La Densité de gaz Ce calculateur détermine la masse d'un gaz dans un volume spécifique. Il indique essentiellement la densité des molécules de gaz dans certaines conditions. La masse volumique d'un gaz n'est pas une valeur fixe ; elle varie considérablement avec la pression et la température. Ce calculateur utilise la loi des gaz parfaits pour fournir une valeur de masse volumique précise en fonction de la pression, de la température et de la masse molaire du gaz. Cet outil est fondamental dans de nombreux domaines, notamment la chimie, la physique et l'ingénierie, pour des applications allant des études atmosphériques au contrôle des procédés industriels.
formule
Le calcul de la masse volumique des gaz est dérivé de la loi des gaz parfaits. Pour que le calcul soit précis, il est nécessaire d'utiliser un ensemble d'unités cohérent.
Formule:
Densité = (Pression * Masse molaire) / (Constante universelle des gaz * Température)
Représentation symbolique :
ρ = (P * M) / (R * T)
Variables:
ρ (Densité) : La masse du gaz par unité de volume.
P (Pression) : La pression absolue du gaz.
M (masse molaire) : la masse d'un taupe des molécules du gaz.
R (Constante universelle des gaz) : constante physique. Sa valeur dépend des unités utilisées.
T (Température) : La température absolue du gaz.
Variables et unités requises
Pour que la formule soit travail Pour bien faire, il faut utiliser un ensemble cohérent d'unités. Voici les ensembles courants :
Option 1 (unités SI - recommandées)
Masse volumique (ρ) : Sera calculée en kilogrammes par mètre cube ( kg/m³).
Pression (P) : Doit être en Pascals (Pa).
Masse molaire (M) : Doit être en kilogrammes par mole ( kg/mol ).
Constante universelle des gaz (R) : utiliser 8.314 J/(mol·K).
Température (T) : Doit être en Kelvin (K).
Option 2 (Unités de laboratoire communes)
Densité (ρ) : Sera calculée en grammes par litre (g/L).
Pression (P) : Doit être en atmosphères (atm).
Masse molaire (M) : Doit être en grammes par mole ( g/mol ).
Constante universelle des gaz (R) : utiliser 0.0821 (atm·L)/(mol·K).
Température (T) : Doit être en Kelvin (K).
Formules de support pour les variables
Vous aurez peut-être besoin de ces formules pour convertir vos valeurs d’entrée dans les unités correctes avant d’utiliser la formule de densité principale.
1. Conversion de température (Celsius en Kelvin)
Formule:
Température (K) = Température (°C) + 273.15
2. Conversions de pression
Formule (PSI en atmosphères) :
Pression (atm) = Pression (PSI) / 14.696
Formule (Bar vers Atmosphères) :
Pression (atm) = Pression (bar) / 1.01325
Formule (en bar en pascals) :
Pression (Pa) = Pression (bar) * 100000
3. Masse molaire
La masse molaire est une propriété fixe d'un gaz spécifique. On trouve généralement cette valeur à partir d'une gravure et découpe référence.
Masse molaire de l'air (approximative) : 28.97 g/mol
Masse molaire du dioxyde de carbone (CO₂) : 44.01 g/mol
Masse molaire de l'hélium (He) : 4.00 g/mol
Masse molaire du méthane (CH₄) : 16.04 g/mol
Densité des gaz courants dans des conditions standard
Ce tableau montre la densité de plusieurs gaz courants à température et pression standard (STP), qui est définie comme 0 °C (273.15 K) et 1 atmosphère (atm).
| Gaz | Masse molaire ( g/mol ) | Densité à STP (g/L) |
| Air (sec) | 28.97 | 1.292 |
| Hélium (He) | 4.00 | 0.178 |
| Argon (Ar) | 39.95 | 1.784 |
| Dioxyde de carbone (CO₂) | 44.01 | 1.977 |
| Méthane (CH₄) | 16.04 | 0.717 |
| Azote (N₂) | 28.01 | 1.251 |
| Oxygène (O₂) | 32.00 | 1.429 |
Exemple
Calculons la densité du méthane (CH₄) à l’intérieur d’un réservoir.
Voici les informations dont nous disposons :
Gaz : Méthane (CH₄)
Température: 20 ° C
Pression: 3 atm
Tout d'abord, vous devez préparer vos variables dans les unités appropriées. Nous utiliserons les « Unités de laboratoire courantes » pour cet exemple.
Température (T) : Convertissez Celsius en Kelvin.
T = 20°C + 273.15 = 293.15 K
Pression (P) : La pression est déjà en atmosphères.
P = 3 atm
Masse molaire (M) : Trouvez la masse molaire du méthane.
M = 16.04 g/mol
Constante universelle des gaz (R) : utilisez la valeur qui correspond aux unités de pression et de volume.
R = 0.0821 (atm·L)/(mol·K)
Ensuite, vous appliquez la formule de densité.
Densité (ρ) = (P * M) / (R * T)
Densité (ρ) = (3 atm * 16.04 g/mol) / (0.0821 (atm·L)/(mol·K) * 293.15 K)
Enfin, vous calculez le résultat.
Densité (ρ) = 48.12 / 24.067
Densité (ρ) = 2.00 g/L
Ainsi, la densité du méthane à 20°C et 3 atm est d'environ 2.00 grammes par litre.
FAQ les plus courantes
Une montgolfière s'élève grâce au principe de la densité des gaz. Le brûleur à l'intérieur du ballon chauffe l'air, ce qui augmente sa température. Selon la formule de la densité des gaz, lorsque la température augmente à pression constante, la densité de l'air à l'intérieur du ballon diminue. L'air à l'intérieur du ballon devient alors plus léger, ou moins dense, que l'air plus frais et plus dense à l'extérieur. L'air environnant, plus dense, pousse l'air moins dense vers le haut, créant une portance et provoquant l'élévation du ballon.
La pression est directement liée à la densité du gaz. Augmenter la pression d'un gaz force le même nombre de molécules à s'accumuler dans un volume plus petit. Cela signifie que chaque unité de volume contient davantage de masse, ce qui augmente la densité. À l'inverse, diminuer la pression entraîne une dispersion des molécules de gaz pour occuper l'espace disponible, ce qui diminue la densité. C'est pourquoi une bombe d'air comprimé paraît lourde pour sa taille ; la pression élevée entraîne une densité élevée.
La formule de la masse volumique des gaz repose sur les relations décrites par la loi des gaz parfaits, qui nécessite l'utilisation d'une échelle de température absolue. Les échelles absolues, comme le Kelvin, commencent au zéro absolu (0 K), point théorique où tout mouvement moléculaire s'arrête. À ce point, le volume et la pression d'un gaz seraient nuls. Les échelles comme Celsius ou Fahrenheit sont des échelles relatives, dont le zéro ne repose pas sur l'absence totale de chaleur énergie. L'utilisation d'une échelle relative dans la formule produirait des résultats incorrects car mathématique les relations ne seraient pas vraies.