Många människor kan bli förvånade över det faktum att luft har en viss vikt som inte är noll. Det exakta värdet på denna vikt är inte så lätt att bestämma, eftersom den är starkt påverkad av faktorer som kemisk sammansättning, luftfuktighet, temperatur och tryck. Låt oss titta närmare på frågan om hur mycket luft väger.
Vad är luft
Innan du svarar på frågan om hur mycket luft väger är det nödvändigt att förstå vad detta ämne är. Luft är ett gasformigt skal som finns runt vår planet, och som är en homogen blandning av olika gaser. Luft innehåller följande gaser:
- kväve (78,08 %);
- oxygen (20,94 %);
- argon (0,93 %);
- vattenånga (0,40 %);
- koldioxid (0,035%).
Utöver de gaser som anges ovan innehåller luften även minimala mängder neon (0,0018%), helium (0,0005%), metan (0,00017%), krypton (0,00014%), väte (0,00005%), ammoniak (0,0003%).
Det är intressant att noteraDu kan separera dessa komponenter om du kondenserar luft, det vill säga förvandlar den till flytande tillstånd genom att öka trycket och minska temperaturen. Eftersom varje komponent i luften har sin egen kondenseringstemperatur är det på så sätt möjligt att isolera alla komponenter från luften, vilket används i praktiken.
Luftvikt och faktorer som påverkar den
Vad hindrar dig från att svara exakt på frågan, hur mycket väger en kubikmeter luft? Naturligtvis ett antal faktorer som i hög grad kan påverka denna vikt.
För det första är det den kemiska sammansättningen. Ovan är data för sammansättningen av ren luft, men för närvarande är denna luft kraftigt förorenad på många ställen på planeten, respektive dess sammansättning kommer att vara annorlunda. Sålunda, nära stora städer, innehåller luften mer koldioxid, ammoniak, metan än luften på landsbygden.
För det andra, fuktighet, det vill säga mängden vattenånga som finns i atmosfären. Ju fuktigare luften är, desto mindre väger den, allt annat lika.
Tredje, temperatur. Detta är en av de viktiga faktorerna, ju lägre dess värde, desto högre luftdensitet, och följaktligen, desto större vikt.
Fjärde, atmosfärstryck, som direkt återspeglar antalet luftmolekyler i en viss volym, det vill säga dess vikt.
För att förstå hur kombinationen av dessa faktorer påverkar luftens vikt, låt oss ta ett enkelt exempel: massan av en meter torr kubisk luft vid en temperatur av 25 ° C, belägen nära jordens yta,är 1,205 kg, men om vi betraktar en liknande volym luft nära havsytan vid en temperatur på 0 ° C, kommer dess massa redan att vara lika med 1,293 kg, det vill säga den kommer att öka med 7,3%.
Förändring av luftdensitet med höjd
När höjden ökar, minskar lufttrycket, respektive dess densitet och vikt minskar. Atmosfärisk luft vid tryck som observeras på jorden kan betraktas som en idealisk gas som en första approximation. Detta betyder att luftens tryck och densitet är matematiskt relaterade till varandra genom tillståndsekvationen för en idealgas: P=ρRT/M, där P är tryck, ρ är densitet, T är temperatur i kelvin, M är luftens molära massa, R är den universella gaskonstanten.
Från ovanstående formel kan du få formeln för luftdensitetens beroende av höjden, givet att trycket ändras enligt lagen P=P0+ρ gh, där P 0 - tryck vid jordytan, g - fritt fallacceleration, h - höjd. Genom att ersätta denna formel för tryck i det föregående uttrycket och uttrycka densiteten får vi: ρ(h)=P0M/(RT(h)+g(h) M h). Med hjälp av detta uttryck kan du bestämma luftens densitet på valfri höjd. Följaktligen bestäms luftens vikt (mer korrekt, massan) av formeln m(h)=ρ(h)V, där V är den givna volymen.
I uttrycket för täthetens beroende av höjd kan man märka att temperaturen och accelerationen av fritt fall också beror på höjden. Det sista beroendet kan försummas om vi talar om höjder på högst 1–2 km. När det gäller temperatur, dethöjdberoende beskrivs väl av följande empiriska uttryck: T(h)=T0-0, 65h, där T0 är lufttemperatur nära markytan.
För att inte ständigt beräkna densiteten för varje höjd, nedan finns en tabell över de huvudsakliga luftegenskapernas beroende av höjden (upp till 10 km).
Vilken luft är tyngst
Efter att ha övervägt de viktigaste faktorerna som avgör svaret på frågan om hur mycket luft väger, kan du förstå vilken luft som kommer att vara tyngst. Kort sagt, kall luft väger alltid mer än varm luft, eftersom densiteten hos den senare är lägre, och torr luft väger mer än fuktig luft. Det sista påståendet är lätt att förstå, eftersom luftens molmassa är 29 g/mol och molmassan för en vattenmolekyl är 18 g/mol, det vill säga 1,6 gånger mindre.
Bestämma luftens vikt under givna förhållanden
Låt oss nu lösa ett specifikt problem. Låt oss svara på frågan om hur mycket luft väger, upptar en volym på 150 liter, vid en temperatur av 288 K. Tänk på att 1 liter är en tusendels kubikmeter, det vill säga 1 liter=0,001 m3. När det gäller temperaturen på 288 K, motsvarar den 15 ° C, det vill säga det är typiskt för många regioner på vår planet. Nästa steg är att bestämma luftens densitet. Det finns två sätt att göra detta:
- Beräkna med formeln ovan för en höjd av 0 meter över havet. I detta fall erhålls värdet ρ=1,227 kg/m3
- Titta på tabellen ovan, som är baserad på T0=288,15 K. Tabellen innehåller värdet ρ=1,225 kg/m 3.
Därmed fick vi två nummer som stämmer bra överens med varandra. En liten skillnad beror på ett fel på 0,15 K vid bestämning av temperaturen, och även på det faktum att luft fortfarande inte är ett ideal, utan en riktig gas. För ytterligare beräkningar tar vi därför medelvärdet av de två erhållna värdena, det vill säga ρ=1, 226 kg/m3.
Nu, med hjälp av formeln för förhållandet mellan massa, densitet och volym, får vi: m=ρV=1,226 kg/m30,150 m3=0,1839 kg eller 183,9 gram.
Du kan också svara på hur mycket en liter luft väger under givna förhållanden: m=1,226 kg/m30,001 m3=0,001226 kg eller ungefär 1,2 gram.
Varför känner vi inte luften pressa ner oss
Hur mycket väger 1 m3 luft? Lite över 1 kilo. Hela atmosfärsbordet på vår planet sätter press på en person med sin vikt på 200 kg! Detta är en tillräckligt stor luftmassa som kan orsaka mycket problem för en person. Varför känner vi det inte? Detta beror på två orsaker: dels finns det även inre tryck inuti personen själv, vilket motverkar yttre atmosfärstryck, och dels utövar luft, som är en gas, tryck åt alla håll lika mycket, det vill säga tryck i alla riktningar balanserar varje annat.
