кинематическая вязкость воздуха при 15 °C составляет 1,48 × 10 -5 м 2 /с или 14,8 сСт. При 25 °C вязкость составляет 18,6 мкПа·с, а кинематическая вязкость — 15,7 сСт. Свойства воздуха при давлении 1 атм
Термодинамика
Инженерная физика 
036x 10 -6 
204
109