Главная > Ссоры > Физические свойства воздуха: плотность, вязкость, удельная теплоемкость. Есть ли у воздуха вес? Сколько весит воздух на 1 квадратный метр

Физические свойства воздуха: плотность, вязкость, удельная теплоемкость. Есть ли у воздуха вес? Сколько весит воздух на 1 квадратный метр

03.05.2017 14:04 1393

Сколько весит воздух.

Несмотря на то, что мы не можем увидеть некоторые вещи существующие в природе, это вовсе не значит, что их нет. Точно также и с воздухом - он невидим, но мы им дышим, ощущаем его, значит он есть.

У всего существующего есть свой вес. А есть ли он у воздуха? И если да, то сколько весит воздух? Давайте это выясним.

Когда мы что-то взвешиваем (например яблоко, держа его за веточку), мы делаем это в воздухе. Поэтому мы не учитываем самого воздуха, поскольку вес воздуха в воздухе равен нулю.

К примеру, если мы возьмем пустую стеклянную бутылку и взвесим ее, полученный результат мы будем считать весом колбы, не задумываясь о том, что она наполнена воздухом. Однако, если мы плотно закроем бутылку и откачаем из нее весь воздух, то получим уже совсем иной результат. Вот так-то.

Воздух состоит из соединения нескольких газов: кислорода, азота и других. Газы очень легкие вещества, но все же они имеют вес, хотя и не большой.

Для того, чтобы убедиться, что воздух имеет вес, попросите взрослых помочь вам провести следующий несложный опыт: Возьмем палку примерно 60 см. длиной и на ее середине привяжем веревочку.

Далее, к обоим концам нашей палки прикрепим 2 надутых одинаковых по размеру воздушных шарика. А теперь подвесим нашу конструкцию за веревочку,привязаннуюк ее середине. В результате, мы увидим, что она висит горизонтально.

Если мы сейчас возьмем иголку и проткнем ею один из надутых шариков, из него выйдет воздух, и тот конец палки, к которому он был привязан, поднимется вверх. А если мы проколем и второй шарик, то концы палки сравняются и она снова будет висеть горизонтально.

Что это значит? А то, что воздух в надутом шарике плотнее (то есть тяжелее), чем тот, который находится вокруг него. По этому когда шарик сдулся, он стал легче.

Вес воздуха, зависит от разных факторов. Так например, воздух над горизонтальной плоскостью - это атмосферное давление.

Воздух, как впрочем и все предметы, которые нас окружают, подвержен земному притяжению. Именно оно придает воздуху вес, который равен 1 килограмму на квадратный сантиметр. При этом плотность воздуха равна около 1,2 кг/м3, то есть куб со стороной 1 м, наполненный воздухом, весит 1,2 кг.

Воздушный столб, вертикально поднимающийся над Землей, тянется на несколько сотен километров. Это значит, что на прямо стоящего человека, на его голову и плечи (площадь которых составляет примерно 250 квадратных сантиметров, давит столб воздуха весом около 250 кг!

Если бы такой огромной тяжести не противостояло такое же давление внутри нашего тела, мы бы просто не смогли ее выдерживать и она раздавила бы нас. Существует еще один интересный опыт, который поможет понять все что мы сказали выше:

Берем лист бымаги и растягиваем его двумя руками. Затем попросим кого нибудь (например младшую сестренку) с одной стороны надавить на него пальцем. Что получилось? Конечно же на бумаге образовалась дырка.

А теперь проделаем то же самое еще раз, только теперь нужно будет надавить на одно и то же место двумя указательными пальцами, но с разных сторон. Вуаля! Бумага осталась целой! Хотите знать почему?

Просто давление нам лист бумаги с обеих сторон было одинаковым. То же самое происходит и с давлением воздушного столба и встречным давлением внутри нашего тела: они равны.

Таким образом,мы выяснили, что: воздух имеет вес и со всех сторон давит им на наше тело. Однако, он не может раздавить нас, поскольку встречное давление нашего тела равно внешнему,то есть атмосферному.

Проделанный нами последний опыт показал это наглядно: если надавить на лист бумаги с одной стороны, он порвется. Но если сделать это с обеих сторон, этого не произойдет.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Атмосферный воздух представляет собой смесь многих газов. Воздух имеет сложный состав. Его основные составные части можно подразделить на три группы: постоянные, переменные и случайные. К первым относится кислород (содержание кислорода в воздухе составляет около 21% по объему), азот (около 86%) и так называемые инертные газы (около 1%).

Содержание составных частей практически не зависит от того, в каком месте земного шара взята проба сухого воздуха. Ко второй группе относятся углекислый газ (0,02 - 0,04%) и водяной пар (до 3%). Содержание случайных составных частей зависит от местных условий: вблизи металлургических заводов к воздуху часто бывают примешаны заметные количества сернистого газа, в местах, где происходит распад органических остатков, - аммиака и т.д. Помимо различных газов, воздух всегда содержит большее или меньшее количество пыли.

Плотность воздуха представляет собой величину, равную массе газа атмосферы Земли, деленную на единицу объема. Она зависит от давления, температуры и влажности. Существует стандартная величина плотности воздуха - 1,225 кг/м 3 , соответствующая плотности сухого воздуха при температуре 15 o С и давлении 101330 Па.

Зная из опыта массу литра воздуха при нормальных условиях (1,293 г), можно вычислить тот молекулярный вес, который имел бы воздух, если бы он был индивидуальным газом. Так как грамм-молекула всякого газа занимает при нормальных условиях объем 22,4 л, средний молекулярный вес воздуха равен

22,4 × 1,293 = 29.

Это число - 29 - следует запомнить: зная его, легко рассчитать плотность любого газа по отношению к воздуху.

Плотность жидкого воздуха

При достаточном охлаждении воздух переходит в жидкое состояние. Жидкий воздух можно довольно долго сохранять в сосудах с двойными стенками, из пространства между которыми для уменьшения теплопередачи выкачан воздух. Подобные сосуды используются, например, в термосах.

Свободно испаряющийся при обычных условиях жидкий воздух имеет температуру около (-190 o С). Состав его непостоянен, так как азот улетучивается легче кислорода. По мере удаления азота цвет жидкого воздуха изменяется от голубоватого до бледно-синего (цвет жидкого кислорода).

В жидком воздухе легко переходят в твердое состояние этиловый спирт, диэтиловый эфир и многие газы. Если, например, пропускать через жидкий воздух диоксид углерода, то он превращается в белые хлопья, похожие по внешнему виду на снег. Ртуть, погруженная в жидкий воздух, становится твердой и ковкой.

Многие вещества, охлажденные жидким воздухом, резко изменяют свои свойства. Так, чинк и олово становятся настолько хрупкими, что легко превращаются в порошок, свинцовый колокольчик издает чистый звенящий звук, а замороженный резиновый мячик разбивается вдребезги, если уронить его на пол.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Задание

Определите во сколько раз тяжелее воздуха сероводород H 2 S.

Решение

Отношение массы данного газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму. Данная величина показывает, во сколько раз первый газ тяжелее или легче второго газа.

Относительную молекулярную массу воздуха принимают равной 29 (с учетом содержания в воздухе азота, кислорода и других газов). Следует отметить, что понятие «относительная молекулярная масса воздуха» употребляется условно, так как воздух - это смесь газов.

D air (H 2 S) = M r (H 2 S) / M r (air);

D air (H 2 S) = 34 / 29 = 1,17.

M r (H 2 S) = 2 ×A r (H) + A r (S) = 2 × 1 + 32 = 2 + 32 = 34.

Ответ

Сероводород H 2 S тяжелее воздуха в 1,17 раз.

Многих может удивить тот факт, что воздух имеет определенный ненулевой вес. Точное значение этого веса определить не так просто, поскольку на него сильно влияют такие факторы, как химический состав, влажность, температура и давление. Рассмотрим подробнее вопрос о том, сколько весит воздух.

Что такое воздух

Прежде чем отвечать на вопрос о том, сколько весит воздух, необходимо разобраться с тем, что представляет собой эта субстанция. Воздух - это газовая оболочка, которая существует вокруг нашей планеты, и которая представляет гомогенную смесь различных газов. В состав воздуха входят следующие газы:

азот (78,08%);
кислород (20,94%);
аргон (0,93%);
водяной пар (0,40%);
углекислый газ (0,035%).

Помимо перечисленных выше газов, в воздухе также присутствуют в минимальных количествах неон (0,0018%), гелий (0,0005%), метан (0,00017%), криптон (0,00014%), водород (0,00005%), аммиак (0,0003%).

Интересно отметить, что разделить эти компоненты можно, если конденсировать воздух, то есть превратить его в жидкое состояние путем увеличения давления и уменьшения температуры. Поскольку каждый компонент воздуха обладает своей температурой конденсации, то таким способом удается выделить все компоненты из воздуха, что используется на практике.

Вес воздуха и факторы, которые на него влияют

Что мешает ответить точно на вопрос, сколько весит кубометр воздуха? Конечно же, ряд факторов, которые могут сильно влиять на этот вес.

Во-первых, это химический состав. Выше приведены данные для состава чистого воздуха, однако, в настоящее время этот воздух во многих местах планеты сильно загрязнен, соответственно, его состав будет другим. Так, вблизи больших городов в воздухе содержится больше углекислого газа, аммиака, метана, чем в воздухе сельской местности.

Во-вторых, влажность, то есть количество водяного пара, которое содержится в атмосфере. Чем более влажный воздух, тем меньше он весит при прочих равных условиях.

В-третьих, температура. Это один из важных факторов, чем меньше ее значение, тем выше плотность воздуха, и, соответственно, тем больше его вес.

В четвертых, атмосферное давление, которое непосредственно отражает количество молекул воздуха в определенном объеме, то есть его вес.

Чтобы понять, как совокупность этих факторов влияет на вес воздуха, приведем простой пример: масса одного метра кубического сухого воздуха при температуре 25°C, находящегося вблизи поверхности земли, составляет 1,205 кг, если же рассматривать аналогичный объем воздуха вблизи поверхности моря при температуре 0°C, то его масса уже будет равна 1,293 кг, то есть увеличится на 7,3%.

Изменение плотности воздуха с высотой

С увеличением высоты падает давление воздуха, соответственно, уменьшается его плотность и вес. Атмосферный воздух при давлениях, которые наблюдаются на Земле, можно в первом приближении считать идеальным газом. Это означает, что давление и плотность воздуха математически связываются друг с другом через уравнение состояния идеального газа: P = ρ*R*T/M, где P - давление, ρ - плотность, T - температура в кельвинах, M - молярная масса воздуха, R - универсальная газовая постоянная.

Из приведенной выше формулы можно получить формулу зависимости плотности воздуха от высоты, если учесть, что давление изменяется по закону P = P 0 +ρ*g*h, где P 0 - давление у поверхности земли, g - ускорение свободного падения, h - высота. Подставляя эту формулу для давления в предыдущее выражение, и выражая плотность, получаем: ρ(h) = P 0 *M/(R*T(h)+g(h)*M*h). С помощью этого выражения можно определить плотность воздуха на любой высоте. Соответственно вес воздуха (правильнее говорить масса) определяется по формуле m(h) = ρ(h)*V, где V - заданный объем.

В выражении зависимости плотности от высоты можно заметить, что от высоты также зависят температура и ускорение свободного падения. Последней зависимостью можно пренебречь, если речь идет о высотах не более 1-2 км. Что касается температуры, то ее зависимость от высоты хорошо описывается следующим эмпирическим выражением: T(h) = T 0 -0,65*h, где T 0 - температура воздуха вблизи поверхности земли.

Чтобы не вычислять постоянно плотность для каждой высоты, ниже приведем таблицу зависимости главных характеристик воздуха от высоты (до 10 км).

Какой воздух является самым тяжелым

Рассмотрев основные факторы, которые определяют ответ на вопрос о том, сколько весит воздух, можно понять, какой воздух будет самым тяжелым. Говоря кратко, холодный воздух весит всегда больше, чем теплый, поскольку плотность последнего ниже, и сухой воздух весит больше, чем влажный. Последнее утверждение легко понять, поскольку составляет 29 г/моль, а молярная масса молекулы воды равна 18 г/моль, то есть меньше в 1,6 раза.

Определение веса воздуха при заданных условиях

Теперь решим конкретную задачу. Ответим на вопрос о том, сколько весит воздух, занимающий объем 150 л, при температуре 288 К. Учтем, что 1 литр составляет тысячную часть от кубического метра, то есть 1 л = 0,001 м 3 . Что касается температуры 288 К, то она соответствует 15°C, то есть является типичной для многих районов нашей планеты. Далее нужно определить плотность воздуха. Сделать это можно двумя способами:

Рассчитать по приведенной выше формуле для высоты 0 метров над уровнем моря. В этом случае получается значение ρ = 1,227 кг/м 3
Посмотреть в приведенную выше таблицу, которая построена, исходя из T 0 = 288,15 К. В таблице стоит значение ρ = 1,225 кг/м 3 .

Таким образом, получилось два числа, которые хорошо согласуются друг с другом. Небольшое различие связано с погрешностью 0,15 К при определении температуры, а также с тем, что воздух является все же не идеальным, а реальным газом. Поэтому для дальнейших расчетов возьмем среднее из двух полученных значений, то есть ρ = 1,226 кг/м 3 .

Теперь, пользуясь формулой связи массы, плотности и объема, получаем: m = ρ*V = 1,226 кг/м 3 * 0,150 м 3 = 0,1839 кг или 183,9 грамма.

Также можно ответить, сколько весит литр воздуха при заданных условиях: m = 1,226 кг/м 3 * 0,001 м 3 = 0,001226 кг или приблизительно 1,2 грамма.

Почему мы не чувствуем, что воздух давит на нас

Сколько весит 1 м3 воздуха? Чуть больше 1 килограмма. Весь же атмосферный стол нашей планеты давит на человека своим весом в 200 кг! Это достаточно большая масса воздуха, которая могла бы доставить много неприятностей человеку. Почему же мы ее не чувствуем? Это объясняется двумя причинами: во-первых, внутри самого человека имеется также внутреннее давление, которое оказывает противодействие внешнему атмосферному давлению, во-вторых, воздух, будучи газом, оказывает давление во всех направлениях одинаково, то есть давления во всех направлениях уравновешивают друг друга.

Физика на каждом шагу Перельман Яков Исидорович

Сколько весит воздух в комнате?

Можете ли вы хоть приблизительно сказать, какой груз представляет воздух, вмещаемый вашей комнатой? Несколько граммов или несколько килограммов? В силах ли вы поднять такой груз одним пальцем или же едва удержали бы его на плечах?

Теперь, пожалуй, не найдется уже людей, которые думают, как полагали древние, что воздух вовсе ничего не весит. Но сказать, сколько весит определенный объем воздуха, многие и сейчас не смогут.

Запомните же, что литровая кружка воздуха той плотности, какую он имеет близ земной поверхности при обычной комнатной температуре, весит около 1.2 г. Так как в кубическом метре содержится 1 тыс. л, то кубометр воздуха весит в тысячу раз больше, чем 1.2 г, а именно 1,2 кг. Теперь нетрудно уже ответить на поставленный раньше вопрос. Для этого нужно лишь узнать, сколько кубических метров в вашей комнате, и тогда определится вес содержащегося в ней воздуха.

Пусть комната имеет площадь в 10 м 2 , а высоту – 4 м. В такой комнате 40 кубометров воздуха, который весит, значит, сорок раз по 1,2 кг. Это составит 48 кг.

Итак, даже в столь небольшой комнате воздух весит немногим меньше, чем вы сами. Унести на плечах подобный груз вам удалось бы не без труда. А воздух вдвое более просторной комнаты, нагруженный на вашу спину, мог бы вас раздавить.

Данный текст является ознакомительным фрагментом. Из книги Новейшая книга фактов. Том 3 [Физика, химия и техника. История и археология. Разное] автора Кондрашов Анатолий Павлович

Из книги История свечи автора Фарадей Майкл

Из книги Пять нерешенных проблем науки автора Уиггинс Артур

Из книги Физика на каждом шагу автора Перельман Яков Исидорович

Из книги Движение. Теплота автора Китайгородский Александр Исаакович

Из книги НИКОЛА ТЕСЛА. ЛЕКЦИИ. СТАТЬИ. автора Тесла Никола

Из книги Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей автора Дмитриев Александр Станиславович

Из книги Мария Кюри. Радиоактивность и элементы [Самый сокровенный секрет материи] автора Паес Адела Муньос

Из книги автора

ЛЕКЦИЯ II СВЕЧА. ЯРКОСТЬ ПЛАМЕНИ. ДЛЯ ГОРЕНИЯ НЕОБХОДИМ ВОЗДУХ. ОБРАЗОВАНИЕ ВОДЫ На прошлой лекции мы рассмотрели общие свойства и расположение жидкой части свечи, а также и то, каким образом эта жидкость попадает туда, где происходит горение. Вы убедились, что когда свеча

Из книги автора

Воздух местного производства Поскольку внутренние планеты - Меркурий, Венера, Земля и Марс - расположены близко к Солнцу (рис. 5.2), вполне разумно предположить, что и состоят они из одного сырья. Так и есть. Рис. 5.2. Орбиты планет Солнечной системыИзображения в масштабе

Из книги автора

Сколько воздуха вы вдыхаете? Интересно подсчитать также, сколько весит тот воздух, который мы вдыхаем и выдыхаем в течение одних суток. При каждом вдохе человек вводит в свои легкие около полулитра воздуха. Делаем же мы в минуту, средним числом, 18 вдыханий. Значит, за одну

Из книги автора

Сколько весит весь воздух на Земле? Опыты, сейчас описанные, показывают, что столб воды в 10 м высоты весит столько же, сколько столб воздуха от Земли до верхней границы атмосферы, – оттого они и уравновешивают друг друга. Нетрудно вычислить поэтому, сколько весит

Из книги автора

Железный пар и твердый воздух Не правда ли – странное сочетание слов? Однако это вовсе не чепуха: и железный пар, и твердый воздух существуют в природе, но только не при обычных условиях.О каких же условиях идет речь? Состояние вещества определяется двумя

Из книги автора

ПЕРВЫЕ ПОПЫТКИ ПОЛУЧИТЬ САМО-ДЕИСТВУЮЩИИ ДВИГАТЕЛЬ - МЕХАНИЧЕСКИЙ ОСЦИЛЛЯТОР - РАБОТА ДЮАРА И ЛИНДЕ - ЖИДКИЙ ВОЗДУХ Осознав эту истину, я начал изыскивать пути выполнения моей идеи, и после длительных размышлений, я наконец придумал аппарат, который смог бы получать

Из книги автора

51 Прирученная молния прямо в комнате – и безопасно! Для опыта нам потребуются: два воздушных шарика. Все видели молнию.Страшный электрический разряд бьет прямо из тучи, сжигая все, во что попадает. Зрелище это и страшно, и притягивает. Молния опасна, она убивает все живое.

Из книги автора

СКОЛЬКО? Еще до начала изучения урановых лучей Мария уже решила, что оттиски на фотографических пленках были неточным методом анализа, а она хотела измерить интенсивность лучей и сравнить количество излучения, испускаемого различными веществами. Она знала: Беккерель

Сжатый воздух - это воздух, находящийся под давлением, превышающим атмосферное давление.

Сжатый воздух является уникальным энергоносителем наряду с электроэнергией, природным газом и водой. В производственных условиях сжатый воздух, в основном, используется для привода в действие устройств и механизмов с пневматическим приводом (пневмопривод).

В повседневной, обыденной жизни мы практически не замечаем окружающий нас Воздух. Тем не менее, на протяжении всей истории человечества, люди использовали уникальные свойства воздуха. Изобретение паруса и кузнечного горна, ветряной мельницы и воздушного шара стали первыми шагами использования воздуха в качестве энергоносителя.

С изобретением компрессора настала эпоха индустриального использования сжатого воздуха. И вопрос: « что же представляет собой Воздух, и какими свойствами он обладает?» - стал далеко не праздным.

Приступая к проектированию новой пневмосистемы или модернизации уже существующей, нелишне будет вспомнить и о некоторых свойствах воздуха, терминах и единицах измерения.

Воздух это смесь газов, главным образом состоящая из азота и кислорода.

Состав воздуха
Элемент*	Обозначение	По объёму, %	По массе , %

Кислород

Углекислый газ	CO 2

	CH 4




	H 2 O