變溫大氣浮力公式推論有些網(wǎng)上同學提問關于大氣壓與海拔高度的關系、公式及推論。回答各有校長,為了相互交流、互補,特寫本文。談到大氣壓與高度關系,自然想到相關的“氣壓等式”,網(wǎng)上同學也多次提及它,下邊做一介紹。一、氣壓多項式氣壓等式的推論過程如下:理想二氧化碳狀態(tài)方程式pV=nRT代入上式得pV=RT式中:m—氣體質量;M—氣體分子量。將上式引入二氧化碳密度ρ的定義式中得RTpM在流體中,壓力隨高度的變化率是dhdp式代入上式得上式(T為評判)積分后得ln這就是眾所周知的氣壓多項式?,F(xiàn)今從解決我們的問題角度考慮,對這個氣壓多項式進行剖析,它有以下幾個特征:(1)氣壓多項式?jīng)]考慮溫度的影響,由于它是用于高空同溫層的公式。而我們關心的是同溫層以下氣溫有變化的區(qū)間,所以該式不能直接使用,必須加以氣溫校準。(2)氣壓多項式采取定積分方式,出現(xiàn)四個變量,用上去不便捷。平時只須要富含氣壓和高度兩個變量的公式,因而應當預先定位,但是對于我們的問題也有條件預先定位。(3)推論該式使用氣壓和高度的微小變化量列舉多項式,以求得非直線函數(shù),可以采納。(4)推論該式基于液體浮力估算公式p=ρ,用于二氧化碳時因密度隨氣壓而變,須要代入經(jīng)過氣壓校準的密度。
該推論為了用氣壓校準密度,從pV=nRT、n=三式開始,導入了用分子量和氣壓共同估算密度的多項式(后面的ρ式),總算把密度和氣壓聯(lián)系到一起了測大氣壓強的原理,而且同時也把估算浮力的起點從密度轉移到了分子量。而空氣是一種混和物沒有現(xiàn)成的分子量,反而是密度容易被測定,數(shù)據(jù)較為原始,并能用它估算出分子量,而如今又要從分子量算回密度,變得有些反復。但剛好提示了以上氣壓校準密度的方式可能不是惟一的,應當還有從密度起算的另一種方式,現(xiàn)已知這個方式如下得到。后面的ρ式統(tǒng)一到國際單位制表示--------------------------------------------1變換成將測得的氣溫0、氣壓和密度1..-----------------------------------------------2這就是從標準狀況下的密度(1.293)起算,配以校準系數(shù)進行氣壓校準密度的多項式(式2)。它是從氣壓多項式使用的校準式(式1)演化過來的,所以校準密度的兩種方式是等同的,但式簡捷得多,且數(shù)學意義顯著。
這個演化結果,按照數(shù)學意義也能直接看出。從理想二氧化碳狀態(tài)方程式的變化式pV=RT)成反比,所以校準系數(shù)必然是兩種狀態(tài)下的氣壓的比值,即同理,氣溫對密度的校準可采用標準密度除以氣溫校準系數(shù)的方式。綜上,氣壓多項式不能直接用于我們的問題,假如更改不如借鑒前述所剖析的情況重新推論。推論過程除了要避免氣壓多項式,也不直接使用理想二氧化碳狀態(tài)方程式;而從人們熟悉的空氣密度開始,再從數(shù)學意義直接給出校準系數(shù),使問題簡化成一道普通物理應用題。二、變溫氣壓多項式推論在大氣中想像有一個起于海平面的空氣柱,越往上空氣越黏稠的柱。設柱截面1m測大氣壓強的原理,這樣,海平面處的氣壓在數(shù)值上就等于整個空氣柱的重量。同樣,某一小段空氣柱兩端氣壓差值在數(shù)值上就等于這段空氣柱重量,按此思路列式求解:-dp1..式中:1.293—0、1大氣壓空氣的密度,kg/m—氣壓對密度的校準系數(shù);W—溫度對密度的校準系數(shù)(另式);9.80665—重力加速度,m/s;h—海拔高度,米;p—在h高度處的氣壓,帕;dp、dh—所取一小(微?。┒慰諝庵鶅啥酥g的氣壓差值和高度差值。氣溫校準系數(shù)W式。設海平面處水溫15,10000米高空濕度-50,區(qū)間氣溫變化均勻,空氣密度與絕對濕度成正比,則將W式代入前式,并整理得(25885一組數(shù)值代入上式求C,并將求出的C值代回上式得((............6