Введение
Масса на единицу объема атмосферы Земли. Плотность воздуха или плотность атмосферы, обозначаемая ρ, – это масса на единицу объема атмосферы Земли. Плотность воздуха, как и атмосферное давление, уменьшается с увеличением высоты. Она также изменяется в зависимости от изменений атмосферного давления, температуры и влажности. При 101,325 кПа (абс) и 20 °C (68 °F) плотность воздуха составляет приблизительно , согласно Международной стандартной атмосфере (ISA). При 101,325 кПа (абс) и , плотность воздуха составляет приблизительно , что составляет около плотности воды, согласно Международной стандартной атмосфере (ISA). Чистая жидкая вода имеет плотность . Плотность воздуха является важной характеристикой, используемой во многих областях науки, техники и промышленности, включая аэронавтику, гравиметрический анализ, системы кондиционирования воздуха, исследования атмосферы и метеорологию, сельскохозяйственную инженерию (моделирование и отслеживание моделей передачи веществ между почвой, растительностью и атмосферой (SVAT)), а также в инженерных областях, связанных со сжатым воздухом. В зависимости от используемых измерительных приборов могут применяться различные уравнения для расчета плотности воздуха. Воздух является смесью газов, и расчеты всегда в той или иной степени упрощают свойства этой смеси.
The density of air or atmospheric density, denoted ρ, is the mass per unit volume of Earth's atmosphere. Air density, like air pressure, decreases with increasing altitude. It also changes with variations in atmospheric pressure, temperature and humidity. At 101.325 kPa (abs) and 20 °C (68 °F), air has a density of approximately , according to the International Standard Atmosphere (ISA). At 101.325kPa (abs) and , air has a density of approximately , which is about that of water, according to the International Standard Atmosphere (ISA). Pure liquid water is
Air density is a property used in many branches of science, engineering, and industry, including aeronautics; gravimetric analysis; the air conditioning industry; atmospheric research and meteorology; agricultural engineering (modeling and tracking of Soil Vegetation Atmosphere Transfer (SVAT) models); and the engineering community that deals with compressed air. Depending on the measuring instruments used, different sets of equations for the calculation of the density of air can be applied. Air is a mixture of gases and the calculations always simplify, to a greater or lesser extent, the properties of the mixture.
Температура
При прочих равных условиях, более теплый воздух менее плотный, чем более холодный, и поэтому поднимается над более холодным воздухом. Это можно объяснить, используя закон идеального газа как приближение.
Общее содержание
Далее отметим, что поскольку g, ускорение свободного падения Земли, приблизительно постоянно с высотой в атмосфере, давление на высоте h пропорционально интегралу плотности столба воздуха выше h, и, следовательно, массе атмосферы выше высоты h. Таким образом, массовая доля тропосферы во всей атмосфере определяется с использованием приближенной формулы для p:
Для азота она составляет 75%, для кислорода – 79%, а для углекислого газа – 88%.
Тропопауза
Выше тропосферы, на тропопаузе, температура практически не меняется с высотой (до ~20 км) и составляет 220 К. Это означает, что в этом слое и , что приводит к более быстрому экспоненциальному уменьшению, чем для воздуха (6,5 для азота, 5,7 для кислорода и 4,2 для углекислого газа). Как давление, так и плотность подчиняются этому закону, поэтому, обозначив высоту границы между тропосферой и тропопаузой как U: