L’atmosfera terrestre è composta da aria, una miscela di gas, 78% azoto e 21% ossigeno con tracce di vapore acqueo, anidride carbonica, argon e vari altri componenti. Di solito modelliamo l’aria come un gas uniforme (nessuna variazione o fluttuazione) con proprietà che sono mediate da tutti i singoli componenti.Qualsiasi gas ha certe proprietà che possiamo rilevare con i nostri sensi.I valori e le relazioni delle proprietà definiscono lo stato del gas.
In questa diapositiva troverete i valori tipici delle proprietà dell’aria a livello del mare in condizioni statiche per un giorno standard. Siamo tutti consapevoli che la pressione e la temperatura dell’aria dipendono dalla vostra posizione sulla terra e da questa stagione dell’anno. E mentre in alcune stagioni fa più caldo che in altre, la pressione e la temperatura cambiano di giorno in giorno, di ora in ora, a volte anche di minuto in minuto durante il maltempo. I valori presentati nella diapositiva sono semplicemente valori medi usati dagli ingegneri per progettare le macchine. Sappiamo anche che tutte le variabili dello stato del gas cambiano con l’altitudine, ecco perché i valori tipici sono dati a livello del mare, condizioni statiche. Poiché la gravità della Terra tiene l’atmosfera alla superficie, all’aumentare dell’altitudine, la densità dell’aria, la pressione e la temperatura (per le altitudini più basse) diminuiscono. Al limite dello spazio, la densità è quasi zero. La variazione dell’aria dallo standard può essere molto importante poiché influenza i parametri di flusso come la velocità del suono.
Un gas è composto da un gran numero di molecole che sono in costante, randommotion.la somma della massa di tutte le molecole è uguale alla massa del gas. Un gas occupa un certo volume nello spazio tridimensionale. Per una data pressione e temperatura, il volume dipende direttamente dalla quantità di gas. Poiché la massa e il volume sono direttamente correlati, possiamo esprimere sia la massa che il volume con una singola variabile.Il valore standard a livello del mare della densità dell’aria r è
r = 1,229 chilogrammi/metri cubi = .00237 lumache/piedi cubi
Quando si lavora con un gas statico o immobile, è più conveniente usare il volume specifico, che è il volume diviso per la massa.Il valore standard a livello del mare del volume specifico v è
v = .814 metri cubi/chilogrammo = 422 piedi cubi/slug
La pressione di un gas è uguale alla forza perpendicolare esercitata dal gas divisa per l’area della superficie sulla quale la forza viene esercitata.7 libbre/pollice quadrato
La temperatura di un gas è una misura dell’energia cinetica delle molecole del gas.Il valore standard a livello del mare della temperatura dell’aria T è
T = 15 gradi C = 59 gradi Fahrenheit
Un gas può esercitare una forza tangenziale (di taglio) su una superficie, che agisce come la frizione tra superfici solide. Il valore standard a livello del mare della viscosità dell’aria mu è
mu = 1,73 x 10^-5 Newton-secondo/metro quadro = 3,62 x 10^-7 libbra-secondo/piede quadro
La densità (volume specifico), la pressione e la temperatura di un gas sono collegate tra loro attraverso l’equazione di stato. Lo stato di un gas può essere cambiato da processi esterni, e la reazione del gas può essere prevista usando le leggi della termodinamica. Una comprensione fondamentale della termodinamica è molto importante per descrivere il funzionamento dei sistemi di propulsione.
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