Der Gasdichte Der Rechner ermittelt die Masse eines Gases in einem bestimmten Volumen. Er gibt an, wie dicht die Gasmoleküle unter bestimmten Bedingungen gepackt sind. Die Dichte eines Gases ist kein fester Wert; sie ändert sich erheblich mit Druck und Temperatur. Dieser Rechner nutzt das ideale Gasgesetz, um einen genauen Dichtewert basierend auf Druck, Temperatur und der individuellen Molmasse des Gases zu ermitteln. Dieses Tool ist in vielen Bereichen von grundlegender Bedeutung, darunter Chemie, Physik und Ingenieurwesen, und bietet Anwendungen von der Atmosphärenforschung bis zur industriellen Prozesssteuerung.
Formel
Die Berechnung der Gasdichte basiert auf dem idealen Gasgesetz. Für eine genaue Berechnung müssen Sie einheitliche Einheiten verwenden.
Formel:
Dichte = (Druck * Molmasse) / (Universale Gaskonstante * Temperatur)
Symbolische Darstellung:
ρ = (P * M) / (R * T)
Variablen:
ρ (Dichte): Die Masse des Gases pro Volumeneinheit.
P (Druck): Der absolute Druck des Gases.
M (Molmasse): Die Masse eines Maulwurf der Gasmoleküle.
R (Universale Gaskonstante): Eine physikalische Konstante. Ihr Wert hängt von den verwendeten Einheiten ab.
T (Temperatur): Die Absolute Temperatur des Gases.
Variablen und erforderliche Einheiten
Für die Formel zu Arbeit Um korrekt zu arbeiten, müssen Sie einen einheitlichen Satz von Einheiten verwenden. Hier sind die gängigen Sätze:
Option 1 (SI-Einheiten – empfohlen)
Dichte (ρ): Wird in Kilogramm pro Kubikmeter (kg/m³) berechnet.
Druck (P): Muss in Pascal (Pa) angegeben werden.
Molmasse (M): Muss in Kilogramm pro Mol (kg/mol) angegeben werden.
Universelle Gaskonstante (R): Verwenden Sie 8.314 J/(mol·K).
Temperatur (T): Muss in Kelvin (K) angegeben werden.
Option 2 (Gemeinsame Laboreinheiten)
Dichte (ρ): Wird in Gramm pro Liter (g/L) berechnet.
Druck (P): Muss in Atmosphären (atm) angegeben werden.
Molmasse (M): Muss in Gramm pro Mol (g/mol) angegeben werden.
Universelle Gaskonstante (R): Verwenden Sie 0.0821 (atm·L)/(mol·K).
Temperatur (T): Muss in Kelvin (K) angegeben werden.
Unterstützende Formeln für Variablen
Möglicherweise benötigen Sie diese Formeln, um Ihre Eingabewerte in die richtigen Einheiten umzurechnen, bevor Sie die Hauptdichteformel verwenden.
1. Temperaturumrechnung (Celsius in Kelvin)
Formel:
Temperatur (K) = Temperatur (°C) + 273.15
2. Druckumrechnungen
Formel (PSI in Atmosphären):
Druck (atm) = Druck (PSI) / 14.696
Formel (Balken in Atmosphären):
Druck (atm) = Druck (bar) / 1.01325
Formel (Bar in Pascal):
Druck (Pa) = Druck (bar) * 100000
3. Molmasse
Die Molmasse ist eine feste Eigenschaft eines bestimmten Gases. Sie finden diesen Wert typischerweise aus einem chemisches Referenz.
Molare Masse der Luft (ungefähr): 28.97 g/mol
Molare Masse von Kohlendioxid (CO₂): 44.01 g/mol
Molare Masse von Helium (He): 4.00 g/mol
Molare Masse von Methan (CH₄): 16.04 g/mol
Dichte gängiger Gase unter Standardbedingungen
Diese Tabelle zeigt die Dichte mehrerer gängiger Gase bei Standardtemperatur und -druck (STP), die als 0 °C (273.15 K) und 1 Atmosphäre (atm) definiert ist.
Gas | Molare Masse ( g/mol ) | Dichte bei STP (g/L) |
Luft (trocken) | 28.97 | 1.292 |
Helium (Er) | 4.00 | 0.178 |
Argon (Ar) | 39.95 | 1.784 |
Kohlendioxid (CO₂) | 44.01 | 1.977 |
Methan (CH₄) | 16.04 | 0.717 |
Stickstoff (N₂) | 28.01 | 1.251 |
Sauerstoff (O₂) | 32.00 | 1.429 |
Beispiel
Berechnen wir die Dichte von Methan (CH₄) in einem Tank.
Hier sind die Informationen, die wir haben:
Gas: Methan (CH₄)
Temperatur: 20 ° C.
Druck: 3 atm
Zunächst müssen Sie Ihre Variablen in den richtigen Einheiten vorbereiten. Für dieses Beispiel verwenden wir die „Common Lab Units“.
Temperatur (T): Celsius in Kelvin umrechnen.
T = 20 °C + 273.15 = 293.15 K
Druck (P): Der Druck liegt bereits in Atmosphären vor.
P = 3 atm
Molmasse (M): Ermitteln Sie die Molmasse von Methan.
M = 16.04 g/mol
Universelle Gaskonstante (R): Verwenden Sie den Wert, der den Einheiten für Druck und Volumen entspricht.
R = 0.0821 (atm·L)/(mol·K)
Als nächstes wenden Sie die Dichteformel an.
Dichte (ρ) = (P * M) / (R * T)
Dichte (ρ) = (3 atm * 16.04 g/mol ) / (0.0821 (atm·L)/(mol·K) * 293.15 K)
Abschließend berechnen Sie das Ergebnis.
Dichte (ρ) = 48.12 / 24.067
Dichte (ρ) = 2.00 g/L
Die Dichte von Methan beträgt bei 20 °C und 3 atm etwa 2.00 Gramm pro Liter.
Die häufigsten FAQs
Ein Heißluftballon steigt aufgrund des Gasdichteprinzips auf. Der Brenner im Ballon erhitzt die Luft, wodurch sich ihre Temperatur erhöht. Gemäß der Gasdichteformel nimmt die Dichte der Luft im Ballon ab, wenn die Temperatur bei gleichbleibendem Druck steigt. Dadurch wird die Luft im Ballon leichter bzw. weniger dicht als die kühlere, dichtere Luft außerhalb des Ballons. Die umgebende dichtere Luft drückt auf die weniger dichte Luft, erzeugt Auftrieb und lässt den Ballon aufsteigen.
Druck steht in direktem Zusammenhang mit der Gasdichte. Erhöht man den Druck eines Gases, presst man die gleiche Anzahl von Gasmolekülen in ein kleineres Volumen. Das bedeutet, dass mehr Masse pro Volumeneinheit gepackt ist, was die Dichte erhöht. Verringert man hingegen den Druck, verteilen sich die Gasmoleküle im verfügbaren Raum, was die Dichte verringert. Aus diesem Grund fühlt sich eine Dose Druckluft für ihre Größe schwer an; der hohe Druck führt zu einer hohen Dichte.
Die Formel für die Gasdichte basiert auf den im idealen Gasgesetz beschriebenen Beziehungen, die die Verwendung einer absoluten Temperaturskala erfordern. Absolute Skalen wie Kelvin beginnen beim absoluten Nullpunkt (0 K), dem theoretischen Punkt, an dem alle molekularen Bewegungen aufhören. An diesem Punkt wären Volumen und Druck eines Gases Null. Skalen wie Celsius oder Fahrenheit sind relative Skalen, deren Nullpunkte nicht auf der völligen Abwesenheit von Hitze Energie. Die Verwendung einer relativen Skala in der Formel würde zu falschen Ergebnissen führen, da die mathematisch Beziehungen würden nicht zutreffen.