Mange kan bli overrasket over at luft har en viss vekt som ikke er null. Den nøyaktige verdien av denne vekten er ikke så lett å bestemme, siden den er sterkt påvirket av faktorer som kjemisk sammensetning, fuktighet, temperatur og trykk. La oss se nærmere på spørsmålet om hvor mye luft veier.
Hva er luft
Før du svarer på spørsmålet om hvor mye luft veier, er det nødvendig å forstå hva dette stoffet er. Luft er et gassformet skall som finnes rundt planeten vår, og som er en homogen blanding av ulike gasser. Luft inneholder følgende gasser:
- nitrogen (78,08 %);
- oksygen (20,94 %);
- argon (0,93 %);
- vanndamp (0,40 %);
- karbondioksid (0,035%).
I tillegg til gassene oppført ovenfor, inneholder luften også minimale mengder neon (0,0018%), helium (0,0005%), metan (0,00017%), krypton (0,00014%), hydrogen (0,00005%), ammoniakk (0,0003%).
Det er interessant å merke seg detDu kan skille disse komponentene hvis du kondenserer luft, det vil si gjør den til flytende tilstand ved å øke trykket og senke temperaturen. Siden hver komponent i luften har sin egen kondenseringstemperatur, er det på denne måten mulig å isolere alle komponenter fra luften, som brukes i praksis.
Luftvekt og faktorer som påvirker den
Hva hindrer deg i å svare nøyaktig på spørsmålet, hvor mye veier en kubikkmeter luft? Selvfølgelig er det en rekke faktorer som i stor grad kan påvirke denne vekten.
For det første er det den kjemiske sammensetningen. Ovenfor er dataene for sammensetningen av ren luft, men for øyeblikket er denne luften sterkt forurenset mange steder på planeten, henholdsvis dens sammensetning vil være annerledes. I nærheten av store byer inneholder derfor luften mer karbondioksid, ammoniakk og metan enn luften på landsbygda.
For det andre, fuktighet, det vil si mengden vanndamp som finnes i atmosfæren. Jo fuktigere luften er, jo mindre veier den, alt annet likt.
Tredje, temperatur. Dette er en av de viktige faktorene, jo lavere verdi, jo høyere lufttetthet, og følgelig jo større vekt.
For det fjerde atmosfærisk trykk, som direkte reflekterer antall luftmolekyler i et visst volum, det vil si vekten.
For å forstå hvordan kombinasjonen av disse faktorene påvirker vekten av luft, la oss ta et enkelt eksempel: massen av en meter tørr kubikkluft ved en temperatur på 25 ° C, lokalisert nær jordoverflaten,er 1,205 kg, men hvis vi vurderer et lignende volum luft nær havoverflaten ved en temperatur på 0 °C, vil massen allerede være lik 1,293 kg, det vil si at den vil øke med 7,3%.
Endring i lufttetthet med høyde
Når høyden øker, synker lufttrykket, henholdsvis densiteten og vekten reduseres. Atmosfærisk luft ved trykk som observeres på jorden kan betraktes som en ideell gass som en første tilnærming. Dette betyr at trykket og tettheten til luft er matematisk relatert til hverandre gjennom tilstandsligningen til en ideell gass: P=ρRT/M, hvor P er trykk, ρ er tetthet, T er temperatur i kelvin, M er den molare massen til luft, R er den universelle gasskonstanten.
Fra formelen ovenfor kan du få formelen for lufttetthetens avhengighet av høyden, gitt at trykket endres i henhold til loven P=P0+ρ gh, hvor P 0 - trykk ved jordoverflaten, g - akselerasjon av fritt fall, h - høyde. Ved å erstatte denne formelen for trykk i det forrige uttrykket, og uttrykke tettheten, får vi: ρ(h)=P0M/(RT(h)+g(h) M h). Ved å bruke dette uttrykket kan du bestemme tettheten til luft i enhver høyde. Følgelig bestemmes vekten av luft (mer korrekt, masse) av formelen m(h)=ρ(h)V, hvor V er det gitte volumet.
I uttrykket for tetthetens avhengighet av høyden kan man legge merke til at temperaturen og akselerasjonen av fritt fall også er avhengig av høyden. Den siste avhengigheten kan neglisjeres hvis vi snakker om høyder på ikke mer enn 1–2 km. Når det gjelder temperatur, dethøydeavhengighet er godt beskrevet av følgende empiriske uttrykk: T(h)=T0-0, 65h, hvor T0 er lufttemperatur nær bakken.
For ikke å hele tiden beregne tettheten for hver høyde, er det nedenfor en tabell over avhengigheten av hovedluftegenskapene av høyden (opptil 10 km).
Hvilken luft er tyngst
Etter å ha vurdert hovedfaktorene som bestemmer svaret på spørsmålet om hvor mye luft veier, kan du forstå hvilken luft som vil være tyngst. Kort sagt, kald luft veier alltid mer enn varm luft, siden tettheten til sistnevnte er lavere, og tørr luft veier mer enn fuktig luft. Det siste utsagnet er lett å forstå, siden den molare massen til luft er 29 g/mol, og den molare massen til et vannmolekyl er 18 g/mol, det vil si 1,6 ganger mindre.
Bestemme vekten av luft under gitte forhold
La oss nå løse et spesifikt problem. La oss svare på spørsmålet om hvor mye luft veier, som opptar et volum på 150 liter, ved en temperatur på 288 K. Tenk på at 1 liter er en tusendel av en kubikkmeter, det vil si 1 liter=0,001 m3. Når det gjelder temperaturen på 288 K, tilsvarer den 15 °C, det vil si at den er typisk for mange regioner på planeten vår. Det neste trinnet er å bestemme tettheten til luften. Det er to måter å gjøre dette på:
- Beregn med formelen ovenfor for en høyde på 0 meter over havet. I dette tilfellet oppnås verdien ρ=1,227 kg/m3
- Se på tabellen ovenfor, som er basert på T0=288,15 K. Tabellen inneholder verdien ρ=1,225 kg/m 3.
Dermed fikk vi to tall som stemmer godt overens med hverandre. En liten forskjell skyldes en feil på 0,15 K ved å bestemme temperaturen, og også det faktum at luft fortsatt ikke er et ideal, men en ekte gass. For videre beregninger tar vi derfor gjennomsnittet av de to oppnådde verdiene, det vil si ρ=1, 226 kg/m3.
Nå, ved å bruke formelen for forholdet mellom masse, tetthet og volum, får vi: m=ρV=1,226 kg/m30,150 m3=0,1839 kg eller 183,9 gram.
Du kan også svare på hvor mye en liter luft veier under gitte forhold: m=1,226 kg/m30,001 m3=0,001226 kg eller omtrent 1,2 gram.
Hvorfor kjenner vi ikke luften presse ned på oss
Hvor mye veier 1 m3 luft? Litt over 1 kilo. Hele det atmosfæriske bordet på planeten vår legger press på en person med en vekt på 200 kg! Dette er en stor nok luftmasse som kan forårsake mye trøbbel for en person. Hvorfor føler vi det ikke? Dette skyldes to årsaker: For det første er det også indre trykk inne i personen selv, som motvirker ytre atmosfærisk trykk, og for det andre, luft, som er en gass, utøver trykk i alle retninger likt, det vil si at trykk i alle retninger balanserer hver annet.
