압력은 공기 밀도와 어떤 관련이 있습니까?

대기는 이상 기체에 가깝기 때문에 이상 기체 방정식을 통해 압력과 밀도를 연관시킬 수 있습니다. 기상학에서 사용하는 형식은 질량 밀도를 사용하며 다음과 같이 지정됩니다.

$$ p = {\ rho} RT $$

여기서 $ P $는 Pa 단위의 압력입니다. $ \ rho $는 kg m-3 단위의 밀도, $ R $는 건조한 공기 (287 J kg-1 K-1)의 가스 상수이며 $ T $는 켈빈 온도입니다. 이것은 건조한 대기와 습도가 주어진 압력에 대해 밀도를 감소 시킨다고 가정합니다. 수증기에 대한 고려는 일반적으로 온도를 가상 온도 $ T_V $로 변경하여 가져옵니다. 여기서 $ T_V = T (1 + 0.61q) $ 및 $ q $는 수증기의 혼합 비율 (단위 $ kg ~ kg ^ {-1)입니다. } $).

입자가 더 많은 운동 에너지 ($ T $에 비례 함)를 갖기 때문에 온도에 따라 압력이 증가합니다. 튀는 공으로 가득 찬 상자를 상상해보십시오.이 공이 더 빨리 움직이기 시작하면 공이 상자의 벽에 더 세게 부딪쳐 상자에 더 많은 힘을가합니다. 압력은 면적당 힘일 뿐이므로 힘이 증가하지만 상자가 같은 크기를 유지하면 압력이 증가한 것입니다.

압력도 감소하면 온도에 따라 공기 밀도가 감소 할 수 있습니다. 압력이 일정하면 이런 일이 발생할 수 없습니다 (역적으로 관련됨). 압력, 밀도 또는 온도 중 두 가지 사이의 관계를 지정할 때마다 세 번째 상수를 유지하거나 그 동작을 지정해야합니다.

예를 들어, 뜨거운 공기는 상승하지만 그 이유는 무엇입니까? 산. 대답은 뜨거운 공기가 일정한 압력을 위해 주변의 차가운 공기보다 밀도가 낮고 밀도가 낮을수록 상승한다는 것입니다. 산에서는 기압이 감소하고, 기압이 감소함에 따라 온도가 감소하는 것을 대기에서도 발견합니다.

더운 날에는 표면이 따뜻해지는 경향이 있습니다. 태양에 의해 대기의 가장 낮은 수준을 가열하여 밀도를 감소시킵니다 (주위와 동일한 압력이고 T가 상승합니다). 이것은 결국 대류를 유도하고이 따뜻한 공기를 수직으로 혼합합니다. 충분한 시간이 주어지면 공기 기둥의 질량이 감소하여 표면의 압력이 감소합니다. 이를 “열저 (heat lows)”라고하며 사막 지역에서 형성되는 것을 볼 수 있으며 바닷 바람 형성과 몬순에서 역할을합니다.

확장 된 질문을 해결하려면 :

FAA에 기록 된 요점은 우리가 일정한 고도에서 비행한다는 사실을 잊는 것으로 가장 잘 이해됩니다. 우리는 그렇지 않습니다. 수평 비행에서 우리는 일정한 압력의 표면을 비행 한 다음 고도로 변환합니다. 주어진 대기 열에서, 표준보다 더 따뜻하면 주어진 압력 표면이 더 높아지고 표준보다 더 차가울 때 압력 표면이 낮아집니다.

예를 들어, 당신이 3000 피트 또는 대략 900mb로 비행한다고 가정 해 봅시다.이 압력 표면의 모든 곳은 현재 설정에 대한 고도계에서 3000 피트를 나타냅니다. 우리가 더운 곳으로 가면이 압력 표면이 상승하여 우리는 (우리가 수평이라고 생각하지만)이 압력 표면으로 올라갑니다.하지만 압력이 변하지 않았기 때문에 우리는 여전히 3,000 피트를 나타냅니다. 그러나 실제로는 3,000 피트 이상입니다.

이는 다음 질문에 이어집니다. Aneroid 웨이퍼는 압력 변화를 감지하고 고도계는 온도가 보정되지 않은 고도를 표시합니다 . 실제 고도가 일정한 고도의 온도에 따라 변할 수있는 이유입니다. 온도에 대한 고도를 수정하면이를 “밀도 고도”라고합니다.

위의 예로 돌아 가면 900mb로 비행하고 있습니다. 3000 피트를 표시하고 더 따뜻한 공기로 향합니다. 압력 표면이 부드럽게 상승하기 시작합니다. 그러나 그 상승을 따라 가면 고도계가 하강을 나타냅니다. 실제 수평 비행에서는 900mb 표면이 당신 위로 올라가고 고도계의 무 정상 웨이퍼가 더 낮은 고도와 하강을 나타 내기 때문에이 경우 더 높은 압력으로 비행하기 시작합니다. 당신은 이것을 수정하고 900 mb 기압 레벨까지 다시 올라갑니다. 그러면 고도계가 3000 “을 다시 표시하게되며, 실제로는이 기압 표면에서 실제로 부드럽게 올라갑니다. 그러나 비행 중에는 이것을 실제로 인식하지 못합니다. 수직 속도를 최소화하고 경 사진 일정한 압력 표면에서 실제로 비행하고 있다는 사실을 인식하지 못한 채 고도를 유지하십시오.

이를 더 잘 설명하려면 다음 그림을 고려하십시오.

이 그림에서 빨간색은 평균적인 열보다 더 따뜻한 것을 의미하고 파란색은 더 차가운 다음 평균적인 열을 나타냅니다. 중앙의 흰색 영역은 평균 온도에서 기둥입니다. 검은 색 실선은 등압선 (일정한 압력의 선)입니다. 검은 색 점선은 표면 위의 실제 고도입니다. 마지막으로 굵은 검은 색 선은 ISA 조건에서 점선의 실제 고도에 해당하는 압력 수준입니다.

알아야 할 점은 따뜻한 열의 압력 수준이 더 멀리 떨어져 있다는 것입니다. 공기는 밀도가 낮고 동일한 압력을 생성하기 위해 더 많은 공기가 필요합니다 (압력은 그 위에있는 모든 공기의 무게 일뿐입니다). 마찬가지로 쿨 컬럼에서는 공기가 표준보다 밀도가 높기 때문에 압력 수준이 서로 더 가깝게 배치됩니다.

이를 위의 논의와 연결하려면 점선으로 표시된 실제 지상 고도에서 표준 열 (흰색 배경)에있는 자신을 생각해보십시오. 고도계는이 실제 고도를 감지하지 않고 대신 비행기 외부의 압력을 감지합니다. 이것은 대략적으로 실제 고도 (온도 보정되지 않음)로 보정되지만 현지 고도계 설정을 사용합니다. 이제 왼쪽이나 오른쪽으로 비행하고 표시된 고도를 일정하게 유지하면 표준 온도에서 실제 고도에 해당하는 압력이므로 굵은 선을 따라 추적합니다. 더 차가운 기둥으로 날아 가면 실제로 내려 가고 더 따뜻한 기둥으로 날아 가면서 올라갈 것입니다.

댓글

• 감사합니다. 매우 흥미로운. 마지막 질문 하나 : 압력이 비행기 성능에 영향을 줍니까 (온도 상승 압력 증가)?
• 항공기 성능은 밀도 고도로 측정되는 기압의 영향을 크게받습니다. 밀도 고도가 높을수록 (압력이 낮을수록) 성능이 저하됩니다. 이는 엄청난 차이를 만들 수 있으므로 항상 비행 전의 일환으로 성과 계산을 수행해야합니다.
• 그럴 때 '가 뜨거우면 압력 표면이 더 멀어지고 ' 차가워지면 더 가까워집니다 . 압력은 위의 공기의 무게로 인해 발생하고 밀도가 낮은 따뜻한 공기의 두꺼운 층이 동일한 무게를 갖기 때문입니다. 교활한 결과는 고도계를지면 수준의 실제 고도와 일치하도록 설정했지만 더 높은 온도는 여전히 온도로 인해 달라진다는 것입니다.
• 오, 밀도 고도는 밀도입니다.
• 이제 혼란 스럽습니다. 온도에 따라 압력이 증가합니다. 항공기 성능은 압력의 영향을받습니다. 항공기 성능이 표준보다 따뜻해집니다. 항공기가 더 낮은 압력에서 어떻게 greter 성능을 발휘할 수 있습니까?

기억해야 할 중요한 점은 $ Density = \ frac {Mass} {Volume} $. 압력은 압력과 관련이 없으며 압력은 밀도와 관련이 없습니다.

압력은 일반적으로 일정한 체적을 가진 가스에서만 온도에 따라 증가합니다. 이는 시스템에 더 많은 에너지를 추가하여 분자가 더 많이 빠져 나가게하기 때문입니다.간단히 말해서, 그들은 더 세게 튕기고 서로와 용기의 벽에 더 많은 에너지를 발휘합니다. 우리는 그것을 압력이라고 부릅니다.

용기가 없다면 온도가 상승하면 분자가 떨어져 나갑니다. 이제 단위 부피당 분자가 적어 밀도가 더 낮습니다.

이제 대기압에 대해 이야기 할 때 항공 및 기상학에서는 약간 다르며 대기 밀도와 관련이 적습니다. 고압 및 저압 시스템은 포함 된 가스가 그러 하듯이 즉각적인 지역 온도보다 거대한 기단의 상대적인 상향 및 하향 운동에 더 많은 영향을받습니다.

압력, 밀도 및 온도는 이상 기체 방정식을 통해 (대략) 관련됩니다. 일반적인 형식은 다음과 같습니다.

$$ PV = nRT $$

$ P $는 압력, $ V $는 볼륨, $ n $는 금액, $ T $는 온도와 $ R $는 이상 기체 상수입니다. 공기로 채워진 밀폐 된 용기가있는 경우 부피 ($ V $)와 양 ($ n $)이 동일하므로 압력은 온도에 비례하여 증가합니다.

무료 그러나 압력 은 위의 공기의 무게에 의해 결정되므로 대부분 고정 하므로 공기를 가열하면 대신 부피가 증가합니다.

밀도에 도달하기 위해 방정식을 부피로 나누고 다음과 같은 결과를 얻습니다.

$$ P = \ rho RT $$

$ \ rho $는 밀도 (및 핸드 웨이브 양에서 질량으로 전환하여 가스 상수에 가스 별 변환 계수를 숨 깁니다.) 외부 압력은 일정하므로 온도가 상승하면 밀도가 실제로 감소 합니다.

실제 효과는 엔진 출력이 고정 된 부피에서 끌어 올 수있는 공기의 양에 따라 달라진다는 것입니다. 실린더의 성능은 더 따뜻할 때 더 나빠집니다.

이제 개방 공기 압력을 좌우하는 것은 설명해야합니다. 특정 지점의 압력은 그 위에있는 공기의 무게로 인해 발생합니다. 위에서 일정한 온도에서 밀도는 압력에 비례하고 전체 방정식은 미분입니다.

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

압력의 변화는 높이와 밀도의 차이와 같습니다.

지상 압력은 복잡한 방식으로 기상 시스템의 영향을받습니다.하지만 더 차가운 공기는 밀도가 높기 때문에 추울 때 압력이 더울 때보 다 고도에 따라 더 빨리 감소합니다. 이제 고도계는 실제로 기압을 측정하고 해수면 기압 만 조정하고 온도는 조정하지 않습니다. 사실. 따라서 고도계를지면에 놓고 1000 피트를 오를 때, 압력이 느리게 감소하고 추울 때지면에서 1000 피트 미만 .이 때문에 일부 절차는 최소 온도 를 갖습니다.