Paljusid inimesi võib üllatada asjaolu, et õhul on teatav nullist erinev kaal. Selle massi täpset väärtust pole nii lihtne määrata, kuna seda mõjutavad tugev alt sellised tegurid nagu keemiline koostis, niiskus, temperatuur ja rõhk. Vaatame lähem alt küsimust, kui palju õhku kaalub.
Mis on õhk
Enne küsimusele, kui palju õhk kaalub, vastamist on vaja mõista, mis ainega on tegu. Õhk on meie planeedi ümber eksisteeriv gaasiline kest, mis on erinevate gaaside homogeenne segu. Õhk sisaldab järgmisi gaase:
- lämmastik (78,08%);
- hapnik (20,94%);
- argoon (0,93%);
- veeaur (0,40%);
- süsinikdioksiid (0,035%).
Lisaks ülalloetletud gaasidele sisaldab õhk minimaalses koguses neooni (0,0018%), heeliumi (0,0005%), metaani (0,00017%), krüptooni (0,00014%), vesinikku (0,00005%), ammoniaak (0,0003%).
Seda on huvitav märkidaSaate need komponendid eraldada, kui kondenseerite õhku, st muudate selle rõhu suurendamise ja temperatuuri langetamise teel vedelaks. Kuna igal õhukomponendil on oma kondensatsioonitemperatuur, on sel viisil võimalik isoleerida kõik komponendid õhust, mida praktikas kasutatakse.
Õhukaal ja seda mõjutavad tegurid
Mis takistab teil täpselt vastata küsimusele, kui palju kaalub kuupmeeter õhku? Muidugi võivad seda kaalu oluliselt mõjutada mitmed tegurid.
Esiteks on see keemiline koostis. Ülal on andmed puhta õhu koostise kohta, kuid praegu on see õhk paljudes kohtades planeedil tugev alt saastunud, vastav alt, selle koostis on erinev. Seega sisaldab õhk suurte linnade läheduses rohkem süsihappegaasi, ammoniaaki ja metaani kui maapiirkondade õhk.
Teiseks õhuniiskus, st atmosfääris sisalduva veeauru hulk. Mida niiskem on õhk, seda vähem see kaalub, kui muud asjad on võrdsed.
Kolmandaks, temperatuur. See on üks olulisi tegureid, mida madalam on selle väärtus, seda suurem on õhutihedus ja vastav alt ka selle kaal.
Neljandaks, atmosfäärirõhk, mis peegeldab otseselt õhumolekulide arvu teatud mahus ehk selle massi.
Et mõista, kuidas nende tegurite kombinatsioon õhukaalu mõjutab, võtame lihtsa näite: ühe meetri kuiva kuupõhu mass temperatuuril 25 ° C, mis asub maapinna lähedal,on 1,205 kg, kuid kui arvestada sarnast õhuhulka merepinna lähedal temperatuuril 0 ° C, siis on selle mass juba 1,293 kg, see tähendab, et see suureneb 7,3%.
Õhutiheduse muutumine kõrgusega
Kõrkuse kasvades väheneb õhurõhk, vastav alt väheneb selle tihedus ja kaal. Maal täheldatud rõhu all olevat atmosfääriõhku võib esmase lähendusena pidada ideaalseks gaasiks. See tähendab, et õhu rõhk ja tihedus on omavahel matemaatiliselt seotud ideaalse gaasi olekuvõrrandi kaudu: P=ρRT/M, kus P on rõhk, ρ on tihedus, T on temperatuur kelvinites, M on õhu molaarmass, R on universaalne gaasikonstant.
Ül altoodud valemist saate valemi õhutiheduse sõltuvuse kõrgusest, arvestades, et rõhk muutub vastav alt seadusele P=P0+ρ gh, kus P 0 - rõhk maapinnal, g - vabalangemise kiirendus, h - kõrgus. Asendades selle rõhu valemi eelmise avaldisega ja väljendades tihedust, saame: ρ(h)=P0M/(RT(h)+g(h) M h). Seda avaldist kasutades saate määrata õhu tiheduse igal kõrgusel. Vastav alt sellele määratakse õhu mass (õigemini mass) valemiga m(h)=ρ(h)V, kus V on antud ruumala.
Tiheduse kõrgusest sõltuvuse avaldises võib märgata, et kõrgusest sõltuvad ka temperatuur ja vabalangemise kiirendus. Viimase sõltuvuse võib tähelepanuta jätta, kui me räägime kõrgustest, mis ei ületa 1–2 km. Mis puutub temperatuuri, siis seekõrgussõltuvust kirjeldab hästi järgmine empiiriline avaldis: T(h)=T0-0, 65h, kus T0 on õhutemperatuur maapinna lähedal.
Et mitte arvutada pidev alt iga kõrguse tihedust, on allpool tabel peamiste õhuomaduste sõltuvuse kohta kõrgusest (kuni 10 km).
Milline õhk on kõige raskem
Võttes arvesse peamisi tegureid, mis määravad vastuse küsimusele, kui palju õhku kaalub, saate aru, milline õhk on kõige raskem. Lühid alt öeldes kaalub külm õhk alati rohkem kui soe õhk, kuna viimase tihedus on väiksem ja kuiv õhk kaalub rohkem kui niiske õhk. Viimast väidet on lihtne mõista, kuna õhu molaarmass on 29 g/mol ja veemolekuli molaarmass on 18 g/mol, st 1,6 korda vähem.
Õhu massi määramine etteantud tingimustes
Nüüd lahendame konkreetse probleemi. Vastame küsimusele, kui palju kaalub õhku, mille ruumala on 150 liitrit, temperatuuril 288 K. Arvestage, et 1 liiter on tuhandik kuupmeetrist, see tähendab, 1 liiter=0,001 m3. Mis puudutab temperatuuri 288 K, siis see vastab 15 ° C-le, see tähendab, et see on tüüpiline paljudele meie planeedi piirkondadele. Järgmine samm on õhu tiheduse määramine. Selleks on kaks võimalust:
- Arvutage ül altoodud valemi abil kõrguse 0 meetrit üle merepinna. Sel juhul saadakse väärtus ρ=1,227 kg/m3
- Vaadake ül altoodud tabelit, mis põhineb T0=288,15 K. Tabel sisaldab väärtust ρ=1,225 kg/m 3.
Nii saime kaks numbrit, mis on omavahel hästi kooskõlas. Väike erinevus tuleneb 0,15 K veast temperatuuri määramisel ja ka sellest, et õhk pole ikka veel ideaalne, vaid tõeline gaas. Seetõttu võtame edasiste arvutuste jaoks kahe saadud väärtuse keskmise, st ρ=1, 226 kg/m3.
Nüüd, kasutades massi, tiheduse ja mahu vahelise seose valemit, saame: m=ρV=1,226 kg/m30,150 m3=0,1839 kg või 183,9 grammi.
Saate vastata ka sellele, kui palju liiter õhku antud tingimustes kaalub: m=1,226 kg/m30,001 m3=0,001226 kg või ligikaudu 1,2 grammi.
Miks me ei tunne, kuidas õhk meid alla surub
Kui palju kaalub 1 m3 õhku? Natuke üle 1 kilogrammi. Kogu meie planeedi atmosfäärilaud avaldab oma 200 kg kaaluga inimesele survet! See on piisav alt suur õhumass, mis võib inimesele palju probleeme tekitada. Miks me seda ei tunne? See on tingitud kahest põhjusest: esiteks on inimese enda sees ka siserõhk, mis mõjub välisele atmosfäärirõhule vastu, ja teiseks, õhk, olles gaas, avaldab rõhku kõikides suundades võrdselt, st kõikides suundades olevad rõhud tasakaalustavad kumbagi. muu.
