Mulți oameni pot fi surprinși de faptul că aerul are o anumită greutate diferită de zero. Valoarea exactă a acestei greutăți nu este atât de ușor de determinat, deoarece este puternic influențată de factori precum compoziția chimică, umiditatea, temperatura și presiunea. Să aruncăm o privire mai atentă la întrebarea cât cântărește aerul.
Ce este aerul
Înainte de a răspunde la întrebarea cât cântărește aerul, este necesar să înțelegem ce este această substanță. Aerul este un înveliș gazos care există în jurul planetei noastre și care este un amestec omogen de diferite gaze. Aerul conține următoarele gaze:
- azot (78,08%);
- oxigen (20,94%);
- argon (0,93%);
- vapori de apă (0,40%);
- dioxid de carbon (0,035%).
Pe lângă gazele enumerate mai sus, aerul conține și cantități minime de neon (0,0018%), heliu (0,0005%), metan (0,00017%), cripton (0,00014%), hidrogen (0,00005%), amoniac (0,0003%).
Este interesant de observat căPuteți separa aceste componente dacă condensați aerul, adică îl transformați în stare lichidă prin creșterea presiunii și scăderea temperaturii. Deoarece fiecare componentă a aerului are propria sa temperatură de condensare, în acest fel este posibilă izolarea tuturor componentelor de aer, care este folosit în practică.
Greutatea aerului și factorii care o afectează
Ce te împiedică să răspunzi exact la întrebarea, cât cântărește un metru cub de aer? Desigur, o serie de factori care pot influența foarte mult această greutate.
În primul rând, este compoziția chimică. Mai sus sunt datele pentru compoziția aerului curat, cu toate acestea, în prezent acest aer este puternic poluat în multe locuri de pe planetă, respectiv, compoziția sa va fi diferită. Astfel, în apropierea orașelor mari, aerul conține mai mult dioxid de carbon, amoniac, metan decât aerul din zonele rurale.
În al doilea rând, umiditatea, adică cantitatea de vapori de apă conținută în atmosferă. Cu cât aerul este mai umed, cu atât cântărește mai puțin, celel alte lucruri fiind egale.
Al treilea, temperatura. Acesta este unul dintre factorii importanți, cu cât valoarea sa este mai mică, cu atât densitatea aerului este mai mare și, în consecință, cu atât greutatea sa este mai mare.
În al patrulea rând, presiunea atmosferică, care reflectă direct numărul de molecule de aer dintr-un anumit volum, adică greutatea acestuia.
Pentru a înțelege modul în care combinația acestor factori afectează greutatea aerului, să luăm un exemplu simplu: masa unui metru de aer cub uscat la o temperatură de 25 ° C, situată aproape de suprafața pământului,este de 1,205 kg, dar dacă luăm în considerare un volum similar de aer lângă suprafața mării la o temperatură de 0 ° C, atunci masa lui va fi deja egală cu 1,293 kg, adică va crește cu 7,3%.
Modificarea densității aerului cu înălțimea
Pe măsură ce înălțimea crește, presiunea aerului scade, respectiv, densitatea și greutatea acestuia scad. Aerul atmosferic la presiuni care se observă pe Pământ poate fi considerat un gaz ideal ca o primă aproximare. Aceasta înseamnă că presiunea și densitatea aerului sunt legate matematic între ele prin ecuația de stare a unui gaz ideal: P=ρRT/M, unde P este presiunea, ρ este densitatea, T este temperatura în kelvin, M este masa molară a aerului, R este constanta universală a gazului.
Din formula de mai sus, puteți obține formula pentru dependența densității aerului de înălțime, având în vedere că presiunea se modifică conform legii P=P0+ρ gh, unde P 0 - presiunea la suprafața pământului, g - accelerația de cădere liberă, h - înălțime. Înlocuind această formulă pentru presiune în expresia anterioară și exprimând densitatea, obținem: ρ(h)=P0M/(RT(h)+g(h) M h). Folosind această expresie, puteți determina densitatea aerului la orice înălțime. În consecință, greutatea aerului (mai corect, masa) este determinată de formula m(h)=ρ(h)V, unde V este volumul dat.
În expresia pentru dependența densității de înălțime, se poate observa că temperatura și accelerația căderii libere depind și de înălțime. Ultima dependență poate fi neglijată dacă vorbim de înălțimi de cel mult 1–2 km. În ceea ce privește temperatura, acestadependența de altitudine este bine descrisă de următoarea expresie empirică: T(h)=T0-0, 65h, unde T0 este temperatura aerului lângă suprafața solului.
Pentru a nu calcula constant densitatea pentru fiecare înălțime, mai jos este un tabel al dependenței principalelor caracteristici ale aerului de înălțime (până la 10 km).
Care aer este cel mai greu
Luând în considerare principalii factori care determină răspunsul la întrebarea cât cântărește aerul, puteți înțelege care aer va fi cel mai greu. Pe scurt, aerul rece cântărește întotdeauna mai mult decât aerul cald, deoarece densitatea acestuia din urmă este mai mică, iar aerul uscat cântărește mai mult decât aerul umed. Ultima afirmație este ușor de înțeles, deoarece masa molară a aerului este de 29 g/mol, iar masa molară a unei molecule de apă este de 18 g/mol, adică de 1,6 ori mai puțin.
Determinarea greutății aerului în condiții date
Acum să rezolvăm o anumită problemă. Să răspundem la întrebarea cât cântărește aerul, ocupând un volum de 150 de litri, la o temperatură de 288 K. Să considerăm că 1 litru este o miime de metru cub, adică 1 litru=0,001 m3. În ceea ce privește temperatura de 288 K, aceasta corespunde cu 15°C, adică este tipică pentru multe regiuni ale planetei noastre. Următorul pas este determinarea densității aerului. Există două moduri de a face acest lucru:
- Calculați folosind formula de mai sus pentru o înălțime de 0 metri deasupra nivelului mării. În acest caz, se obține valoarea ρ=1,227 kg/m3
- Uitați-vă la tabelul de mai sus, care se bazează pe T0=288,15 K. Tabelul conține valoarea ρ=1,225 kg/m 3.
Astfel, avem două numere care sunt în acord unul cu celăl alt. O mică diferență se datorează unei erori de 0,15 K în determinarea temperaturii și, de asemenea, faptului că aerul nu este încă un ideal, ci un gaz real. Prin urmare, pentru calcule ulterioare, luăm media celor două valori obținute, adică ρ=1, 226 kg/m3.
Acum, folosind formula pentru relația dintre masă, densitate și volum, obținem: m=ρV=1,226 kg/m30,150 m3=0,1839 kg sau 183,9 grame.
De asemenea, puteți răspunde cât cântărește un litru de aer în anumite condiții: m=1,226 kg/m30,001 m3=0,001226 kg sau aproximativ 1,2 grame.
De ce nu simțim aerul apăsând asupra noastră
Cât cântărește 1 m3 de aer? Puțin peste 1 kilogram. Întreaga masă atmosferică a planetei noastre pune presiune asupra unei persoane cu greutatea sa de 200 kg! Aceasta este o masă de aer suficient de mare care ar putea cauza multe probleme unei persoane. De ce nu o simțim? Acest lucru se datorează a două motive: în primul rând, există și presiune internă în interiorul persoanei în sine, care contracarează presiunea atmosferică externă, iar în al doilea rând, aerul, fiind un gaz, exercită presiune în toate direcțiile în mod egal, adică presiunile în toate direcțiile echilibrează fiecare. altele.
