Фізичні властивості повітря: густина, в'язкість, питома теплоємність. Скільки важить повітря Зміна густини повітря з висотою

Багатьох може здивувати той факт, що повітря має певну ненульову вагу. Точне значенняцієї ваги визначити не так просто, оскільки на неї сильно впливають такі фактори, як хімічний склад, вологість, температура та тиск. Розглянемо докладніше питання, скільки важить повітря.

Що таке повітря

Перш ніж відповідати на питання про те, скільки важить повітря, необхідно розібратися з тим, що є ця субстанція. Повітря - це газова оболонка, яка існує навколо нашої планети, і яка є гомогенною сумішшю різних газів. До складу повітря входять такі 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 у 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 на рідкий станшляхом збільшення тиску та зменшення температури. Оскільки кожен компонент повітря має свою температуру 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 запитання, скільки важить кубометр повітря? Звичайно, ряд факторів, які можуть сильно впливати на цю вагу.

По-перше, це хімічний склад. Вище наведено дані для складу чистого повітря, проте, в даний час це повітря в багатьох місцях планети сильно забруднене, 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, яка міститься в атмосфері. Чим вологіше повітря, тим менше воно важить за інших рівних умов.

По-третє, температура. Це один із важливих факторів, Чим менше її значення, тим вище щільність повітря, і, тим більше його вага.

По-четверте, атмосферний тискщо безпосередньо відображає кількість молекул повітря в певному обсязі, тобто його вагу.

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 розглядати аналогічний об'єм повітря поблизу поверхні моря при температурі 0° C, то його маса вже дорівнюватиме 1,293 кг, тобто збільшиться на 7,3%.

Зміна густини повітря з висотою

Зі збільшенням висоти падає тиск повітря, відповідно, зменшується його щільність та вага. Атмосферне повітряпри тисках, які спостерігаються на Землі, можна у першому наближенні вважати ідеальним газом. Це означає, що тиск і щільність повітря математично зв'язуються один з одним через рівняння стану ідеального газу: P = ρ*R*T/M, де P - тиск, ρ - щільність, T - температура в кельвінах, M - молярна маса повітря, R – універсальна газова постійна.

З наведеної вище формули можна отримати формулу залежності щільності повітря від висоти, якщо врахувати, що тиск змінюється згідно із законом P = P 0 +ρ*g*h, де P 0 - тиск на поверхні землі, g - прискорення вільного падіння, h – висота. Підставляючи цю формулу для тиску в попередній вираз і виражаючи щільність, отримуємо: ρ(h) = P 0 *M/(R*T(h)+g(h)*M*h). За допомогою цього виразу можна визначити густину повітря на будь-якій висоті. Відповідно, вага повітря (правильніше говорити маса) визначається за формулою m(h) = ρ(h)*V, де V - заданий об'єм.

У вираженні залежності щільності від висоти можна помітити, що від висоти також залежить температура і прискорення вільного падіння. Останню залежність можна знехтувати, якщо йдеться про висоти не більше 1-2 км. Що ж до температури, її залежність від висоти добре описується наступним емпіричним виразом: T(h) = T 0 -0,65*h, де T 0 - температура повітря поблизу поверхні землі.

Щоб не обчислювати постійно щільність кожної висоти, нижче наведемо таблицю залежності основних показників 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, яке повітря буде найважчим. Говорячи коротко, холодне повітря важить завжди більше, ніж тепле, оскільки щільність останнього нижче, і сухе повітря важить більше, ніж вологе. Останнє твердження легко зрозуміти, оскільки становить 29 г/моль, а молярна маса молекули води дорівнює 18 г/моль, тобто менше 1,6 раза.

Визначення ваги повітря за заданих умов

Тепер вирішимо конкретне завдання. Відповімо на запитання 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 м 3 . Що стосується температури 288 К, то вона відповідає 15 ° C, тобто є типовою для багатьох районів нашої планети. Далі потрібно визначити густину повітря. Зробити це можна двома способами:

1. Розрахувати за наведеною вище формулою для висоти 0 метрів над рівнем моря. У цьому випадку виходить значення ρ = 1,227 кг/м3
2. Подивитися у наведену вище таблицю, яка побудована, виходячи з T 0 = 288,15 К. У таблиці стоїть значення ρ = 1,225 кг/м 3 .

Таким чином, вийшло два числа, які добре узгоджуються. Невелика відмінність пов'язана з похибкою 0,15 К при визначенні температури, а також з тим, що повітря є все ж таки не ідеальним, а реальним газом. Тому для подальших розрахунків візьмемо середнє із двох отриманих значень, тобто ρ = 1,226 кг/м 3 .

Тепер, користуючись формулою зв'язку маси, густини та об'єму, отримуємо: m = ρ*V = 1,226 кг/м 3 * 0,150 м 3 = 0,1839 кг або 183,9 грама.

Також можна відповісти скільки важить літр повітря за заданих умов: m = 1,226 кг/м 3 * 0,001 м 3 = 0,001226 кг або приблизно 1,2 грама.

Чому ми не відчуваємо, що повітря тисне на нас

Скільки важить 1 м3 повітря? Трохи більше ніж 1 кілограма. Весь атмосферний стіл нашої планети тисне на людину своєю вагою в 200 кг! Це досить велика маса повітря, яка могла б завдати багато неприємностей людині. Чому ж ми її не відчуваємо? Це пояснюється двома причинами: по-перше, всередині самої людини є також внутрішній тиск, який протидіє зовнішньому атмосферному тиску, по-друге, повітря, будучи газом, тиск у всіх напрямках однаково, тобто тиску в усіх напрямках врівноважують один одного.

Хоча ми й не відчуваємо повітря довкола себе, повітря – це не ніщо. Повітря - це суміш газів: азоту, кисню та інших. А гази, як і інші речовини, складаються з молекул, і тому мають вагу, хоч і невелику.

За допомогою досвіду можна довести, що повітря має вагу. На середині палиці довжиною сантиметрів у шістдесят зміцнимо мотузку, а до обох її кінців прив'яжемо два однакових. повітряних кульки. Підвісимо палицю за мотузку і побачимо, що вона висить горизонтально. Якщо тепер проткнути голкою одну з надутих кульок, з неї вийде повітря, і той кінець палиці, до якого він був прив'язаний, підніметься вгору. Якщо проколоти і другу кульку, то палиця знову займе горизонтальне положення.

Це відбувається тому що повітря в надутій кульці щільніше, а значить, і важченіж той, що знаходиться навколо нього.

Скільки важить повітря, залежить від того, коли та де його зважують. Вага повітря над горизонтальною площиною – це атмосферний тиск. Як і всі предмети, що оточують нас, повітря теж схильний до земного тяжіння. Воно-то і наділяє повітря вагою, яка дорівнює 1 кг на квадратний сантиметр. Щільність повітря дорівнює близько 1,2 кг/м 3 тобто куб зі стороною 1 м, наповнений повітрям, важить 1,2 кг.

Повітряний стовп, що вертикально піднімається над Землею, тягнеться на кілька сотень кілометрів. Значить, на людину, що стоїть прямо, на її голову і плечі, площа яких становить приблизно 250 см 2 , тисне стовп повітря вагою близько 250 кг!

Ми не змогли б витримувати таку тяжкість, якби їй не протистояв такий самий тиск усередині нашого тіла. Наступний досвід допоможе нам зрозуміти це. Якщо розтягнути двома руками паперовий лист і хтось з одного боку натисне на нього пальцем, то результат буде один – дірка у папері. Але якщо натиснути двома вказівними пальцями на те саме місце, але з різних сторін, нічого не станеться. Тиск з обох боків буде однаковим. Те саме відбувається і з тиском повітряного стовпа і зустрічним тиском усередині нашого тіла: вони рівні.

Повітря має вагу і з усіх боків тисне на наше тіло.
Але він не може роздавити нас, бо зустрічний тиск тіла дорівнює зовнішньому.
Зображений вище простий досвід робить це очевидним:
якщо з одного боку натиснути пальцем на аркуш паперу, він порветься;
але якщо натиснути на нього з обох боків, цього не станеться.

До речі...

У повсякденності, коли ми щось зважуємо, ми робимо це в повітрі, і тому ми нехтуємо його вагою, тому що вага повітря в повітрі дорівнює нулю. Наприклад, якщо ми зважимо порожню скляну колбу, ми вважатимемо отриманий результат вагою колби, нехтуючи тим, що вона наповнена повітрям. А от якщо колбу закрити герметично та відкачати з неї все повітря, ми отримаємо зовсім інший результат.

03.05.2017 14:04 1392

Скільки важить повітря.

Незважаючи на те, що ми не можемо побачити деякі речі, що існують у природі, це зовсім не означає, що їх немає. Так само і з повітрям - воно невидиме, але ми їм дихаємо, відчуваємо його, значить воно є.

У всього існуючого є своя вага. А чи є він біля повітря? І якщо так, то скільки важить повітря? Давайте це з'ясуємо.

Коли ми щось зважуємо (наприклад, яблуко, тримаючи його за гілочку), ми робимо це у повітрі. Тому ми не враховуємо самого повітря, оскільки вага повітря в повітрі дорівнює нулю.

Наприклад, якщо ми візьмемо порожню скляну пляшку і зважимо її, отриманий результат ми вважатимемо вагою колби, не замислюючись у тому, що вона наповнена повітрям. Однак, якщо ми щільно закриємо пляшку і відкачаємо з неї повітря, то отримаємо вже зовсім інший результат. Ось так то.

Повітря складається із з'єднання кількох газів: кисню, азоту та інших. Гази дуже легкі речовини, але все ж таки вони мають вагу, хоча і не великий.

Для того, щоб переконатися, що повітря має вагу, попросіть дорослих допомогти вам провести наступний нескладний досвід: Візьмемо палицю приблизно 60 см завдовжки і на її середині прив'яжемо мотузку.

Далі, до обох кінців нашої палиці прикріпимо 2 надутих однакових за розміром повітряних кульок. А тепер підвісимо нашу конструкцію за мотузку, прив'язану до її середини. В результаті ми побачимо, що вона висить горизонтально.

Якщо ми зараз візьмемо голку і проткнемо нею одну з надутих кульок, з неї вийде повітря, і той кінець палиці, до якого він був прив'язаний, підніметься вгору. А якщо ми проколемо і другу кульку, то кінці палиці зрівняються і вона знову висітиме горизонтально.

Що це означає? А те, що повітря в надутій кульці щільніше (тобто важче), ніж те, що знаходиться навколо нього. Тому коли кулька здулася, вона стала легшою.

Вага повітря залежить від різних факторів. Так, наприклад, повітря над горизонтальною площиною - це атмосферний тиск.

Повітря, як і всі предмети, які нас оточують, схильний до земного тяжіння. Саме воно надає повітрю ваги, яка дорівнює 1 кілограму на квадратний сантиметр. При цьому густина повітря дорівнює близько 1,2 кг/м3, тобто куб зі стороною 1 м, наповнений повітрям, важить 1,2 кг.

Повітряний стовп, що вертикально піднімається над Землею, тягнеться на кілька сотень кілометрів. Це означає, що прямо людини, що стоїть, на його голову та плечі (площа яких становить приблизно 250 квадратних сантиметрів, тисне стовп повітря вагою близько 250 кг!).

Якби такій величезній тяжкості не протистояв такий же тиск усередині нашого тіла, ми просто не змогли б її витримувати і вона розчавила б нас. Існує ще один цікавий досвід, який допоможе зрозуміти все, що ми сказали вище:

Беремо аркуш бимаги і розтягуємо його двома руками. Потім попросимо когось (наприклад молодшу сестричку) з одного боку натиснути на нього пальцем. Що вийшло? Звичайно ж, на папері утворилася дірка.

А тепер проробимо те саме ще раз, тільки тепер потрібно буде натиснути на те саме місце двома вказівними пальцями, але з різних боків. Вуаль! Папір залишився цілим! Бажаєте знати чому?

Просто тиск нам аркуш паперу з обох боків був однаковий. Те саме відбувається і з тиском повітряного стовпа і зустрічним тиском усередині нашого тіла: вони рівні.

Таким чином, ми з'ясували, що повітря має вагу і з усіх боків тисне їм на наше тіло. Однак він не може роздавити нас, оскільки зустрічний тиск нашого тіла дорівнює зовнішньому, тобто атмосферному.

Зроблений нами останній досвід показав це наочно: якщо натиснути на аркуш паперу з одного боку, він порветься. Але якщо зробити це з обох боків, цього не станеться.

Фізика на кожному кроці Перельман Яків Ісидорович

Скільки важить повітря у кімнаті?

Чи можете ви хоч приблизно сказати, який вантаж є повітрям, що вміщається вашою кімнатою? Кілька грамів чи кілька кілограмів? Чи можете ви підняти такий вантаж одним пальцем чи ледве втримали б його на плечах?

Тепер, мабуть, уже не знайдеться людей, які думають, як вважали давні, що повітря зовсім нічого не важить. Але сказати, скільки важить певний обсяг повітря, багато хто й зараз не зможе.

Запам'ятайте ж, що літровий кухоль повітря тієї щільності, яку він має поблизу земної поверхні при звичайній кімнатній температурі, важить близько 1.2 г. Так як у кубічному метрі міститься 1 тис. л, то кубометр повітря важить у тисячу разів більше, ніж 1.2 г, а саме 1,2 кг. Тепер неважко вже відповісти на поставлене раніше питання. Для цього потрібно лише дізнатися, скільки кубічних метріву вашій кімнаті, і тоді визначиться вага повітря, що міститься в ній.

Нехай кімната має площу 10 м 2 , а висоту – 4 м. У такій кімнаті 40 кубометрів повітря, яке важить, отже, сорок разів по 1,2 кг. Це становитиме 48 кг.

Отже, навіть у такій невеликій кімнаті повітря важить трохи менше, ніж ви самі. Віднести на плечах подібний вантаж вам вдалося б не без зусиль. А повітря вдвічі більш просторої кімнати, навантажене на вашу спину, могло б вас роздавити.

Цей текст є ознайомлювальним фрагментом.З книги Нова книга фактів. Том 3 [Фізика, хімія та техніка. Історія та археологія. Різне] автора Кондрашов Анатолій Павлович

З книги Історія свічки автора Фарадей Майкл

З книги П'ять невирішених проблем науки автора Віггінс Артур

З книги Фізика на кожному кроці автора Перельман Яків Ісидорович

З книги Рух. Теплота автора Китайгородський Олександр Ісаакович

З книги МИКОЛА ТЕСЛА. лекції. СТАТТІ. автора Тесла Нікола

Як зрозуміти складні закони фізики. 100 простих та захоплюючих досвідів для дітей та їх батьків автора Дмитрієв Олександр Станіславович

З книги Марія Кюрі. Радіоактивність та елементи [Найпотаємніший секрет матерії] автора Паєс Адела Муньос

З книги автора

ЛЕКЦІЯ ІІ СВІЧКА. Яскравість полум'я. ДЛЯ ГОРЕННЯ НЕОБХІДНО ПОВІТРЯ. ОСВІТА ВОДИ На минулій лекції ми розглянули загальні властивості та розташування рідкої частини свічки, а також те, яким чином ця рідина потрапляє туди, де відбувається горіння. Ви переконалися, що коли свічка

З книги автора

Повітря місцевого виробництва Оскільки внутрішні планети - Меркурій, Венера, Земля і Марс - розташовані близько до Сонця (рис. 5.2), цілком розумно припустити, що вони складаються з однієї сировини. Так і є. Мал. 5.2. Орбіти планет Сонячної системи

З книги автора

Скільки повітря ви вдихаєте? Цікаво підрахувати також, скільки важить те повітря, яке ми вдихаємо та видихаємо протягом однієї доби. При кожному вдиху людина вводить у свої легені близько півлітра повітря. Робимо ж ми за хвилину, середнім числом, 18 вдихань. Значить, за одну

З книги автора

Скільки важить все повітря Землі? Досліди, зараз описані, показують, що стовп води в 10 м висоти важить стільки ж, скільки стовп повітря від Землі до верхньої межі атмосфери, тому вони і врівноважують один одного. Неважко вирахувати тому, скільки важить

З книги автора

Залізна пара і тверде повітря Чи не правда - дивне поєднання слів? Однак це зовсім не нісенітниця: і залізна пара, і тверде повітря існують у природі, але тільки не за звичайних умов. Про які ж умови йде мова? Стан речовини визначається двома

З книги автора

ПЕРШІ СПРОБИ ОТРИМАТИ САМО-ДІЇ ДІВАЛЬНИК - МЕХАНІЧНИЙ ОСЦИЛЯТОР - РОБОТА ДЮАРА І ЛІНДЕ - РІДКЕ ПОВІТРЯ Усвідомивши цю істину, я почав вишукувати шляхи моїх і ть

З книги автора

51 Приручена блискавка прямо в кімнаті – і безпечно! Для досвіду нам знадобляться: дві повітряні кульки. Страшний електричний розряд б'є прямо з хмари, спалюючи все, у що потрапляє. Видовище це і страшно, і приваблює. Блискавка небезпечна, вона вбиває все живе.

З книги автора

СКІЛЬКИ? Ще до початку вивчення уранових променів Марія вже вирішила, що відбитки на фотографічних плівках були неточним методом аналізу, а вона хотіла виміряти інтенсивність променів і порівняти кількість випромінювання різними речовинами. Вона знала: Беккерель

густинаі питомий обсяг вологого повітря є величинами змінними, що залежать від температури та повітряного середовища. Ці величини потрібно знати при підборі вентиляторів для вирішення завдань, пов'язаних з переміщенням сушильного агента по повітроводах, при визначенні потужності електродвигунів вентиляторів.

Це маса (вага) 1 куб.м суміші повітря та водяної пари при певній температурі та відносної вологості. Питомий обсяг є обсяг повітря і водяної пари, що припадає на 1 кг сухого повітря.

Волого- та тепломіст

Маса в грамах, що припадає на одиницю маси (1 кг) сухого повітря, у загальному їх обсязі називається вологовмістом повітря. Воно виходить шляхом розподілу величини густини водяної пари, що міститься в повітрі, вираженої в грамах, на величину густини сухого повітря в кілограмах.

Щоб визначити витрати тепла на вологи, потрібно знати величину тепломістку вологого повітря. Під цією величиною розуміється , що міститься в суміші повітря та водяної пари. Воно чисельно дорівнює сумі:

тепломістку сухої частини повітря, нагрітого до температури процесу сушіння

тепломістку водяної пари в повітрі при 0°С

тепловмісту цієї пари, нагрітої до температури процесу сушіння

Тепловміст вологого повітрявиявляється у кілокалоріях на 1 кг сухого повітря чи джоулях. Кілокалорія- це технічна одиниця теплоти, що витрачається на нагрівання 1 кг води на 1 ° С (при температурі від 14,5 до 15,5 ° С). У системі СІ

 

Можливо, буде корисно почитати:

• Кулемети Росії Калашніков - провідний післявоєнний розробник ссср;
• Гени мітохондріальної днк;
• Сумісність Риб і Риб: безкорислива любов чи нестабільні відносини Сумісність по гороскопу риби немов;
• Як повернути коханого чоловіка без спілкування - перевірені змови сильних відунів Як повернути людину до себе;
• Сколеціфобія та боротьба з нею;
• Експерти висловилися за продовження роботи МКС;
• Будова та життєдіяльність інфузорій на прикладі інфузорії-туфельки;
• Архієпископ Іонафан (Єлецьких): Біля витоків народження Української Православної Церкви;