空气的密度是多少？

使用此空气密度计算器，您可以立即了解物体分子的密度，从而根据当地的温度和压力条件估算空气密度$\rho$。该值对于许多后续计算至关重要，例如确定空气动力阻力或风力涡轮机的性能。继续阅读，以更好地了解当地气候与空气密度 ρ 之间的关系，并了解不同地区的空气密度水平。

空气密度受多种因素影响，且因地而异。 它主要随温度、相对湿度、气压 以及海拔 高度而变化 （参见下方的空气密度表）。气压与特定位置空气的重量有关。很容易想象，你站得越高，上方空气就越少，气压就越低。因此， 气压随海拔升高而降低 。下文将介绍 海平面空气密度 和 标准空气密度 。

对于干燥空气，其在海平面的密度近似等于 59 °F (15 °C)（ 14.7 psi (1013.25 hPa)平均海平面气压）  0.0765 lb/(cu ft) (1.225 kg/(m^3))。如果改变空气的温度、湿度或海拔高度（从而改变气压），空气密度也会随之改变。

$一般而言$$，$海拔每$\text{ 升高}$$1000$英尺$，$重量就会减少$0.0022-0.0023$磅$（$​ ​

空气密度通常用希腊字母ρ表示  ， 它衡量 的是单位体积空气的质量（例如g/m³  ^{） 。干燥空气主要由氮气（}$约$$78$ %）和氧气（$约21$$）$ 组成。剩余的$包含$各种气体，例如氩气、二氧化碳、氖气或氦气。然而，当空气中出现水蒸气时，它就不再是干燥空气了。

空气作为气体混合物，其密度并非恒定不变。空气的密度很大程度上取决于其组成成分。大多数成分的密度相近，对整体密度的影响不大。但水蒸气是个例外。空气中水蒸气含量越高，其密度就越低。

要计算任意地点的空气密度，你需要一些基本的气象参数。通常你可以在当地气象站的网站上找到这些信息。

• 气压。 气压以百帕 (hPa) 为单位。如果分析地点位于高海拔地区，您可以使用我们的高海拔气压计算器来确定此参数的更精确值。
• 气温。 这指的是室外温度，单位为摄氏度。
• 相对湿度 或 露点。 我们的空气密度计算器可以使用其中一个值来计算另一个值，您也可以使用我们的露点计算器。露点是指水蒸气开始凝结的温度，单位为摄氏度。

计算空气密度的方法非常简单。只需将空气压力分解为两个分压：干燥空气的压力和水蒸气的压力。将这两个分压值相加即可得到所需的参数值。

1. $使用以下公式$计算给定温度 T 下的饱和蒸汽压：P1=6.1078⋅107.5T + 237.3 P1 = 6.1078 ⋅ 1 0 T +
   237.3
   7.5 T 其中$T$$的$单位$为$摄氏度$。$饱和 蒸汽压 是 指$相对湿度为$100  %$时$的蒸汽压（我们的计算器使用了一个更精确但也更复杂的公式，$这里$ 就不赘述了。如果您感兴趣，可以点击提供的链接查找“FUNCTION ESW(T)”）。
2. 通过将饱和蒸汽压乘以相对湿度来求得实际蒸汽压：
   π�=π1⋅RH π v ρ = π 1 ρ ⋅ RH。
3. 从总空气压力中减去蒸汽压力，即可得到干燥空气压力：Pd
   = P – P� P d = P – P v。
4. 将计算结果代入以下公式：

在哪里：

• Pad Pd是干空气压力，单位为 Pa。
• P� P v是水蒸气压力，单位为 Pa。
• TT是以开尔文为单位的气温$；$
• 干燥空气的比气体常数为287.058 J/(kg·K)。
• 水蒸气的特定气体$常数为\; 461.495\; J/(kg·K)。$

空气密度的基本定义与密度的一般定义非常相似。它告诉我们一定体积的空气有多重。我们可以用空气密度的公式来表示它：

从上面的公式来看，你可能会认为空气密度是一个常数，用来描述特定气体的性质。然而，任何物质（固体、液体、气体）的密度，或多或少都  取决于物质的化学成分 ，以及 压力和温度等外部条件。

由于这些相互依赖关系以及地球大气层中含有多种气体（主要为 氮气、氧气、氩气和水蒸气），空气密度的定义需要进一步扩展。空气密度计算器已根据“如何计算空气密度？”一节中给出的 空气密度公式进行了相应的修改。

总之，我们想提请您注意一个有趣的问题。您觉得呢？潮湿的空气比干燥的空气重还是轻？正确的答案可能并不像您最初想象的那样直观。事实上， 空气中水蒸气越多，密度反而越低！ 您或许难以置信，但我们会用一些逻辑论证来说服您。

首先，我们应该 提到阿伏伽德罗定律 ，它指出：

“ 在相同温度和压力下，等体积的所有气体都含有相同数量的分子。  ”

想象一下，将干燥的空气置于一个体积、温度和压力恒定的容器中。完全干燥的空气由以下成分组成：

• 氮分子 N2的 78%  ，它由两个 原子量为 14 u 的N 原子组成（总重量为 28 u）。
• 氧分子 O2 的 21%， O2 由两个 原子量为 16 u 的氧 原子组成（总重量为 32 u）。
• 1% 的氩分子 Ar  （  Ar 的 原子量为 39.8 u）。

请注意，列出的每个分子的原子量都大于或等于 18 u。现在，我们向气体中添加一些总原子量为 18 u 的水蒸气分子（  H₂O—— 两个氢原子，原子量为 1 u，一个氧原子，原子量为 16 u）。根据阿伏伽德罗定律，在相同条件下（体积、压力、温度），容器中分子的总数保持不变。这意味着 水蒸气分子必须取代氮气、氧气或氩气 。由于 H₂O 分子比其他气体分子轻，气体的总质量减少，空气的密度也随之降低。

在前面的章节中， 我们多次提到“干燥空气”这个词。 但是，它究竟是什么意思呢？有两种定义：

• 最常见的定义 是：不含水蒸气的空气 。然而，大气中的空气永远不会完全干燥，因为它始终含有一些水分。
• 另一个更实际的定义是，干燥空气是指 相对湿度低 、露点也低的空气。

露点的著名近似值是相对湿度的对数函数。如您所知，当对数函数趋近于零时，其值趋近于负无穷大。因此，相对湿度为零时不存在露点。但是，您仍然可以使用空气密度计算器计算干燥空气的密度！只需 在“空气类型”字段中选择干燥空气即可 ，我们在计算中已忽略了露点/相对湿度的影响。

为了更好地理解温度和压力如何影响空气密度，我们不妨关注一下干燥空气。干燥空气主要由氮气和氧气分子组成，这些分子以惊人的速度运动。使用我们的粒子速度计算器，看看它们究竟能跑多快！例如，在室温下，质量为 14 u（u 为统一原子质量单位）的氮气分子的平均速度约为 670 米/秒——是音速的两倍！此外，温度越高，气体分子的加速度越大。因此，它们对周围环境施加的压力也越大，气体的体积也随之增大（这在理想气体定律计算器中有详细解释）。在粒子数量相同的情况下，体积越大，密度就越低。因此， 空气的密度会随着温度升高而降低 。

压力则会产生相反的效果。想象一下，你有一个容积固定的气体气缸。 增加气缸内的压力，就意味着气缸内气体分子数量的增加——空气密度增加 。

海拔高度对空气密度有显著影响，因为海拔越高，气压和温度也越高。在高海拔地区，单位体积空气中的氧气含量较低，因为空气总量较少。因此，登山者如果决定攀登最高的山峰，通常需要氧气瓶和面罩才能呼吸。飞机上不存在这个问题，因为机舱会加压，以保持机舱内空气密度与地面相同。为了解空气特性如何随海拔高度变化，请参阅下表中的干空气密度（数据来自美国国家航空航天局技术报告服务器，《 美国标准大气》，1976  ）。因此， 海拔 16,000 英尺（5 公里）处的干空气密度约为海平面密度的一半 。

密度的国际单位制单位是千克每立方米（kg/m³）。然而，在某些情况下，使用以下单位更方便：

• 克每立方厘米（g/c m³）  ，1 g/cm³ = 0.001 kg/m³；
• 千克每升（kg/l）  ，1 kg/l = 1000 kg/m3；
• 克每毫升（g/ml）  ，1 g/ml = 1000 千克每立方米。

单位的选择取决于具体情况。有时你知道空气室的体积（以升为单位），有时你需要测量它的尺寸才能得到其体积（以立方米为单位）。在空气密度计算器中，你可以随意更改单位！

同样的情况也适用于以英制单位表示的空气密度。这些单位的例子有：

• 每立方英尺磅数（lb/立方英尺 ）
• 每立方码磅数（lb/立方）  ，1 磅/立方米 ≈ 0.037 磅/立方英尺。
• 每立方英寸盎司（oz/立方英寸）  ，1 oz/立方英寸 = 108 磅/立方英尺；
• 每加仑磅数（美制）(lb/US gal)  ，1 lb/US gal ≈ 7.48 lb/立方英尺。

由于各地气温和气压各不相同，我们需要定义参考空气条件。近年来，人们提出了各种标准条件的定义（例如，在技术或科学计算中）。如果您在技术、工程或化工行业学习或工作，您应该始终查看 出版物、文章或书籍的作者所使用的标准。 您应该了解他们所说的“标准”条件的含义。 标准不仅会定期更新，而且是由不同的组织制定的（有些组织甚至对标准参考条件有多种 定义）。以下列表列出了一些目前常用的标准参考压力$P0$和温度$T0$ （请记住，还有更多）：

• 国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）： 标准$温度$$和$$\text{压力}$$（$STP）  ，$=$$=$$\text{0}$$°$$C$；
• $美国$$国家$标准与技术研究院（NIST  $）$：$\text{ISO}$ 10780 $，$ P0  = $1$ ATM ，T  = 0$摄氏度$$；$ 
• 国际民用航空组织（ICAO）： $国际$标准$大气$$（$$\text{ISA}$$）$，  P0 $1$ 15摄氏度 $；$
• 美国环境保护署（EPA）：正常温度和压力（  $\text{NTP}$$）$，  P0 $P0\; =$ = $T=20摄氏度$；
• $\text{国际}$$纯粹与$$应用\; 化学$联合会：标准环境温度$和$压力（  SATP  ），$=$ T  = $25$$°$$\text{C}$$。$

因此，如果您想回答空气的标准密度是多少这个问题  ，您需要选择合适的标准条件。假设相对湿度较低（空气干燥），您可以使用空气密度计算器进行计算。例如，标准状况（STP）下的空气标准 $密度$为ρ₀$=$ 1.2754  kg m⁻³ ， NIST $标准$下的 空气标准密度为ρ₀ = 1.2923  kg $m⁻³$$，$SATP标准下的$空气$标准$密度$为 ρ₀ =  1.1684 $\mathrm{kg}$ m⁻³ 。  

气压是气体的一种物理性质，它描述了气体对其周围环境施加的力的大小。我们考虑一个装有空气的立方体容器（见下图）。根据气体分子运动论，气体分子以取决于其热能的速度不断运动。分子之间以及分子与容器壁之间会发生碰撞，从而对它们施加一个很小的力。然而，当容器 内分子的数量增加到约 10²³ 个 （与阿伏伽德罗常数的数量级相当）时，总力变得显著且可测量—— 这就是气压 。

相对湿度$\text{）}$定义为给定温度下水蒸气分压 与 水蒸气平衡压之比  。分压是指在相同总体积和温度下，空气中各组分单独存在时所承受的压力。将空气中所有气体的分压相加，即可得到空气的总压，我们可以直接测量总压。

水的平衡蒸气压是指在给定温度下，水蒸气与其液相处于热力学平衡状态时所产生的压力。它衡量的是分子或原子从液体表面逸出并变成气体的倾向。随着温度升高，平衡蒸气压也随之升高。

相对湿度$\text{）的}$范围为0%到100%，其中0%表示空气干燥，100%表示空气完全饱和（水蒸气含量为100%）。需要注意的是， 相对湿度为100%并不意味着空气中只有水蒸气。 当相对湿度为100%时，冷却空气会导致水蒸气凝结。

露点 是指空气中水蒸气达到饱和状态时的温度。它是一个与空气湿度密切相关的物理量。当空气冷却到露点以下时，水蒸气会凝结 形成露水。

有几种方法可以估算露点温度。我们的空气密度计算器使用以下公式：

其中$\alpha$是一个取决于相对湿度$\text{RH}$和温度T 的参数$：$

相对湿度以百分比表示，温度以摄氏度表示。 由于露点与相对湿度直接相关，因此您只需在空气密度计算器中输入其中一个参数即可。

人体在炎热的天气里利用汗液蒸发来降温。 汗液蒸发的速度取决于空气中的水分含量。如果空气已经饱和（相对湿度为100%），汗液就无法蒸发，你会浑身湿透。幸运的是，当风吹离身体时，汗液蒸发得更快，让你感觉凉爽舒适。当露点低（空气干燥）时，也会感到不适，因为干燥的空气会导致皮肤皲裂，更容易受到刺激。

下表显示了温度为华氏68度（摄氏20度）时的露点和（相关的）相对湿度。露点不可能高于气温，因为相对湿度不可能超过100%。另一方面，当相对湿度为0%时，我们称空气干燥（由于没有水，露点没有意义）。

要计算干燥空气的密度，请按以下步骤操作：

1.  用帕斯卡（Pa） 表示绝对气压 。
2.  以开尔文 (K) 为单位写出绝对温度 T。
3. 要获得干燥空气的密度，将 参数代入以下公式ρ = P/(R×T)：其中 R 是 干燥空气的特定气体常数，等于 287.058 J/(kg·K) 。

约 1.204 kg/m3  。由于干空气的密度可以 ρ = P/(R×T)用 计算 R = 287.058 J/(kg·K)，在 和 处，我们得到：  。101325 Pa20 °C = 293.15 Kρ = 101325 / (287.058 × 293.15) = 1.204 kg/m³