空気の物性 — 密度・粘度・熱容量・熱伝導率

概要

乾燥空気は体積比で約78%の窒素、21%の酸素、1%のアルゴンの混合物です。その熱物理学的特性は温度と圧力によって変動し、HVAC設計、燃焼計算、空気圧システム、および大気科学の重要な入力です。このページでは、標準条件下での主要な特性値を要約し、簡潔な参照表を提供し、一般的な工学計算を説明します。

標準条件特性

体積弾性率

空気の性質を示す参考文献には、空気の体積弾性率が記載されています。標準大気圧では、これは約 1.01325×10^5 Pa (101.325 kPa) で、14.7 psi に相当します。

相転移と臨界点データ

臨界点での臨界密度は 302.6 kg/m³ です。

対話的な空気相図ポイント

元の空気相図は以下に保存されています。そのラベル付き参照ポイントは、構造化データとしてここでも表現されているため、相変化情報はビットマップ内だけではありません。

温度に対する密度

密度は中程度の範囲で温度に対してほぼ直線的に減少しますが、真の関係は理想気体の法則 ($\rho \propto 1/T$) に従います。

計算機 — 空気密度（理想気体）

計算機 — 空気の質量

計算機 — 動粘性係数と粘性係数

ソーステーブルの値は、大気圧での乾燥空気に対して補間されています。

計算機 — 熱伝導率

計算機 — 比熱と顕熱

計算機 — 浮力による揚力

復元されたオリジナルソーステーブル

以下のテーブルは、完全な参照データを保存するために、オリジナルソースページから復元されています。

ソース計算機シグナル

キャッシュされたソースページには1つのフォームと58の入力要素が含まれていますが、これらのシグナルは59の独立した空気特性計算機ではなく、共有Engineering ToolBoxページコントロールおよび検索/レイアウトウィジェットからのものです。実質的なエンジニアリング計算のための移行された機能同等物は、上記の密度、空気質量、動的および動粘度、熱伝導率、顕熱、および温気揚力計算機です。

オリジナルソース画像

以下のオリジナルソース画像は、視覚的な参照資料を失うことを避けるために保存されています。画像にチャートや表形式のデータが含まれている場合、その抽出された値はページテーブル、計算機、またはインタラクティブチャートで表されます。残りの画像は視覚的なソース参照として保持されます。

エンジニアリングノート

• 湿度が重要です。 上記の値は乾燥空気のものです。湿気を含んだ空気は、同じ温度と圧力で密度が低くなります。これは、水蒸気（$M \approx 18$）が置換するN₂/O₂混合物よりも軽いためです。正確なHVACとサイクロメトリック計算には、湿度補正された密度を使用してください。
• 圧力依存性。 中程度の圧力（約0.5–2 bar）では、空気はほぼ理想的に振る舞います。高い圧力（例：10 bar以上の圧縮空気システム）では、圧縮性補正を適用してください。
• 標準参照状態。 データは通常、0 °C / 1 barまたは15 °C / 1 atm（ISA標準）で報告されます。異なるソース間で値を比較する際は、必ず参照状態を確認してください。
• 臨界点。 132.63 Kおよび3.786 MPa以上では、圧力のみでは空気を液化できません。これは低温空気分離プラントの設計に関連しています。
• 粘度の傾向。 液体とは異なり、気体の粘度は分子間の運動量移動が大きくなるため、温度とともに上昇します。動粘度は0 °Cで約17 μPa·sから100 °Cで約23 μPa·sに上昇します。
• 比熱比。 周囲条件下の乾燥空気における比 $k = C_p/C_v \approx 1.40$ は、等エントロピー流れや圧縮計算において広く使用されています。

主要な計算式

理想気体の密度

$\rho = \frac{p}{R\,T}$

ここで $p$ は絶対圧力（Pa）、$R$ は乾燥空気の比ガス定数（$287.058\;\text{J kg}^{-1}\text{K}^{-1}$）、$T$ は絶対温度（K）です。

密度から質量を求める

$m = V\,\rho$

浮力（揚力）

$F_l = V\left(\rho_{\text{cool}} - \rho_{\text{hot}}\right)g$

顕熱伝達

$Q = m\,C_p\,\Delta T$

変数

参考文献

• Engineering ToolBox — 空気の特性
• CRC化学物理ハンドブック、標準熱物性テーブル
• ISO 2533:1975 — 標準大気