空気の特性 — 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、および1%のアルゴンの混合物です。その熱物理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、および大気科学に不可欠な入力です。このページは標準条件下での主要な特性値を要約し、簡潔な参考表を提供し、一般的なエンジニアリング計算を示します。

標準条件の特性

体積弾性係数

元の空気特性参照リストには空気の 体積弾性係数 が掲載されています。標準大気圧では約 1.01325×10^5 Pa (101.325 kPa)、すなわち 14.7 psi に相当します。

相変化と臨界点データ

臨界点での臨界密度は 302.6 kg/m³ です。

対話型空気相図ポイント

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もここに表されており、相変化情報がビットマップ内でのみ利用可能なものではありません。

密度と温度

密度は適度な範囲で温度と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 — 動粘性率と動的粘度

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持するためにオリジナルソースページから復元されました。

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移行された機能等価物は、上記の密度、空気質量、動粘度と動粘性率、熱伝導率、顕熱、および温気浮揚力計算機です。

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わないように保存されています。画像にチャートまたは表形式のデータが含まれている場合、その抽出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に示されています。残りの画像は視覚的なソース参照として保持されています。

エンジニアリングノート

• 湿度の影響。 上記の値は乾燥空気の場合です。湿った空気は、同じ温度・圧力条件下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 混合気よりも軽いためです。正確な空調設計や空気線図計算には、湿度補正した密度を使用してください。
• 圧力依存性。 中程度の圧力（概ね 0.5〜2 bar）では、空気はほぼ理想気体として振る舞います。高圧条件下（例：10 bar を超える圧縮空気システム）では、圧縮率補正を適用してください。
• 標準基準状態。 データは一般的に 0 °C / 1 bar または 15 °C / 1 atm（ISA 標準）で報告されます。異なるデータ源で値を比較する際は、必ず基準状態を確認してください。
• 臨界点。 132.63 K、3.786 MPa を超えると、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ます。
• 粘度の傾向。 液体とは異なり、気体の粘度は温度上昇に伴い増加します。これは分子運動量の移動が大きくなるためです。動粘度は 0 °C で約 17 μPa·s、100 °C で約 23 μPa·s に上昇します。
• 比熱比。 常温常圧の乾燥空気において、比熱比 $k = C_p/C_v \approx 1.40$ は、等エントロピー流れや圧縮計算に広く使用されます。

主要計算式

理想気体の密度

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

ここで $p$ は絶対圧力（Pa）、$R$ は乾燥空気の比気体定数（$287.058\;\text{J kg}^{-1}\text{K}^{-1}$）、$T$ 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 — Air Properties
• CRC 化学・物理ハンドブック、標準熱物性表
• ISO 2533:1975 — 標準大気