Reiknivél fyrir þéttihæð lofts

Eðlisfræðin á bak við þéttihæð lofts

Þéttihæð (e. density altitude) er sú hæð í alþjóðlega staðalloftslaginu (ISA) þar sem eðlismassi loftsins samsvarar þeim eðlismassa sem mælist á staðnum. Þegar lofthiti hækkar, loftþrýstingur lækkar eða rakastig eykst, dreifast loftsameindirnar og fjarlægðin á milli þeirra eykst. Fyrir vikið upplifir flugvél eða hreyfill umhverfið eins og flogið sé í meiri hæð en raunveruleg rúmfræðileg hæð gefur til kynna.

Þessi reiknivél er hönnuð til að sýna hvernig staðbundinn hiti, þrýstingur og raki sameinast við útreikning á þéttihæð, þrýstihæð og raunverulegum eðlismassa lofts. Útreikningarnir fara fram beint í vafranum þínum og engin gögn eru send annað. Gildin sem þú slærð inn og allar niðurstöður eru reiknaðar í vafranum þínum og fara aldrei af þessu tæki.

Áhrif rakastigs á loftmótstöðu og lyftikraft

Vatnsgufa í lofti hefur veruleg áhrif á eðlismassa þess. Sameindamassi vatns (H₂O) er um það bil 18 g/mol, sem er léttara en meðalmólmassi þurrs lofts (um 29 g/mol, aðallega köfnunarefni og súrefni). Þegar rakastig eykst, leysir vatnsgufa þyngri sameindir af hólmi í ákveðnu rúmmáli, sem gerir rakt loft eðlisléttara en þurrt loft við sama hita og þrýsting.

Ef daggarmark er ekki slegið inn í reiknivélina birtast skilaboðin: „Ekkert daggarmark slegið inn — litið er á loftið sem þurrt (e = 0)“. Þar sem rakt loft er eðlisléttara en þurrt loft, mun það að sleppa daggarmarki leiða til þess að reiknuð þéttihæð verður vanmetin miðað við raunveruleikann.

Stilling loftvogar (QNH) á móti stöðvarþrýstingi

Reiknivélin býður upp á tvær leiðir til að gefa upp loftþrýsting undir „Þrýstingur sem þú hefur“:

• Stilling loftvogar (QNH): Þetta er sá þrýstingur sem gefinn er upp í flugveðurfregnum (METAR/ATIS) og er leiðréttur miðað við meðalsjávarhæð.
• Stöðvarþrýstingur: Þetta er raunverulegur, óleiðréttur loftþrýstingur sem mældur er með loftvog á staðnum.

Ef QNH er valið reiknar tækið stöðvarþrýstinginn út frá hæð vallarins. Ef stöðvarþrýstingur er sleginn inn beint, er hæðin notuð til að bera saman reiknaða þéttihæð við hæð vallarins.

Alþjóðlega staðalloftslagið (ISA) og Magnus–Tetens jafnan

Útreikningar reiknivélarinnar byggja á alþjóðlega staðalloftslaginu (ISA). Líkanið gerir ráð fyrir eftirfarandi gildum við sjávarmál:

• Hiti: 15 °C
• Þrýstingur: 1013.25 hPa
• Eðlismassi lofts: 1.225 kg/m³
• Hitafallandi: 0.65 °C á hverja 100 m upp að 11,000 m hæð

Til að finna gufuþrýsting út frá daggarmarki notar reiknivélin Magnus–Tetens jöfnuna með Alduchov–Eskridge stuðlum. Ef reiknað gildi fer út fyrir mörk staðallíkansins (−610 m til 11,000 m), birtir reiknivélin viðvörunina: „Niðurstaða liggur utan þess lags sem staðallíkanið nær yfir (−610 m til 11,000 m), svo það gildi er framreiknað.“

Notkun reiknivélarinnar og takmarkanir

Í viðmótinu eru reitir þar sem slegnar eru inn „Mældar aðstæður“. Hægt er að nota hnappana „Hlaða dæmi“ eða „Endurstilla á staðaldag“ til að fylla fljótt í reitina.

Leyfileg mörk fyrir innslátt:

• Hæð vallar: Frá −600 m til 9,000 m (−1,969 til 29,528 ft).
• Stilling loftvogar (QNH): Frá 870 til 1,086 hPa (25.69 til 32.06 inHg).
• Stöðvarþrýstingur: Frá 250 til 1,086 hPa (7.38 til 32.06 inHg).
• Lofthiti: Frá −90 °C til 60 °C (−130 til 140 °F).
• Daggarmark: Frá −90 °C til 35 °C (−130 til 95 °F).

Villuskilaboð við innslátt:

• Ef slegið er inn gildi sem er ekki tala: "{field}: „{token}“ er ekki tala."
• Ef hæð vallar er utan marka: "Hæð vallar verður að vera á milli −600 m og 9,000 m (−1,969–29,528 ft)."
• Ef QNH er utan marka: "Stilling loftvogar verður að vera á milli 870 og 1,086 hPa (25.69–32.06 inHg)."
• Ef stöðvarþrýstingur er utan marka: "Stöðvarþrýstingur verður að vera á milli 250 og 1,086 hPa (7.38–32.06 inHg)."
• Ef lofthiti er utan marka: "Lofthiti verður að vera á milli −90 °C og 60 °C (−130–140 °F)."
• Ef daggarmark er utan marka: "Daggarmark verður að vera á milli −90 °C og 35 °C (−130–95 °F)."
• Ef daggarmark er hærra en lofthiti: "Daggarmark má ekki vera hærra en lofthiti."
• Ef gildi er of stórt: "Gildi fer yfir studda talnasviðið."

Skref-fyrir-skref útreikningar

Undir liðnum „Hvernig þetta var reiknað“ sýnir reiknivélin milliskrefin og jöfnurnar sem notaðar eru við útreikningana:

1. Stöðvarþrýstingur P:

   • Ef QNH er notað: Stöðvarþrýstingur P = {qnh} hPa × (1 − 0.0065×{elevation}/288.15)^5.2559 = {pressure} hPa
   • Ef stöðvarþrýstingur er sleginn inn beint: Stöðvarþrýstingur P = {pressure} hPa, sleginn inn beint; samsvarandi stilling loftvogar er {qnh} hPa

2. Gufuþrýstingur e:

   • Gufuþrýstingur út frá daggarmarki: e = 6.1094 × exp(17.625×{dew} / (243.04+{dew})) = {vapor} hPa

3. Eðlismassi lofts ρ:

   • Eðlismassi lofts ρ = (P−e)/(287.05×T) + e/(461.5×T) = {density} kg/m³ ({densityLb} lb/ft³)

4. Hlutfallslegur eðlismassi σ og þéttihæð:

   • Hlutfallslegur eðlismassi σ = ρ/1.225 = {sigma}% → þéttihæð = 44,330.77 × (1 − σ^0.23497) = {da} m

5. Þrýstihæð:

   • Þrýstihæð = 44,330.77 × (1 − (P/1013.25)^0.19028) = {pa} m; staðalhiti þar {isaTemp} °C, frávik {isaDev} °C

Algengar spurningar

Hvað er þéttihæð?
Þéttihæð er sú hæð í alþjóðlega staðalloftslaginu þar sem eðlismassi loftsins samsvarar loftinu sem þú mældir. Hún sameinar þrýsting, hita og raka í eina tölu — þá „samsvarandi hæð“ sem loftið hegðar seid eins og. Heit, rök eða lágþrýstingsskilyrði hækka hana; kalt, þurrt eða háþrýstingsloft lækkar hana, stundum niður fyrir sjávarmál.

Af hverju dregur rakt loft úr eðlismassa?
Vatnssameind (H₂O, mólmassi 18) er léttari en köfnunarefnis- (28) og súrefnissameindirnar (32) sem hún leysir af hólmi, þannig að við sama þrýsting og hita vegur rakt loft minna á hvert rúmmál. Sláðu inn daggarmarkið til að taka þessi áhrif með; ef það er skilið eftir autt fæst áætlun fyrir þurrt loft.

Á ég að slá inn stillingu loftvogar eða stöðvarþrýsting?
Notaðu það sem þú hefur tiltækt. Flugveðurfregnir (METAR, ATIS) gefa upp stillingu loftvogar (QNH), sem reiknivélin varpar yfir í stöðvarþrýsting miðað við hæð þína. Loftvog þar sem þú stendur mælir stöðvarþrýsting beint — þá er hæðin aðeins notuð til að bera niðurstöðuna saman við völlinn þinn.

Getur þéttihæð verið neikvæð?
Já. Kalt, þurrt og háþrýstingsloft getur verið eðlisþyngra en staðalgildið við sjávarmál, og líkanið setur þá samsvarandi hæð niður fyrir sjávarmál. Það er gild stærðfræðileg niðurstaða, ekki villa.

Hversu nákvæm er 120-reglan sem flugmenn nota?
Þumalfingursreglan — þéttihæð ≈ þrýstihæð + 120 × (hiti − staðalhiti) — er venjulega innan fárra prósenta frá nákvæmri niðurstöðu neðan við um 10,000 fet, virkar ágætlega sem fljótleg nálgun en hún sleppir raka og námundar hitafallandann. Þessi reiknivél leysir fulla andhverfu staðalloftslagsins og tekur með raka frá daggarmarki, svo notaðu regluna eingöngu til viðmiðunar.