बैरोमेट्रिक सूत्र: Difference between revisions
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[[File:Pressure air.svg|thumb|300px|समुद्र तल से ऊँचाई के कार्य के रूप में दबाव]]86 किमी (या 278,400 फ़ीट) से नीचे की विभिन्न ऊंचाई के फलन के रूप में दबाव की गणना के लिए दो समीकरण हैं। पहला समीकरण क्षोभमंडल के मानक प्रतिमान पर लागू होता है जिसमें तापमान को ऊंचाई के साथ ह्रास की दर से भिन्न माना जाता है:{{anchor|Non-zero lapse rate}}<math display="block">P = P_b \left[\frac{T_b + \left(h - h_b\right) L_b}{T_b}\right]^{\tfrac{-g_0 M}{R^* L_b}}</math>दूसरा समीकरण समताप मंडल के मानक प्रतिमान पर लागू होता है जिसमें तापमान ऊंचाई के साथ भिन्न नहीं माना जाता है: | [[File:Pressure air.svg|thumb|300px|समुद्र तल से ऊँचाई के कार्य के रूप में दबाव]]86 किमी (या 278,400 फ़ीट) से नीचे की विभिन्न ऊंचाई के फलन के रूप में दबाव की गणना के लिए दो समीकरण हैं। पहला समीकरण क्षोभमंडल के मानक प्रतिमान पर लागू होता है जिसमें तापमान को ऊंचाई के साथ ह्रास की दर से भिन्न माना जाता है:{{anchor|Non-zero lapse rate}}<math display="block">P = P_b \left[\frac{T_b + \left(h - h_b\right) L_b}{T_b}\right]^{\tfrac{-g_0 M}{R^* L_b}}</math>दूसरा समीकरण समताप मंडल के मानक प्रतिमान पर लागू होता है जिसमें तापमान ऊंचाई के साथ भिन्न नहीं माना जाता है: | ||
{{anchor|Zero lapse rate}} | {{anchor|Zero lapse rate}} | ||
<math display="block">P = P_b \exp \left[\frac{-g_0 M \left(h-h_b\right)}{R^* T_b}\right]</math> | <math display="block">P = P_b \exp \left[\frac{-g_0 M \left(h-h_b\right)}{R^* T_b}\right]</math> | ||
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*<math>P_b</math> = संदर्भ दबाव | *<math>P_b</math> = संदर्भ दबाव | ||
*<math>T_b</math> = संदर्भ तापमान ([[केल्विन]]) | *<math>T_b</math> = संदर्भ तापमान ([[केल्विन]]) | ||
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या इम्पीरियल इकाईयाँ में परिवर्तित:<ref name=conversion>Mechtly, E. A., 1973: ''The International System of Units, Physical Constants and Conversion Factors''. NASA SP-7012, Second Revision, National Aeronautics and Space Administration, Washington, D.C.</ref> | या इम्पीरियल इकाईयाँ में परिवर्तित:<ref name=conversion>Mechtly, E. A., 1973: ''The International System of Units, Physical Constants and Conversion Factors''. NASA SP-7012, Second Revision, National Aeronautics and Space Administration, Washington, D.C.</ref> | ||
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*<math>P_b</math> = संदर्भ दबाव | *<math>P_b</math> = संदर्भ दबाव | ||
*<math>T_b</math> = संदर्भ तापमान (केल्विन) | *<math>T_b</math> = संदर्भ तापमान (केल्विन) | ||
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! rowspan="2"|सबस्क्रिप्ट बी | ! rowspan="2"|सबस्क्रिप्ट बी | ||
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== घनत्व समीकरण == | == घनत्व समीकरण == | ||
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घनत्व की गणना के लिए अभिव्यंजन लगभग गणना दबाव के समान होता हैं। समीकरण 1 में एकमात्र अंतर प्रतिपादक है। | घनत्व की गणना के लिए अभिव्यंजन लगभग गणना दबाव के समान होता हैं। समीकरण 1 में एकमात्र अंतर प्रतिपादक है। | ||
86 ज्यामितीय किमी (84 852 [[भू-क्षमता ऊंचाई]] मीटर या 278 385.8 भू-संभावित फीट) के नीचे विभिन्न ऊँचाई के फलन के रूप में घनत्व की गणना के लिए दो समीकरण हैं। पहला समीकरण क्षोभमंडल के मानक प्रतिमान पर लागू होता है जिसमें तापमान को ऊंचाई के साथ ह्रास की दर से भिन्न माना जाता | 86 ज्यामितीय किमी (84 852 [[भू-क्षमता ऊंचाई]] मीटर या 278 385.8 भू-संभावित फीट) के नीचे विभिन्न ऊँचाई के फलन के रूप में घनत्व की गणना के लिए दो समीकरण हैं। पहला समीकरण क्षोभमंडल के मानक प्रतिमान पर लागू होता है जिसमें तापमान को ऊंचाई के साथ ह्रास की दर से भिन्न माना जाता है; दूसरा समीकरण समताप मंडल के मानक मॉडल पर लागू होता है जिसमें यह माना जाता है कि ऊंचाई के साथ तापमान में परिवर्तन नहीं होता है। | ||
समीकरण 1:<math display="block">\rho = \rho_b \left[\frac{T_b}{T_b + (h-h_b) L_b}\right]^{\left(1+\frac{g_0 M}{R^* L_b}\right)}</math> | समीकरण 1:<math display="block">\rho = \rho_b \left[\frac{T_b}{T_b + (h-h_b) L_b}\right]^{\left(1+\frac{g_0 M}{R^* L_b}\right)}</math> | ||
समीकरण 2: | समीकरण 2: | ||
<math display="block">\rho =\rho_b \exp\left[\frac{-g_0 M \left(h-h_b\right)}{R^* T_b}\right]</math> | <math display="block">\rho =\rho_b \exp\left[\frac{-g_0 M \left(h-h_b\right)}{R^* T_b}\right]</math> | ||
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*<math>{\rho}</math> = द्रव्यमान घनत्व (किलो / मी<sup>3</sup>) | *<math>{\rho}</math> = द्रव्यमान घनत्व (किलो / मी<sup>3</sup>) | ||
*<math>T_b</math> = मानक तापमान (के) | *<math>T_b</math> = मानक तापमान (के) | ||
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या, यू.एस. गुरुत्वीय फ़ुट-पाउंड-सेकंड यूनिट में परिवर्तित (अब यू.के. में उपयोग नहीं किया जाता):<ref name="conversion"/> | या, यू.एस. गुरुत्वीय फ़ुट-पाउंड-सेकंड यूनिट में परिवर्तित (अब यू.के. में उपयोग नहीं किया जाता):<ref name="conversion"/> | ||
*<math>{\rho}</math> = द्रव्यमान घनत्व ([[ स्लग (इकाई) | स्लग (इकाई)]] | *<math>{\rho}</math> = द्रव्यमान घनत्व ([[ स्लग (इकाई) | स्लग (इकाई)]] / फीट<sup>3</sup>) | ||
*<math>{T_b}</math> = मानक तापमान (के) | *<math>{T_b}</math> = मानक तापमान (के) | ||
*<math>{L}</math> = मानक तापमान चूक दर (के/फीट) | *<math>{L}</math> = मानक तापमान चूक दर (के/फीट) | ||
*<math>{h}</math> = समुद्र तल से ऊँचाई (जियोपोटेंशियल फीट) | *<math>{h}</math> = समुद्र तल से ऊँचाई (जियोपोटेंशियल फीट) | ||
*<math>{R^*}</math> = सार्वभौमिक गैस स्थिरांक: 8.9494596×10<sup>4</sup> फ़ीट<sup>2</sup>/(एस·के) | *<math>{R^*}</math> = सार्वभौमिक गैस स्थिरांक: 8.9494596×10<sup>4</sup> फ़ीट<sup>2</sup>/(एस·के) | ||
*<math>{g_0}</math> = गुरुत्वीय त्वरण: 32.17405 फ़ीट/सेकंड<sup>2 | *<math>{g_0}</math> = गुरुत्वीय त्वरण: 32.17405 फ़ीट/सेकंड<sup>2 | ||
*<math>{M}</math> = पृथ्वी की वायु का मोलर द्रव्यमान: 0.0289644 किग्रा/मोल | *<math>{M}</math> = पृथ्वी की वायु का मोलर द्रव्यमान: 0.0289644 किग्रा/मोल | ||
सबस्क्रिप्ट बी का मान नीचे दी गई तालिका में दिखाए गए वातावरण की सात क्रमिक परतों में से प्रत्येक के अनुसार 0 से 6 तक होता है। ρ | सबस्क्रिप्ट बी का मान नीचे दी गई तालिका में दिखाए गए वातावरण की सात क्रमिक परतों में से प्रत्येक के अनुसार 0 से 6 तक होता है। ''ρ<sub>b</sub>'' के संदर्भ मान के लिए ''b'' = 0 परिभाषित समुद्र स्तर मान है, ρ<sub>0</sub> = 1.2250 किग्रा/मी<sup>3</sup> या 0.0023768908 स्लग/फ़ीट<sup>3</sup> । b = 1 से b = 6 के ''ρ<sub>b</sub>'' का मान जोड़ी समीकरण 1 और 2 के उपयुक्त सदस्य के आवेदन से प्राप्त किया जाता है जब ''h'' = ''h<sub>b</sub>''<sub>+1<sup><ref name="USSA1976" /></sub> | ||
इन समीकरणों में, जी<sub>0</sub>, एम और आर<sup>*</sup> नीचे दी गई तालिका के अनुसार प्रत्येक एकल-मूल्यवान स्थिरांक हैं, जबकि ρ, L, T और h बहु-मूल्यवान स्थिरांक हैं। एम, जी<sub>0</sub> के लिए उपयोग किए गए मान और आर<sup>*</sup> यू.एस. स्टैंडर्ड एटमॉस्फियर, 1976 के अनुसार हैं और यह कि R<sup>*</sup> का मान<sup>*</sup> विशेष रूप से इस स्थिरांक के मानक मानों से सहमत नहीं है।<ref name="USSA1976"/> | |||
{| class="wikitable" | {| class="wikitable" | ||
|- | |- | ||
! rowspan="2"| | ! rowspan="2" |सबस्क्रिप्ट बी | ||
! colspan="2"| | ! colspan="2" |समुद्र तल से ऊँचाई (''एच'' ) | ||
! colspan="2"| | ! colspan="2" |द्रव्यमान घनत्व (<math>\rho</math>) | ||
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! (m) !! (ft)!! (kg/m<sup>3</sup>) !! (slug/ft<sup>3</sup>) !! (K/m) !! (K/ft) | ! (m) !! (ft)!! (kg/m<sup>3</sup>) !! (slug/ft<sup>3</sup>) !! (K/m) !! (K/ft) | ||
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यह मानते हुए कि सभी दबाव [[हीड्रास्टाटिक दबाव]] है: | यह मानते हुए कि सभी दबाव [[हीड्रास्टाटिक दबाव]] है: | ||
<math display="block"> dP = - \rho g\,dz</math> | <math display="block"> dP = - \rho g\,dz</math> | ||
और विभाजित करना <math> dP </math> | और विभाजित करना <math> dP </math> द्वारा <math> P </math> अभिव्यक्ति हमें मिलती है: | ||
<math display="block"> \frac{dP}{P} = - \frac{M g\,dz}{R^*T}</math> | <math display="block"> \frac{dP}{P} = - \frac{M g\,dz}{R^*T}</math> | ||
इस व्यंजक को सतह से ऊँचाई z तक | इस व्यंजक को सतह से ऊँचाई z तक एकीकृत करने पर हमें यह प्राप्त होता है:<math display="block"> P = P_0 e^{-\int_{0}^{z}{M g dz/R^*T}}</math> | ||
<math display="block"> P = P_0 e^{-\int_{0}^{z}{M g dz/R^*T}}</math> | |||
रैखिक तापमान परिवर्तन मानते हुए <math>T = T_0 + L z</math> और निरंतर | रैखिक तापमान में परिवर्तन मानते हुए <math>T = T_0 + L z</math> और निरंतर मोलर द्रव्यमान और गुरुत्वीय त्वरण, से हमें पहला बैरोमीटर का सूत्र मिलता है: | ||
<math display="block"> P = P_0 \cdot \left[\frac{T}{T_0}\right]^{\textstyle \frac{M g}{R^* L}}</math> | <math display="block"> P = P_0 \cdot \left[\frac{T}{T_0}\right]^{\textstyle \frac{M g}{R^* L}}</math> | ||
इसके बजाय, स्थिर तापमान मानते हुए, एकीकरण करने से दूसरा बैरोमीटर का सूत्र मिलता है: | इसके बजाय, स्थिर तापमान मानते हुए, एकीकरण करने से दूसरा बैरोमीटर का सूत्र मिलता है: | ||
<math display="block"> P = P_0 e^{-M g z/R^*T}</math> | <math display="block"> P = P_0 e^{-M g z/R^*T}</math> | ||
इस | इस सूत्रीकरण में, आर<sup>*</sup> [[गैस स्थिरांक]] है, और पद R<sup>*</sup>T/Mg पैमाने की ऊंचाई देता है (क्षोभमंडल के लिए लगभग 8.4 किमी के बराबर)। | ||
(सटीक परिणामों के लिए, यह याद रखना चाहिए कि पानी युक्त वातावरण एक आदर्श [[गैस]] के रूप में व्यवहार नहीं करता है। आगे की समझ के लिए वास्तविक गैस या सही गैस या गैस देखें।) | (सटीक परिणामों के लिए, यह याद रखना चाहिए कि पानी युक्त वातावरण एक आदर्श [[गैस]] के रूप में व्यवहार नहीं करता है। आगे की समझ के लिए वास्तविक गैस या सही गैस या गैस देखें।) | ||
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*[[हाइपोमेट्रिक समीकरण]] | *[[हाइपोमेट्रिक समीकरण]] | ||
*[[एनआरएलएमएसआईएसई-00]] | *[[एनआरएलएमएसआईएसई-00]] | ||
* | * लंबवत दबाव भिन्नता | ||
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Latest revision as of 18:04, 20 March 2023
बैरोमीटर का सूत्र एक ऐसा सूत्र है जिसका उपयोग यह जाँच करने के लिए किया जाता है कि ऊंचाई के साथ हवा का दबाव (या घनत्व) कैसे बदलता है।
दबाव समीकरण
86 किमी (या 278,400 फ़ीट) से नीचे की विभिन्न ऊंचाई के फलन के रूप में दबाव की गणना के लिए दो समीकरण हैं। पहला समीकरण क्षोभमंडल के मानक प्रतिमान पर लागू होता है जिसमें तापमान को ऊंचाई के साथ ह्रास की दर से भिन्न माना जाता है:
- = संदर्भ दबाव
- = संदर्भ तापमान (केल्विन)
- = अंतर्राष्ट्रीय मानक वायुमंडल में तापमान ह्रास दर (K/m)
- = ऊंचाई जिस पर दबाव की गणना की जाती है (एम)
- = संदर्भ स्तर बी की ऊंचाई (मीटर; उदाहरण के लिए, एचबी = 11 000 मीटर)
- = सार्वभौमिक गैस स्थिरांक: 8.3144598 जूल/(मोल·किग्रा)
- = मानक गुरुत्व: 9.80665 मी/से2
- = पृथ्वी की वायु का मोलर द्रव्यमान: 0.0289644 किग्रा/मोल
या इम्पीरियल इकाईयाँ में परिवर्तित:[1]
जहाँ
- = संदर्भ दबाव
- = संदर्भ तापमान (केल्विन)
- = अंतर्राष्ट्रीय मानक वातावरण में तापमान ह्रास दर (किग्रा/फीट)
- = ऊंचाई जिस पर दबाव की गणना की जाती है (फीट)
- = संदर्भ स्तर बी की ऊंचाई (फीट; उदाहरण के लिए, एचबी = 36,089 फ़ीट)
- = सार्वभौमिक गैस स्थिरांक; फ़ीट, केल्विन और (एसआई) मोल का उपयोग करना: 8.9494596×104 lb·ft2/(lb-mol·K·s2)
- = मानक गुरुत्व: 32.17405 फ़ीट/सेकंड2
- = पृथ्वी की वायु का मोलर द्रव्यमान: 28.9644 lb/lb-mol
सबस्क्रिप्ट बी का मान नीचे दी गई तालिका में दिखाए गए वातावरण की सात क्रमिक परतों में से प्रत्येक के अनुसार 0 से 6 तक होता है। इन समीकरणों में, जी0, एम और आर* नीचे दी गई तालिका के अनुसार प्रत्येक एकल-मूल्यवान स्थिरांक हैं, जबकि पी, एल, टी, और एच बहुमूल्यवान स्थिरांक हैं। एम, जी0, और आर* के लिए उपयोग किए गए मान यू.एस. मानक वायुमंडल, 1976 के अनुसार हैं, और विशेष रूप से आर* का मान इस स्थिरांक के लिए मानक मानों से सहमत नहीं है।[2] बी = 0 के लिए पीबी का संदर्भ मान परिभाषित समुद्री स्तर मान है, पी0 = 101 325 पास्कल (यूनिट) या एचजी में 29.92126 है। बी = 1 से बी = 6 के पीबी का मान जोड़ी समीकरण 1 और 2 के उपयुक्त सदस्य के आवेदन से प्राप्त किया जाता है, जब एच = एचb+1 की स्थिति में। [2]
सबस्क्रिप्ट बी | समुद्र तल से ऊँचाई (h) | स्थिर दबाव | मानक तापमान (के) |
तापमान ह्रास दर | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
(एम) | (फ़ीट) | (पीए) | (एचजी में) | (के/एम) | (के/फ़ीट) | ||
0 | 0 | 0 | 101 325.00 | 29.92126 | 288.15 | −0.0065 | −0.0019812 |
1 | 11 000 | 36,089 | 22 632.10 | 6.683245 | 216.65 | 0.0 | 0.0 |
2 | 20 000 | 65,617 | 5474.89 | 1.616734 | 216.65 | 0.001 | 0.0003048 |
3 | 32 000 | 104,987 | 868.02 | 0.2563258 | 228.65 | 0.0028 | 0.00085344 |
4 | 47 000 | 154,199 | 110.91 | 0.0327506 | 270.65 | 0.0 | 0.0 |
5 | 51 000 | 167,323 | 66.94 | 0.01976704 | 270.65 | −0.0028 | −0.00085344 |
6 | 71 000 | 232,940 | 3.96 | 0.00116833 | 214.65 | −0.002 | −0.0006096 |
घनत्व समीकरण
घनत्व की गणना के लिए अभिव्यंजन लगभग गणना दबाव के समान होता हैं। समीकरण 1 में एकमात्र अंतर प्रतिपादक है।
86 ज्यामितीय किमी (84 852 भू-क्षमता ऊंचाई मीटर या 278 385.8 भू-संभावित फीट) के नीचे विभिन्न ऊँचाई के फलन के रूप में घनत्व की गणना के लिए दो समीकरण हैं। पहला समीकरण क्षोभमंडल के मानक प्रतिमान पर लागू होता है जिसमें तापमान को ऊंचाई के साथ ह्रास की दर से भिन्न माना जाता है; दूसरा समीकरण समताप मंडल के मानक मॉडल पर लागू होता है जिसमें यह माना जाता है कि ऊंचाई के साथ तापमान में परिवर्तन नहीं होता है।
समीकरण 1:
- = द्रव्यमान घनत्व (किलो / मी3)
- = मानक तापमान (के)
- = अंतर्राष्ट्रीय मानक वातावरण में मानक तापमान चूक दर (नीचे दी गई तालिका देखें) (K/m)।
- = समुद्र तल से ऊँचाई (जियोपोटेंशियल मीटर)
- = सार्वभौमिक गैस स्थिरांक 8.3144598 N·m/(मोल·के)
- = गुरुत्वीय त्वरण: 9.80665 मी/से2</उप>
- = पृथ्वी की वायु का मोलर द्रव्यमान: 0.0289644 किग्रा/मोल
या, यू.एस. गुरुत्वीय फ़ुट-पाउंड-सेकंड यूनिट में परिवर्तित (अब यू.के. में उपयोग नहीं किया जाता):[1]
- = द्रव्यमान घनत्व ( स्लग (इकाई) / फीट3)
- = मानक तापमान (के)
- = मानक तापमान चूक दर (के/फीट)
- = समुद्र तल से ऊँचाई (जियोपोटेंशियल फीट)
- = सार्वभौमिक गैस स्थिरांक: 8.9494596×104 फ़ीट2/(एस·के)
- = गुरुत्वीय त्वरण: 32.17405 फ़ीट/सेकंड2
- = पृथ्वी की वायु का मोलर द्रव्यमान: 0.0289644 किग्रा/मोल
सबस्क्रिप्ट बी का मान नीचे दी गई तालिका में दिखाए गए वातावरण की सात क्रमिक परतों में से प्रत्येक के अनुसार 0 से 6 तक होता है। ρb के संदर्भ मान के लिए b = 0 परिभाषित समुद्र स्तर मान है, ρ0 = 1.2250 किग्रा/मी3 या 0.0023768908 स्लग/फ़ीट3 । b = 1 से b = 6 के ρb का मान जोड़ी समीकरण 1 और 2 के उपयुक्त सदस्य के आवेदन से प्राप्त किया जाता है जब h = hb+1[2]
इन समीकरणों में, जी0, एम और आर* नीचे दी गई तालिका के अनुसार प्रत्येक एकल-मूल्यवान स्थिरांक हैं, जबकि ρ, L, T और h बहु-मूल्यवान स्थिरांक हैं। एम, जी0 के लिए उपयोग किए गए मान और आर* यू.एस. स्टैंडर्ड एटमॉस्फियर, 1976 के अनुसार हैं और यह कि R* का मान* विशेष रूप से इस स्थिरांक के मानक मानों से सहमत नहीं है।[2]
सबस्क्रिप्ट बी | समुद्र तल से ऊँचाई (एच ) | द्रव्यमान घनत्व () | मानक तापमान (टी ) (K) |
तापमान चूक दर (एल ) | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
(m) | (ft) | (kg/m3) | (slug/ft3) | (K/m) | (K/ft) | ||
0 | 0 | 0 | 1.2250 | 2.3768908×10−3 | 288.15 | -0.0065 | -0.0019812 |
1 | 11 000 | 36,089.24 | 0.36391 | 7.0611703×10−4 | 216.65 | 0.0 | 0.0 |
2 | 20 000 | 65,616.79 | 0.08803 | 1.7081572×10−4 | 216.65 | 0.001 | 0.0003048 |
3 | 32 000 | 104,986.87 | 0.01322 | 2.5660735×10−5 | 228.65 | 0.0028 | 0.00085344 |
4 | 47 000 | 154,199.48 | 0.00143 | 2.7698702×10−6 | 270.65 | 0.0 | 0.0 |
5 | 51 000 | 167,322.83 | 0.00086 | 1.6717895×10−6 | 270.65 | -0.0028 | -0.00085344 |
6 | 71 000 | 232,939.63 | 0.000064 | 1.2458989×10−7 | 214.65 | -0.002 | -0.0006096 |
व्युत्पत्ति
बैरोमीटर का सूत्र आदर्श गैस कानून का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है:
रैखिक तापमान में परिवर्तन मानते हुए और निरंतर मोलर द्रव्यमान और गुरुत्वीय त्वरण, से हमें पहला बैरोमीटर का सूत्र मिलता है:
(सटीक परिणामों के लिए, यह याद रखना चाहिए कि पानी युक्त वातावरण एक आदर्श गैस के रूप में व्यवहार नहीं करता है। आगे की समझ के लिए वास्तविक गैस या सही गैस या गैस देखें।)
यह भी देखें
- हाइपोमेट्रिक समीकरण
- एनआरएलएमएसआईएसई-00
- लंबवत दबाव भिन्नता
संदर्भ
- ↑ 1.0 1.1 Mechtly, E. A., 1973: The International System of Units, Physical Constants and Conversion Factors. NASA SP-7012, Second Revision, National Aeronautics and Space Administration, Washington, D.C.
- ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 U.S. Standard Atmosphere, 1976, U.S. Government Printing Office, Washington, D.C., 1976. (Linked file is 17 Mb)