Ramai orang mungkin terkejut dengan fakta bahawa udara mempunyai berat bukan sifar tertentu. Nilai tepat berat ini tidak begitu mudah untuk ditentukan, kerana ia sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti komposisi kimia, kelembapan, suhu dan tekanan. Mari kita lihat lebih dekat soalan tentang berat udara.
Apakah udara
Sebelum menjawab soalan tentang berat udara, anda perlu memahami apakah bahan ini. Udara ialah cangkang gas yang wujud di sekeliling planet kita, dan yang merupakan campuran homogen pelbagai gas. Udara mengandungi gas berikut:
- nitrogen (78.08%);
- oksigen (20.94%);
- argon (0.93%);
- wap air (0.40%);
- karbon dioksida (0.035%).
Selain gas yang disenaraikan di atas, udara juga mengandungi jumlah minimum neon (0.0018%), helium (0.0005%), metana (0.00017%), kripton (0.00014%), hidrogen (0.00005%), ammonia (0.0003%).
Memang menarik untuk diperhatikanAnda boleh mengasingkan komponen ini jika anda memekatkan udara, iaitu mengubahnya menjadi keadaan cecair dengan meningkatkan tekanan dan menurunkan suhu. Memandangkan setiap komponen udara mempunyai suhu pemeluwapan sendiri, dengan cara ini adalah mungkin untuk mengasingkan semua komponen daripada udara, yang digunakan dalam amalan.
Berat udara dan faktor yang mempengaruhinya
Apakah yang menghalang anda daripada menjawab soalan dengan tepat, berapakah berat satu meter padu udara? Sudah tentu, beberapa faktor yang boleh mempengaruhi berat badan ini.
Pertama, ia adalah komposisi kimia. Di atas adalah data untuk komposisi udara bersih, bagaimanapun, pada masa ini udara ini sangat tercemar di banyak tempat di planet ini, masing-masing, komposisinya akan berbeza. Oleh itu, berhampiran bandar besar, udara mengandungi lebih banyak karbon dioksida, ammonia, metana daripada udara di kawasan luar bandar.
Kedua, kelembapan, iaitu jumlah wap air yang terkandung dalam atmosfera. Semakin lembap udara, semakin kurang beratnya, perkara lain adalah sama.
Ketiga, suhu. Ini adalah salah satu faktor penting, semakin rendah nilainya, semakin tinggi ketumpatan udara, dan, oleh itu, semakin besar beratnya.
Keempat, tekanan atmosfera, yang secara langsung mencerminkan bilangan molekul udara dalam isipadu tertentu, iaitu beratnya.
Untuk memahami bagaimana gabungan faktor-faktor ini mempengaruhi berat udara, mari kita ambil contoh mudah: jisim satu meter udara padu kering pada suhu 25 ° C, terletak berhampiran permukaan bumi,ialah 1.205 kg, tetapi jika kita menganggap isipadu udara yang serupa berhampiran permukaan laut pada suhu 0 ° C, maka jisimnya sudah pun sama dengan 1.293 kg, iaitu, ia akan meningkat sebanyak 7.3%.
Perubahan ketumpatan udara dengan ketinggian
Apabila ketinggian meningkat, tekanan udara menurun, masing-masing, ketumpatan dan beratnya berkurangan. Udara atmosfera pada tekanan yang diperhatikan di Bumi boleh dianggap sebagai gas ideal sebagai anggaran pertama. Ini bermakna tekanan dan ketumpatan udara berkaitan secara matematik antara satu sama lain melalui persamaan keadaan gas ideal: P=ρRT/M, di mana P ialah tekanan, ρ ialah ketumpatan, T ialah suhu dalam kelvin, M ialah jisim molar udara, R ialah pemalar gas universal.
Daripada formula di atas, anda boleh mendapatkan formula untuk pergantungan ketumpatan udara pada ketinggian, memandangkan tekanan berubah mengikut undang-undang P=P0+ρ gh, dengan P 0 - tekanan di permukaan bumi, g - pecutan jatuh bebas, h - ketinggian. Menggantikan formula ini untuk tekanan ke dalam ungkapan sebelumnya, dan menyatakan ketumpatan, kita dapat: ρ(h)=P0M/(RT(h)+g(h) M h). Menggunakan ungkapan ini, anda boleh menentukan ketumpatan udara pada sebarang ketinggian. Sehubungan itu, berat udara (lebih tepat, jisim) ditentukan oleh formula m(h)=ρ(h)V, dengan V ialah isipadu yang diberi.
Dalam ungkapan untuk pergantungan ketumpatan pada ketinggian, seseorang dapat melihat bahawa suhu dan pecutan jatuh bebas juga bergantung pada ketinggian. Pergantungan terakhir boleh diabaikan jika kita bercakap tentang ketinggian tidak lebih daripada 1-2 km. Mengenai suhu, iapergantungan ketinggian digambarkan dengan baik oleh ungkapan empirikal berikut: T(h)=T0-0, 65j, dengan T0 ialah suhu udara berhampiran permukaan tanah.
Agar tidak sentiasa mengira ketumpatan bagi setiap ketinggian, di bawah adalah jadual pergantungan ciri udara utama pada ketinggian (sehingga 10 km).
Udara manakah yang paling berat
Setelah mempertimbangkan faktor utama yang menentukan jawapan kepada soalan berapa berat udara, anda boleh memahami udara mana yang paling berat. Ringkasnya, udara sejuk sentiasa mempunyai berat lebih daripada udara panas, kerana ketumpatan yang terakhir adalah lebih rendah, dan udara kering berat lebih daripada udara lembap. Pernyataan terakhir mudah difahami, kerana jisim molar udara ialah 29 g/mol, dan jisim molar molekul air ialah 18 g/mol, iaitu 1.6 kali lebih sedikit.
Menentukan berat udara dalam keadaan tertentu
Sekarang mari kita selesaikan masalah tertentu. Mari kita jawab soalan berapa berat udara, yang menduduki isipadu 150 liter, pada suhu 288 K. Pertimbangkan bahawa 1 liter ialah seperseribu meter padu, iaitu, 1 liter=0.001 m3. Bagi suhu 288 K, ia sepadan dengan 15°C, iaitu, ia adalah tipikal untuk banyak kawasan di planet kita. Langkah seterusnya ialah menentukan ketumpatan udara. Terdapat dua cara untuk melakukan ini:
- Kira menggunakan formula di atas untuk ketinggian 0 meter dari aras laut. Dalam kes ini, nilai ρ=1.227 kg/m diperoleh3
- Lihat jadual di atas, yang berdasarkan T0=288.15 K. Jadual mengandungi nilai ρ=1.225 kg/m 3.
Oleh itu, kami mendapat dua nombor yang sesuai antara satu sama lain. Perbezaan sedikit adalah disebabkan oleh ralat 0.15 K dalam menentukan suhu, dan juga fakta bahawa udara masih bukan ideal, tetapi gas sebenar. Oleh itu, untuk pengiraan selanjutnya, kami mengambil purata dua nilai yang diperolehi, iaitu, ρ=1, 226 kg/m3.
Sekarang, menggunakan formula untuk hubungan antara jisim, ketumpatan dan isipadu, kita dapat: m=ρV=1.226 kg/m30.150 m3=0.1839 kg atau 183.9 gram.
Anda juga boleh menjawab berapa banyak berat satu liter udara dalam keadaan tertentu: m=1.226 kg/m30.001 m3=0.001226 kg atau lebih kurang 1.2 gram.
Mengapa kita tidak merasakan udara menekan kita
Berapakah berat 1 m3 udara? Lebih sedikit 1 kilogram. Seluruh jadual atmosfera planet kita memberi tekanan kepada seseorang dengan berat 200 kg! Ini adalah jisim udara yang cukup besar yang boleh menyebabkan banyak masalah kepada seseorang. Mengapa kita tidak merasakannya? Ini disebabkan oleh dua sebab: pertama, terdapat juga tekanan dalaman di dalam diri orang itu sendiri, yang menentang tekanan atmosfera luaran, dan kedua, udara, sebagai gas, memberikan tekanan ke semua arah secara sama rata, iaitu, tekanan dalam semua arah mengimbangi setiap lain.
