Скільки важить повітря? Вага куба, літри повітря
Опубликованно 13.10.2018 02:39
Багатьох може здивувати той факт, що повітря має певний ненульовий вагу. Точне значення цього ваги визначити не так просто, оскільки на нього впливають такі фактори, як хімічний склад, вологість, температура та тиск. Розглянемо детальніше питання про те, скільки важить повітря. Що таке повітря
Перш ніж відповідати на питання про те, скільки важить повітря, необхідно розібратися з тим, що являє собою ця субстанція. Повітря - це газова оболонка, яка існує навколо нашої планети, і яка являє гомогенну суміш різних газів. До складу повітря входять наступні гази: азот (78,08%); кисень (20,94%); аргон (0,93%); водяна пара (0,40%); вуглекислий газ (0,035%).
Крім перерахованих вище газів, у повітрі також присутні в мінімальних кількостях неон (0,0018%), гелій (0,0005%), метан (0,00017%), криптон (0,00014%), водень (0,00005%), аміак (0,0003%).
Цікаво відзначити, що розділити ці компоненти можна, якщо конденсувати повітря, тобто перетворити його в рідкий стан шляхом збільшення тиску і зменшення температури. Оскільки кожен компонент повітря має своєю температурою конденсації, то таким способом вдається виділити всі компоненти з повітря, що використовується на практиці. Вага повітря та фактори, які на нього впливають
Що заважає точно відповісти на питання, скільки важить кубометр повітря? Звичайно ж, ряд факторів, які можуть сильно впливати на цю вагу.
По-перше, це хімічний склад. Вище наведені дані для складу чистого повітря, проте, в даний час це повітря у багатьох місцях планети сильно забруднений, відповідно, його склад буде іншим. Так, поблизу великих міст у повітрі міститься більше вуглекислого газу, аміаку, метану, ніж у повітрі сільської місцевості.
По-друге, вологість, тобто кількість водяної пари, що міститься в атмосфері. Ніж вологіше повітря, тим менше він важить при інших рівних умовах.
По-третє, температура. Це один з важливих факторів, чим менше його значення, тим вище щільність повітря, і, відповідно, тим більше його вагу.
В четверте, атмосферний тиск, який безпосередньо відображає кількість молекул повітря в певному обсязі, тобто його вага.
Щоб зрозуміти, як сукупність цих факторів впливає на вагу повітря, наведемо простий приклад: маса одного метра кубічного сухого повітря при температурі 25°C, що знаходиться поблизу поверхні землі становить 1,205 кг, якщо ж розглядати аналогічний об'єм повітря поблизу поверхні моря при температурі 0°C, то його маса вже буде дорівнює 1,293 кг, тобто збільшиться на 7,3%. Зміна щільності повітря з висотою
Із збільшенням висоти падає тиск повітря, відповідно, зменшується його щільність і вага. Атмосферне повітря при тисках, які спостерігаються на Землі, можна в першому наближенні вважати ідеальним газом. Це означає, що тиск і щільність повітря математично зв'язуються один з одним через рівняння стану ідеального газу: P = ?*R*T/M, де P - тиск, ? - щільність, T - температура в кельвінах, M - молярна маса повітря, R - універсальна газова постійна.
З наведеної вище формули можна отримати формулу залежності густини повітря від висоти, якщо врахувати, що тиск змінюється за законом P = P0+?*g*h, де P0 - тиск у поверхні землі, g - прискорення вільного падіння, h - висота. Підставляючи цю формулу для тиску в попередній вираз, і висловлюючи щільність, отримуємо: ?(h) = P0*M/(R*T(h)+g(h)*M*h). За допомогою цього виразу можна визначити щільність повітря на будь-якій висоті. Відповідно вага повітря (правильніше говорити маса) визначається за формулою m(h) = ?(h)*V, де V - заданий обсяг.
У виразі залежності щільності від висоти можна помітити, що також залежать від висоти температура і прискорення вільного падіння. Останній залежністю можна знехтувати, якщо мова йде про висотах не більше 1-2 км. Що стосується температури, то її залежність від висоти добре описується наступним емпіричним виразом: T(h) = T0-0,65*h, де T0 - температура повітря поблизу поверхні землі.
Щоб не обчислювати постійно щільність для кожної висоти, нижче наведемо таблицю залежності головних характеристик повітря від висоти (до 10 км).
Яке повітря є найважчим
Розглянувши основні фактори, які визначають відповідь на питання про те, скільки важить повітря, можна зрозуміти, який повітря буде найважчим. Кажучи коротко, холодне повітря важить завжди більше, ніж теплий, оскільки щільність останнього нижче, і сухе повітря важить більше, ніж вологий. Останнє твердження легко зрозуміти, оскільки молярна маса повітря складає 29 г/моль, а молярна маса молекули води дорівнює 18 г/моль, тобто менше в 1,6 рази. Визначення ваги повітря при заданих умовах
Тепер вирішимо конкретну задачу. Відповімо на питання про те, скільки важить повітря, що займає об'єм 150 л, при температурі 288 К. Врахуємо, що 1 літр становить тисячну частину від кубічного метра, тобто 1 л = 0,001 м3. Що стосується температури 288 К, то вона відповідає 15°C, тобто є типовою для багатьох районів нашої планети. Далі потрібно визначити щільність повітря. Зробити це можна двома способами: Розрахувати за наведеною вище формулою для висоти 0 метрів над рівнем моря. В цьому випадку виходить значення ? = 1,227 кг/м3 Подивитися в наведену вище таблицю, яка побудована, виходячи з T0 = 288,15 К. В таблиці значення ? = 1,225 кг/м3.
Таким чином, вийшло два числа, які добре узгоджуються один з одним. Невелике розходження пов'язане з похибкою 0,15 До при визначенні температури, а також з тим, що повітря є все ж не ідеальним, а реальним газом. Тому для подальших розрахунків візьмемо середнє з двох отриманих значень, тобто ? = 1,226 кг/м3.
Тепер, користуючись формулою зв'язку маси, густини і об'єму, отримуємо: m = ?*V = 1,226 кг/м3 * 0,150 м3 = 0,1839 кг або 183,9 грама.
Також можна відповісти, скільки важить літр повітря при заданих умовах: m = 1,226 кг/м3 * 0,001 м3 = 0,001226 кг або приблизно 1,2 грама. Чому ми не відчуваємо, що повітря тисне на нас
Скільки важить 1 м3 повітря? Трохи більше 1 кілограма. Весь же атмосферне стіл нашої планети тисне на людину своєю вагою в 200 кг! Це досить велика маса повітря, яка могла б принести багато неприємностей людині. Чому ж ми її не відчуваємо? Це пояснюється двома причинами: по-перше, всередині самої людини є також внутрішній тиск, який чинить протидію зовнішнього атмосферного тиску, по-друге, повітря, будучи газом, чинить тиск в усіх напрямках однаково, тобто тиску у всіх напрямках врівноважують один одного. Автор: Валерій Савельєв 31 Липня, 2018
Категория: Студентам