Плътност и специфичен обем на влажен въздух. Колко тежи въздухът Тегло на въздуха и фактори, които влияят върху него

Мнозина може да се изненадат от факта, че въздухът има определено ненулево тегло. Точната стойност на това тегло не е толкова лесно да се определи, тъй като тя е силно повлияна от фактори като химичен състав, влажност, температура и налягане. Нека разгледаме по-подробно въпроса колко тежи въздухът.

Какво е въздух

Преди да отговорите на въпроса колко тежи въздухът, е необходимо да разберете какво е това вещество. Въздухът е газова обвивка, която съществува около нашата планета и представлява хомогенна смес от различни газове. Въздухът съдържа следните газове:

• азот (78,08%);
• кислород (20,94%);
• аргон (0,93%);
• водна пара (0,40%);
• въглероден двуокис (0,035%).

В допълнение към изброените по-горе газове във въздуха в минимални количества присъстват и неон (0,0018%), хелий (0,0005%), метан (0,00017%), криптон (0,00014%), водород (0,00005%), амоняк ( 0,0003%).

Интересно е да се отбележи, че тези компоненти могат да бъдат разделени чрез кондензиране на въздуха, тоест превръщането му в течно състояние чрез повишаване на налягането и намаляване на температурата. Тъй като всеки компонент на въздуха има своя собствена температура на кондензация, по този начин е възможно да се изолират всички компоненти от въздуха, което се използва на практика.

Въздушно тегло и фактори, които го влияят

Какво ви пречи да отговорите точно на въпроса колко тежи един кубичен метър въздух? Разбира се, има редица фактори, които могат значително да повлияят на това тегло.

Първо, това е химическият състав. Горните данни са за състава на чистия въздух, но в момента този въздух на много места на планетата е силно замърсен и съответно съставът му ще бъде различен. Да, близо големи градовевъздухът съдържа повече въглероден диоксид, амоняк и метан, отколкото въздухът в селските райони.

Второ, влажността, тоест количеството водни пари, съдържащи се в атмосферата. Колкото по-влажен е въздухът, толкова по-малко тежи при равни други условия.

Трето, температура. Това е един от важни фактори, колкото по-ниска е стойността му, толкова по-висока е плътността на въздуха и съответно по-голямо е теглото му.

четвърто, Атмосферно налягане, което пряко отразява броя на въздушните молекули в определен обем, тоест неговото тегло.

За да разберем как комбинацията от тези фактори влияе върху теглото на въздуха, нека дадем прост пример: масата на един метър кубичен сух въздух при температура 25 ° C, разположен близо до повърхността на земята, е 1,205 kg, ако разглеждаме подобен обем въздух близо до повърхността на морето при температура 0 ° C, тогава неговата маса вече ще бъде равна на 1,293 kg, тоест ще се увеличи със 7,3%.

Промяна на плътността на въздуха с надморска височина

С увеличаване на надморската височина налягането на въздуха спада и неговата плътност и тегло намаляват съответно. Атмосферен въздухпри налягането, наблюдавано на Земята, той може, до първо приближение, да се счита за идеален газ. Това означава, че налягането и плътността на въздуха са математически свързани помежду си чрез уравнението на състоянието идеален газ: P = ρ*R*T/M, където P е налягането, ρ е плътността, T е температурата в келвини, M е моларната маса на въздуха, R е универсалната газова константа.

От горната формула можете да получите формула за зависимостта на плътността на въздуха от височината, като вземете предвид, че налягането се променя според закона P = P 0 +ρ*g*h, където P 0 е налягането на повърхността на земята, g е ускорението свободно падане, h - височина. Замествайки тази формула за налягане в предишния израз и изразявайки плътността, получаваме: ρ(h) = P 0 *M/(R*T(h)+g(h)*M*h). Използвайки този израз, можете да определите плътността на въздуха на всяка надморска височина. Съответно теглото на въздуха (по-правилно би било да се каже маса) се определя по формулата m(h) = ρ(h)*V, където V е дадения обем.

В израза за зависимостта на плътността от височината може да се отбележи, че температурата и гравитационното ускорение също зависят от височината. Последната зависимост може да се пренебрегне, ако говорим за височини не повече от 1-2 км. Що се отнася до температурата, нейната зависимост от височината е добре описана от следния емпиричен израз: T(h) = T 0 -0,65*h, където T 0 е температурата на въздуха в близост до земната повърхност.

За да не изчисляваме непрекъснато плътността за всяка надморска височина, по-долу предоставяме таблица на зависимостта на основните характеристики на въздуха от надморската височина (до 10 km).

Кой въздух е най-тежкият

Като вземете предвид основните фактори, които определят отговора на въпроса колко въздух тежи, можете да разберете кой въздух ще бъде най-тежкият. Накратко, студеният въздух винаги тежи повече от топлия въздух, тъй като плътността на последния е по-ниска, а сухият въздух тежи повече от влажния въздух. Последното твърдение е лесно за разбиране, тъй като е 29 g/mol, а моларната маса на водната молекула е 18 g/mol, тоест 1,6 пъти по-малко.

Определяне на теглото на въздуха при дадени условия

Сега нека решим конкретен проблем. Нека да отговорим на въпроса колко тежи въздухът, заемащ обем от 150 литра, при температура 288 K. Нека вземем предвид, че 1 литър е хилядна от кубичен метър, т.е. 1 литър = 0,001 m 3. Що се отнася до температурата от 288 K, тя съответства на 15 ° C, тоест е типична за много области на нашата планета. След това трябва да определите плътността на въздуха. Можете да направите това по два начина:

1. Изчислете, като използвате горната формула за надморска височина от 0 метра над морското равнище. В този случай получената стойност е ρ = 1,227 kg/m 3
2. Погледнете таблицата по-горе, която е изградена на базата на T 0 = 288,15 K. Таблицата съдържа стойността ρ = 1,225 kg/m 3.

Така имаме две числа, които се съгласуват добре едно с друго. Малката разлика се дължи на грешка от 0,15 K при определяне на температурата, а също и на факта, че въздухът все още не е идеален газ, а реален газ. Следователно за по-нататъшни изчисления ще вземем средната стойност на двете получени стойности, т.е. ρ = 1,226 kg/m 3.

Сега, като използваме формулата за връзката между маса, плътност и обем, получаваме: m = ρ*V = 1,226 kg/m 3 * 0,150 m 3 = 0,1839 kg или 183,9 грама.

Можете също така да отговорите колко тежи един литър въздух при дадени условия: m = 1,226 kg/m3 * 0,001 m3 = 0,001226 kg или приблизително 1,2 грама.

Защо не усещаме въздуха да ни притиска?

Колко тежи 1 m3 въздух? Малко повече от 1 килограм. Цялата атмосферна маса на нашата планета оказва натиск върху човек с теглото си от 200 кг! Това е доста голяма маса въздух, която може да причини много проблеми на човек. Защо не го усещаме? Това се обяснява с две причини: първо, вътре в самия човек има и вътрешно налягане, което противодейства на външното атмосферно налягане, и второ, въздухът, като газ, упражнява налягане във всички посоки еднакво, тоест наляганията във всички посоки се балансират друго.

Основното физични свойствавъздух: плътност на въздуха, неговия динамичен и кинематичен вискозитет, специфичен топлинен капацитет, топлопроводимост, топлопроводимост, число на Прандтл и ентропия. Свойствата на въздуха са дадени в таблици в зависимост от температурата при нормално атмосферно налягане.

Плътност на въздуха в зависимост от температурата

Представена е подробна таблица на стойностите на плътността на сухия въздух при различни температури и нормално атмосферно налягане. Каква е плътността на въздуха? Плътността на въздуха може да се определи аналитично, като масата му се раздели на обема, който заема.при определени условия (налягане, температура и влажност). Можете също така да изчислите неговата плътност, като използвате формулата на уравнението на състоянието на идеалния газ. За да направите това, трябва да знаете абсолютно наляганеи температурата на въздуха, както и неговата газова константа и моларен обем. Това уравнение ви позволява да изчислите сухата плътност на въздуха.

На практика, за да разберете каква е плътността на въздуха при различни температури, удобно е да използвате готови таблици. Например, таблицата по-долу показва плътността на атмосферния въздух в зависимост от неговата температура. Плътността на въздуха в таблицата е изразена в килограми на кубичен метър и е дадена в температурния диапазон от минус 50 до 1200 градуса по Целзий при нормално атмосферно налягане (101325 Pa).

При 25°C въздухът има плътност 1,185 kg/m3.При нагряване плътността на въздуха намалява - въздухът се разширява (специфичният му обем се увеличава). При повишаване на температурата, например до 1200°C, се постига много ниска плътност на въздуха, равна на 0,239 kg/m 3, което е 5 пъти по-малко от стойността му при стайна температура. Като цяло намаляването по време на нагряване позволява да се осъществи процес като естествена конвекция и се използва, например, в аеронавтиката.

Ако сравним плътността на въздуха спрямо , тогава въздухът е с три порядъка по-лек - при температура 4°C плътността на водата е 1000 kg/m3, а плътността на въздуха е 1,27 kg/m3. Също така е необходимо да се отбележи плътността на въздуха при нормални условия. Нормални условия за газове са тези, при които тяхната температура е 0°C и налягането е равно на нормалното атмосферно налягане. Така, според таблицата, плътността на въздуха при нормални условия (при NL) е 1,293 kg/m 3.

Динамичен и кинематичен вискозитет на въздуха при различни температури

При извършване на топлинни изчисления е необходимо да се знае стойността на вискозитета на въздуха (коефициент на вискозитет) при различни температури. Тази стойност е необходима за изчисляване на числата на Reynolds, Grashof и Rayleigh, чиито стойности определят режима на потока на този газ. Таблицата показва стойностите на динамичните коефициенти μ и кинематичен ν вискозитет на въздуха в температурния диапазон от -50 до 1200°C при атмосферно налягане.

Коефициентът на вискозитет на въздуха се увеличава значително с повишаване на температурата.Например, кинематичният вискозитет на въздуха е равен на 15,06 10 -6 m 2 / s при температура 20 ° C, а с повишаване на температурата до 1200 ° C вискозитетът на въздуха става равен на 233,7 10 -6 m 2 /s, тоест се увеличава 15,5 пъти! Динамичният вискозитет на въздуха при температура 20°C е 18,1·10 -6 Pa·s.

Когато въздухът се нагрява, стойностите на кинематичния и динамичния вискозитет се увеличават. Тези две величини са свързани помежду си чрез плътността на въздуха, чиято стойност намалява, когато този газ се нагрява. Увеличаването на кинематичния и динамичния вискозитет на въздуха (както и на други газове) при нагряване е свързано с по-интензивни вибрации на въздушните молекули около тях равновесно състояние(по МКТ).

Забележка: Бъдете внимателни! Вискозитетът на въздуха е даден на степен 10 6 .

Специфичен топлинен капацитет на въздуха при температури от -50 до 1200°C

Представена е таблица на специфичния топлинен капацитет на въздуха при различни температури. Топлинният капацитет в таблицата е даден при постоянно налягане (изобарен топлинен капацитет на въздуха) в температурния диапазон от минус 50 до 1200°C за въздух в сухо състояние. Какъв е специфичният топлинен капацитет на въздуха? Специфичният топлинен капацитет определя количеството топлина, което трябва да се достави на един килограм въздух при постоянно налягане, за да се повиши температурата му с 1 градус. Например, при 20°C, за нагряване на 1 kg от този газ с 1°C в изобарен процес са необходими 1005 J топлина.

Специфичният топлинен капацитет на въздуха се увеличава с повишаване на температурата.Зависимостта на масовия топлинен капацитет на въздуха от температурата обаче не е линейна. В диапазона от -50 до 120°C стойността му практически не се променя - при тези условия средният топлинен капацитет на въздуха е 1010 J/(kg deg). Според таблицата може да се види, че температурата започва да има значителен ефект от стойност от 130°C. Въпреки това, температурата на въздуха влияе много по-малко върху неговия специфичен топлинен капацитет, отколкото неговия вискозитет. Така при нагряване от 0 до 1200°C топлинният капацитет на въздуха нараства само 1,2 пъти - от 1005 до 1210 J/(kg deg).

Трябва да се отбележи, че топлинният капацитет на влажния въздух е по-висок от този на сухия въздух. Ако сравним въздуха, очевидно е, че водата има по-висока стойност и съдържанието на вода във въздуха води до увеличаване на специфичния топлинен капацитет.

Топлопроводимост, топлопроводимост, число на Прандтл за въздух

Таблицата представя такива физични свойства на атмосферния въздух като топлопроводимост, коефициент на топлопроводимост и неговото число на Прандтл в зависимост от температурата. Термофизичните свойства на въздуха са дадени в диапазона от -50 до 1200°C за сух въздух. Според таблицата се вижда, че посочените свойства на въздуха зависят значително от температурата и температурна зависимостРазглежданите свойства на този газ са различни.

Въпреки че не усещаме въздуха около нас, въздухът не е нищо. Въздухът е смес от газове: азот, кислород и др. И газовете, подобно на други вещества, се състоят от молекули и следователно имат тегло, макар и малко.

Експериментите могат да се използват, за да се докаже, че въздухът има тегло. В средата на пръчка с дължина около шестдесет сантиметра ще закрепим въже и ще завържем две еднакви в двата края балон. Нека окачим пръчката на връв и да видим, че виси хоризонтално. Ако сега пробиете един от надутите балони с игла, въздухът ще излезе от него и краят на пръчката, за която е бил вързан, ще се издигне нагоре. Ако пробиете втората топка, пръчката отново ще заеме хоризонтално положение.

Това се случва, защото в надутия балон има въздух. по-стегнати, и следователно по-тежкиотколкото този около него.

Колко тежи въздухът зависи от това кога и къде се претегля. Теглото на въздуха над хоризонтална равнина е атмосферното налягане. Както всички обекти около нас, въздухът също е обект на гравитация. Именно това придава на въздуха тегло, равно на 1 кг на квадратен сантиметър. Плътността на въздуха е около 1,2 kg/m 3, т.е. куб със страна 1 m, пълен с въздух, тежи 1,2 kg.

Въздушен стълб, издигащ се вертикално над Земята, се простира на няколкостотин километра. Това означава, че въздушен стълб с тегло около 250 kg притиска човек, стоящ изправен, върху главата и раменете му, чиято площ е приблизително 250 cm 2!

Не бихме могли да издържим такава тежест, ако тя не се противопоставяше на същото налягане в тялото ни. Следният опит ще ни помогне да разберем това. Ако опънете лист хартия с две ръце и някой го натисне с пръст от едната страна, резултатът ще бъде същият - дупка в хартията. Но ако натиснете два показалеца на едно и също място, но от различни страни, нищо няма да се случи. Натискът от двете страни ще бъде еднакъв. Същото се случва с налягането на въздушния стълб и противоналягането вътре в нашето тяло: те са равни.

Между другото...

В ежедневието, когато претегляме нещо, ние го правим във въздуха и затова пренебрегваме теглото му, тъй като теглото на въздуха във въздуха е нула. Например, ако претеглим празна стъклена колба, ще считаме получения резултат за теглото на колбата, пренебрегвайки факта, че тя е пълна с въздух. Но ако колбата се затвори и целият въздух се изпомпва от нея, ще получим съвсем различен резултат...

Плътността на въздуха е физическо количество, характеризиращ специфичното тегло на въздуха при природни условияили масата газ в земната атмосфера на единица обем. Стойността на плътността на въздуха е функция от височината на направените измервания, неговата влажност и температура.

Стандартът за плътност на въздуха се приема за 1,29 kg/m3, който се изчислява като отношение на неговата моларна маса(29 g/mol) до моларен обем, който е еднакъв за всички газове (22,413996 dm3), съответстващ на плътността на сух въздух при 0°C (273,15°K) и налягане от 760 mm Hg (101325 Pa) при морското равнище (т.е. при нормални условия).

Неотдавна информация за плътността на въздуха беше получена косвено чрез наблюдения на полярно сияние, разпространение на радиовълни, метеори. От създаването си изкуствени спътнициПлътността на въздуха на Земята започна да се изчислява благодарение на данните, получени от тяхното спиране.

Друг метод е да се наблюдава разпространението на изкуствени облаци от натриева пара, създадени от метеорологични ракети. В Европа плътността на въздуха на земната повърхност е 1,258 kg/m3, на височина пет km - 0,735, на височина двадесет km - 0,087, на височина четиридесет km - 0,004 kg/m3.

Има два вида плътност на въздуха: маса и тегло ( специфично тегло).

Плътността на теглото определя теглото на 1 m3 въздух и се изчислява по формулата γ = G/V, където γ е плътността на теглото, kgf/m3; G е теглото на въздуха, измерено в kgf; V е обемът на въздуха, измерен в m3. Реши това 1 m3 въздух при стандартни условия (барометрично налягане 760 mmHg, t=15°C) тежи 1,225 kgf, въз основа на това, плътността на теглото (специфичното тегло) на 1 m3 въздух е γ = 1,225 kgf/m3.

Трябва да се има предвид, че теглото на въздуха е променлива величинаи варира в зависимост от различни условия, като напр географска ширинаи силата на инерцията, която възниква, когато Земята се върти около оста си. На полюсите теглото на въздуха е с 5% по-голямо, отколкото на екватора.

Плътността на въздушната маса е масата на 1 m3 въздух, обозначена с гръцката буква ρ. Както знаете, телесното тегло е постоянна величина. За единица маса се приема масата на тежест от платинен иридид, която се намира в Международната камара за мерки и теглилки в Париж.

Плътността на въздушната маса ρ се изчислява по следната формула: ρ = m / v. Тук m е масата на въздуха, измерена в kg×s2/m; ρ е неговата масова плътност, измерена в kgf×s2/m4.

Плътността на масата и теглото на въздуха зависи от: ρ = γ / g, където g е коефициентът на гравитационно ускорение, равен на 9,8 m/s². От това следва, че масовата плътност на въздуха при стандартни условия е 0,1250 kg × s2/m4.

Когато барометричното налягане и температурата се променят, плътността на въздуха се променя. Въз основа на закона на Бойл-Мариот, колкото по-голямо е налягането, толкова по-голяма е плътността на въздуха. Въпреки това, тъй като налягането намалява с надморската височина, плътността на въздуха също намалява, което въвежда свои собствени корекции, в резултат на което законът за промяна на вертикалното налягане става по-сложен.

Уравнението, което изразява този закон за промяна на налягането с височина в атмосфера в покой, се нарича основно уравнение на статиката.

Той гласи, че с увеличаване на надморската височина налягането се променя надолу и когато се издига на същата височина, намаляването на налягането е толкова по-голямо, колкото повече Още силагравитация и плътност на въздуха.

Промените в плътността на въздуха играят важна роля в това уравнение. В резултат на това можем да кажем, че колкото по-високо се издигнете, толкова по-малко налягане ще падне, когато се издигнете на същата височина. Плътността на въздуха зависи от температурата, както следва: в топъл въздух налягането намалява по-малко интензивно, отколкото в студен въздух, следователно със същото количество еднаква височинана топло въздушна масаналягането е по-високо, отколкото при студено.

При променящи се стойности на температурата и налягането, масовата плътност на въздуха се изчислява по формулата: ρ = 0,0473xB / T. Тук B е барометричното налягане, измерено в mm живачен стълб, T е температурата на въздуха, измерена в Келвин .

Как да изберем, според какви характеристики, параметри?

Какво е индустриален изсушител сгъстен въздух? Прочетете за това, най-интересната и подходяща информация.

Какви са текущите цени на озонотерапията? Ще научите за това в тази статия:
. Прегледи, показания и противопоказания за озонотерапия.

Плътността се определя и от влажността на въздуха. Наличието на водни пори води до намаляване на плътността на въздуха, което се обяснява с ниската моларна маса на водата (18 g/mol) на фона на моларната маса на сухия въздух (29 g/mol). Влажният въздух може да се разглежда като смес от идеални газове, във всеки от които комбинацията от плътности позволява да се получи необходимата стойност на плътността на тяхната смес.

Този вид интерпретация дава възможност да се определят стойности на плътността с ниво на грешка по-малко от 0,2% в температурния диапазон от −10 °C до 50 °C. Плътността на въздуха ви позволява да получите стойността на неговото съдържание на влага, което се изчислява чрез разделяне на плътността на водната пара (в грамове), съдържаща се във въздуха, на плътността на сухия въздух в килограми.

Основното уравнение на статиката не ни позволява да решаваме постоянно възникващи практически проблеми в реалните условия на променяща се атмосфера. Следователно, той се решава при различни опростени допускания, които съответстват на действителните реални условия, като се правят редица частични допускания.

Основното уравнение на статиката позволява да се получи стойността на вертикалния градиент на налягането, който изразява промяната на налягането по време на изкачване или спускане на единица височина, т.е. промяната на налягането на единица вертикално разстояние.

Вместо вертикален градиент, те често използват неговата обратна стойност - нивото на налягане в метри на милибар (понякога има и остаряла версия на термина „градиент на налягането“ - барометричен градиент).

Ниската плътност на въздуха определя малко съпротивление при движение. Много сухоземни животни в хода на еволюцията се възползваха от екологичните предимства на това свойство на въздушната среда, поради което придобиха способността да летят. 75% от всички видове сухоземни животни са способни на активен полет. Те са предимно насекоми и птици, но има и бозайници и влечуги.

Видео по темата "Определяне на плътността на въздуха"

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Атмосферен въздухе смес от много газове. Въздухът има сложен състав. Основните му компоненти могат да бъдат разделени на три групи: постоянни, променливи и произволни. Първите включват кислород (съдържанието на кислород във въздуха е около 21% от обема), азот (около 86%) и така наречените инертни газове (около 1%).

Съдържание компонентипрактически не зависи от къде глобусвзета е проба от сух въздух. Втората група включва въглероден диоксид (0,02 - 0,04%) и водна пара (до 3%). Съдържанието на произволни компоненти зависи от местните условия: в близост до металургични заводи във въздуха често се смесват забележими количества серен диоксид, на места, където се разлагат органични остатъци - амоняк и др. В допълнение към различни газове във въздуха винаги има повече или по-малко прах.

Плътността на въздуха е количеството равна на масатагаз в земната атмосфера, разделено на единица обем. Зависи от налягането, температурата и влажността. Съществува стандартна стойност за плътност на въздуха - 1,225 kg/m 3, съответстваща на плътността на сух въздух при температура 15 o C и налягане 101330 Pa.

Знаейки от опит масата на литър въздух при нормални условия (1,293 g), можем да изчислим молекулното тегло, което въздухът би имал, ако беше отделен газ. Тъй като грам молекула от всеки газ заема обем от 22,4 литра при нормални условия, средното молекулно тегло на въздуха е равно на

22,4 × 1,293 = 29.

Това число - 29 - трябва да се помни: знаейки го, е лесно да се изчисли плътността на всеки газ спрямо въздуха.

Плътност на течния въздух

При достатъчно охлаждане въздухът преминава в течно състояние. Течният въздух може да се съхранява доста дълго време в съдове с двойни стени, от пространството между които въздухът се изпомпва, за да се намали преносът на топлина. Подобни съдове се използват например в термоси.

Свободно се изпарява при нормални условиятечният въздух има температура около (-190 o C). Съставът му не е постоянен, тъй като азотът се изпарява по-лесно от кислорода. Тъй като азотът се отстранява, цветът на течния въздух се променя от синкав до бледосин (цветът на течния кислород).

В течния въздух етиловият алкохол, диетиловият етер и много газове лесно се превръщат в твърди вещества. Ако, например, въглеродният диоксид премине през течен въздух, той се превръща в бели люспи, подобни на външен вид. външен видкъм снега. Живакът, потопен в течен въздух, става твърд и ковък.

Много вещества, охлаждани от течен въздух, драматично променят свойствата си. Така пукнатината и калайът стават толкова крехки, че лесно се превръщат в прах, оловна камбана издава ясен звън, а замръзнала гумена топка се разбива на парчета, ако се пусне на пода.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2