Densità dell'aria
Quanto vale la densità dell'aria?
La densità dell'aria è una grandezza fisica data dal rapporto tra la massa dell'aria e il suo volume; se la massa viene misurata in kg e il volume in m3, la densità dell'aria sarà misurata in kg/m3.
In generale, come vedremo nel corso della lezione, la densità dell'aria è influenzata da tre fattori che sono: la temperatura, la pressione e il tasso di umidità in essa presente. Come vedremo, un aumento di temperatura comporta una diminuzione della densità dell'aria, un aumento di pressione comporta un aumento della densità dell'aria, mentre un aumento del tasso di umidità comporta una diminuzione della densità.
Quanto vale la densità dell'aria?
Alla temperatura di 0°C e alla pressione di 1 atm la densità dell'aria vale 1,292 kg/m3; il dato appena fornito si riferisce ad un campione di aria secca, ovvero priva di umidità.
Alla temperatura di 15°C e alla pressione di 1 atm la densità dell'aria secca vale invece 1,225 kg/m3.
Perché questa differenza con il dato fornito in precedenza? Perché la densità di un gas dipende dalla temperatura alla quale viene misurata.
All'aumentare della temperatura il volume del gas aumenta e di conseguenza, visto che d = m/V, la sua densità diminuisce. Ecco perché la densità dell'aria secca misurata a 15°C (1,225 kg/m3) è più bassa della densità dell'aria secca misurata a 0°C (1,292 kg/m3).
Ma quanto vale la densità dell'aria secca espressa in g/dm3?
Ricordando che 1 kg/m3 = 1 g/dm3, possiamo affermare che la densità dell'aria secca alla temperatura di 0°C e alla pressione di 1 atm, vale 1,292 g/dm3.
E se volessi conoscere la densità dell'aria secca in g/cm3?
In questo caso devi ricordare che 1 kg/m3 = 10-3 g/cm3; è quindi possibile affermare che la densità dell'aria alla temperatura di 0°C e alla pressione di 1 atm, vale 1,292 · 10-3 g/cm3.
E se volessi conoscere la densità dell'aria secca ad una temperatura diversa?
In questo caso è sufficiente applicare la seguente formula:
in cui:
- R = costante universale dei gas = 0,0821 (L · atm) / (mol ·K)
- T = temperatura assoluta (K)
- MM = massa molare dell'aria = 28,96 g / mol
- p = pressione (atm)
- d = densità dell'aria secca in g/L ovvero kg/m3
Dalla formula risulta che all'aumentare della temperatura la densità diminuisce. In effetti, come detto in precedenza, un aumento di temperatura comporta un aumento del volume dell'aria e di conseguenza, visto che d = m / V, una diminuzione della densità.
Come varia la densità dell'aria con la temperatura.
Come varia la densità con l'altitudine?
All'aumentare della altitudine la densità dell'aria diminuisce. Quindi, in alta quota, la densità dell'aria è inferiore a quella del livello del mare.
Come si è già detto, a livello del mare la densità dell'aria vale 1,292 kg/m3 ma, per esempio, già a 17 km di altezza misura appena 0,129 kg/m3.
Densità dell'aria umida
La densità dell'aria varia con il tasso di umidità che contiene; tale valore, che in climatologia rappresenta un importante fattore, è espresso in termini percentuali.
In generale, a parità di pressione atmosferica e di temperatura, la densità dell'aria umida è più bassa della densità dell'aria secca. Per fare un esempio pratico, abbiamo visto che il valore della densità aria secca (con tasso di umidità pari al 0%) alla temperatura di 15°C è di 1,225 kg/m³.
In condizioni di temperatura e di pressione identiche, ma con grado di umidità più elevato, come ad esempio il 20%, il valore della densità dell'aria è di 1,223 kg/m3.
Allo stesso modo, con un tasso di umidità del 50% la densità dell'aria è di 1,221 kg/m3, mentre con un tasso di umidità dell'80% è di 1,219 kg/m3.
Come varia la densità dell'aria con il tasso di umidità.
Essendo un gas l'aria ha una densità inferiore alla densità dell'acqua e alla densità della glicerina. La sua densità è però superiore alla densità dell'ammoniaca. Il peso specifico dell'aria vale invece 12,67 N/m3.
Esercizio
Si calcoli la densità dell'aria alla temperatura di 100°C e alla pressione di 1 atm.
Svolgimento dell'esercizio
Come detto in precedenza, per conoscere la densità dell'aria secca ad una certa temperatura e a una determinata pressione, è sufficiente applicare la seguente formula:
Sostituendo i dati a disposizione, si ha che:
d = (1 · 28,96) /(0,0821 · 373) = 0,946 g/L = 0,946 kg/m3
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