圧力は空気密度とどのように関係していますか？

大気は理想気体に近似しているため、理想気体の方程式を通じて圧力と密度を関連付けることができます。気象学で使用する形式は質量密度を使用し、次の式で与えられます。

$$ p = {\ rho} RT $$

ここで、$ P $はPa単位の圧力です。 $ \ rho $はkgm-3単位の密度、$ R $は乾燥空気（287 J kg-1 K-1）の気体定数、$ T $はケルビン単位の温度です。これは、乾燥した雰囲気と湿度が特定の圧力で密度を低下させることを前提としています。水蒸気の考慮は通常、温度を仮想温度$ T_V $に変更することによってもたらされます。ここで、$ T_V = T（1 + 0.61q）$および$ q $は水蒸気の混合比（単位$ kg〜kg ^ {-1）です。 } $）。

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粒子の運動エネルギー（$ T $に比例）が大きいため、圧力は温度とともに増加します。跳ねるボールでいっぱいのボックスを想像してみてください。これらのボールが速く動き始めると、ボールはボックスの壁に強くぶつかり、ボックスにより大きな力を与えます。圧力は単に面積あたりの力であるため、力が増加してもボックスが同じサイズのままである場合、圧力は増加しています。

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圧力も減少している場合、空気密度は温度とともに減少する可能性があります。圧力が一定の場合、これは発生しません（反比例の関係にあります）。圧力、密度、または温度のいずれか2つの関係を指定するときはいつでも、3番目の定数を保持するか、その動作を指定する必要があります。

たとえば、熱気は上昇しますが、なぜそれが山。答えは、一定の圧力では、熱気は周囲の冷気よりも密度が低く、密度が低いと上昇するということです。山では気圧が下がり、同様に大気中で気圧が下がると気温が下がることがわかります。

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暑い日には、表面が暖められていることが起こりがちです。太陽によって、大気の最低レベルを加熱し、その密度を減らします（それは周囲と同じ圧力にあり、そのTは上昇します）。これにより、最終的に対流が促進され、この暖かい空気が垂直方向に混合されます。十分な時間が与えられると、これにより空気柱の質量が減少し、したがって表面の圧力が減少します。これらは「低気圧」と呼ばれ、砂漠地帯で形成され、海風の形成とモンスーンで役割を果たしていることがわかります。

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拡大された質問に対処するには：

書かれたFAAのポイントは、私たちが一定の高度で飛行することを忘れることによって最もよく理解されます-私たちはそうではありません。水平飛行では、私たちは一定の圧力の表面を飛行し、それを高度に変換します。標準よりも暖かい場合は所定の圧力面が高くなり、標準よりも低い場合は圧力面が低くなります。

説明のために、3000フィートまたは約900 mbで飛行しているとしましょう。この圧力面のどこでも、現在の設定の高度計で3000フィートを示します。どこか暑い場所に行くと、この圧力表面が上昇するため、この圧力表面で（水平だと思いますが）上昇しますが、圧力が変化していないため、3000フィートを示します。ただし、実際には3000フィートを超えています。

これは次の質問に続きます。アネロイドウェーハは圧力の変化を検出し、高度計は温度が補正されていない高度を表示します。これは指示された一定の高度に対して、実際の高度が温度によって変化する理由。温度の高度を修正すると、これを「密度高度」と呼びます。

上記の例に戻ると、900mbで飛行しています。 3000フィートを示し、暖かい空気に向かっています。圧力面は穏やかに上昇し始めますが、そうではありません。しかし、その上昇に続いて、高度計は下降を示します。真のレベルの飛行では、この場合、900 mbの表面があなたの上に上昇し、高度計のアネロイドウェーハがより低い高度と降下を示すため、より高い圧力で飛行を開始します。これを修正し、900 mbの圧力レベルに戻って、高度計が再び3000 “を示すようにします。その間、実際にはこの圧力面をゆっくりと登っていきます。ただし、飛行中はこれを実際には認識しません。垂直速度を最小限に抑え、傾斜した定圧面を実際に飛行していることに気付かずに高度を維持します。

これをわかりやすく説明するために、次の図を検討してください。

この図では、赤は平均よりも暖かい空気の柱を示し、青はより涼しく、平均的な柱を示しています。真ん中の白っぽい部分は平均気温の柱です。黒い実線は同重体（一定圧力の線）です。黒い破線は、水面からの真の高度です。最後に、太い黒い線は、ISA条件での破線の真の高度に対応する圧力レベルです。

注意すべき点は、ウォームカラムの圧力レベルがさらに離れていることです。空気は密度が低く、同じ圧力を生成するためにより多くの空気が必要です（圧力はその上のすべての空気の重量にすぎないため）。同様に、クールカラムでは、空気が標準よりも密度が高いため、圧力レベルの間隔が狭くなります。

これを上記の説明に結び付けるには、破線で表されている地上の真の高度にある標準の列（白い背景）で自分自身を考えてみてください。あなたの高度計はこの真の高度を感知しませんが、代わりに飛行機の外の圧力を感知します。これは、実際の高度（温度が補正されていない）に大まかに調整されますが、ローカルの高度計設定を使用します。これで、左または右に飛行し、指定された一定の高度を維持しながら、太線に沿って追跡します。これは、標準温度での実際の高度に対応する圧力です。冷たい柱に向かって飛ぶと、実際には下降し、暖かい柱に飛ぶと上昇します。

コメント

• ありがとうございます。とても興味深い。最後の質問：圧力は飛行機の性能に影響しますか（温度上昇圧力の上昇）？
• 航空機の性能は、密度高度で測定される気圧の影響を大きく受けます。密度の高度が高い（圧力が低い）ほど、パフォーマンスは低下します。それは大きな違いを生む可能性があるため、飛行前の一部として常にパフォーマンス計算を行う必要があります。
• 'が高温の場合、圧力面はさらに離れて、'低温の場合は互いに接近します。圧力は上の空気の重量によって引き起こされ、同じ重量になるには密度の低い暖かい空気の厚い層が必要になるためです。陰湿な結果として、高度計を地上レベルの実際の高度に一致するように設定しますが、それより高い場合でも、気温によって異なります。
• ああ、密度高度は密度です。
• 今混乱しています：圧力は温度とともに増加します。航空機の性能は圧力の影響を受けます。航空機の性能は、標準よりも暖かくなると低下します。航空機がより低い圧力でより優れた性能を発揮するにはどうすればよいですか？

覚えておくべき重要なことはその$ Density = \ frac {Mass} {Volume} $。圧力とは関係がなく、圧力は密度とは関係ありません。

圧力は通常、一定の体積のガス内でのみ温度とともに上昇します。これは、システムにより多くのエネルギーを追加し、分子がより多く存在するようになるためです。簡単に言えば、彼らはより激しく跳ね返り、お互いと彼らのコンテナの壁により多くのエネルギーを及ぼします。これを圧力と呼びます。

容器がない場合、温度が上昇すると分子が飛散します。現在、単位体積あたりの分子が少ないため、密度は低くなっています。

現在、航空と気象学では、大気圧について話しますが、これはわずかに異なり、大気密度との関連性が低くなっています。高圧および低圧システムは、含まれているガスのように、直接の局所温度よりも、巨大な気団の相対的な上下運動の影響を強く受けます。

圧力、密度、温度は、理想気体の方程式によって（おおよそ）関連しています。一般的な形式では、次のようになります。

$$ PV = nRT $$

ここで、$ P $は圧力、$ V $は体積、$ n $は量、$ T $は温度と$ R $は理想気体定数です。空気で満たされた密閉コンテナがある場合、体積（$ V $）と量（$ n $）は同じであるため、圧力は温度に比例して増加します。

無料ただし、大気では、圧力は上の空気の重量によって決定されるため、ほぼ固定されるため、空気を加熱すると、代わりに体積が増加します。

密度を取得するには、方程式を体積で除算して、次のようにします。

$$ P = \ rho RT $$

ここで、$ \ rho $は密度（およびハンドウェーブ）です。量から質量への切り替え、ガス定数内のガス固有の変換係数を非表示にします）。外圧は一定であるため、温度が上昇すると密度は実際に減少します。

これの実際的な効果は、エンジン出力が一定量で引き込むことができる空気の量に依存するためです。シリンダーの性能は、気温が高くなると悪化します。

外気の圧力を左右する要因については、まだ説明していません。任意の時点での圧力は、その上の空気の重量によって発生します。上記から一定温度での密度は圧力に比例し、完全な方程式は微分になります。

$$ \ Delta P \ sim \ rho \ Delta h $$

つまり、気圧の変化は、高さと密度の差に等しくなります。

地上の気圧は、気象システムの影響を複雑に受けます。ただし、冷たい空気は密度が高いため、寒いときは気圧を意味します。高度が高いほど、気温が高いときよりも速く減少します。現在、高度計は実際に気圧を測定し、気圧の調整のみを行い、気温の調整は行いません。チュール。したがって、高度計を地面に置いて1000フィート登ると、圧力がゆっくりと低下し、寒いときは地上1000フィート未満になるため、暑いときは地上1000フィート以上になります。 / em>。このため、最低温度の手順もあります。