Monet ihmiset saattavat yllättyä siitä, että ilmalla on tietty nollasta poikkeava paino. Tämän painon tarkkaa arvoa ei ole niin helppo määrittää, koska siihen vaikuttavat voimakkaasti sellaiset tekijät kuin kemiallinen koostumus, kosteus, lämpötila ja paine. Tarkastellaanpa tarkemmin kysymystä siitä, kuinka paljon ilma painaa.
Mikä on ilma
Ennen kuin vastaat kysymykseen, kuinka paljon ilma painaa, sinun on ymmärrettävä, mitä tämä aine on. Ilma on planeettamme ympärillä oleva kaasumainen kuori, joka on erilaisten kaasujen homogeeninen seos. Ilma sisältää seuraavia kaasuja:
- typpi (78,08 %);
- happi (20,94 %);
- argon (0,93 %);
- vesihöyry (0,40 %);
- hiilidioksidi (0,035 %).
Yllä lueteltujen kaasujen lisäksi ilma sisältää minimaalisen määrän neonia (0,0018 %), heliumia (0,0005 %), metaania (0,00017 %), kryptonia (0,00014 %), vetyä (0,00005 %), ammoniakki (0,0003 %).
On mielenkiintoista huomata seVoit erottaa nämä komponentit toisistaan kondensoimalla ilmaa, eli muuttamalla sen nestemäiseksi lisäämällä painetta ja alentamalla lämpötilaa. Koska jokaisella ilman komponentilla on oma kondensaatiolämpötilansa, voidaan tällä tavalla eristää kaikki komponentit ilmasta, mitä käytännössä käytetään.
Ilman paino ja siihen vaikuttavat tekijät
Mikä estää sinua vastaamasta tarkasti kysymykseen, kuinka paljon kuutiometri ilmaa painaa? Tietenkin monet tekijät, jotka voivat vaikuttaa suuresti tähän painoon.
Ensinnäkin se on kemiallinen koostumus. Yllä on tiedot puhtaan ilman koostumuksesta, mutta tällä hetkellä tämä ilma on voimakkaasti saastunut monissa paikoissa planeetalla, vastaavasti, sen koostumus on erilainen. Näin ollen suurten kaupunkien lähellä ilma sisältää enemmän hiilidioksidia, ammoniakkia ja metaania kuin maaseutualueiden ilma.
Toiseksi kosteus, eli ilmakehän vesihöyryn määrä. Mitä kosteampi ilma, sitä vähemmän se painaa muiden asioiden ollessa sama.
Kolmanneksi lämpötila. Tämä on yksi tärkeimmistä tekijöistä, mitä pienempi sen arvo, sitä suurempi on ilman tiheys ja vastaavasti sen paino.
Neljänneksi, ilmakehän paine, joka heijastaa suoraan tietyssä tilavuudessa olevien ilmamolekyylien määrää eli sen painoa.
Ymmärtääksesi, kuinka näiden tekijöiden yhdistelmä vaikuttaa ilman painoon, otetaan yksinkertainen esimerkki: yhden metrin kuivan kuutioilman massa 25 °C:n lämpötilassa lähellä maan pintaa,on 1,205 kg, mutta jos tarkastellaan samanlaista ilmamäärää lähellä meren pintaa lämpötilassa 0 ° C, sen massa on jo 1,293 kg, eli se kasvaa 7,3%.
Ilman tiheyden muutos korkeuden mukaan
Kun korkeus kasvaa, ilmanpaine laskee, vastaavasti sen tiheys ja paino laskevat. Maapallolla havaittujen paineiden ilmakehän ilmaa voidaan pitää ihanteellisena kaasuna ensimmäisenä likiarvona. Tämä tarkoittaa, että ilman paine ja tiheys liittyvät matemaattisesti toisiinsa ihanteellisen kaasun tilayhtälön kautta: P=ρRT/M, missä P on paine, ρ on tiheys, T on lämpötila kelvineinä, M on ilman moolimassa, R on yleiskaasuvakio.
Yllä olevasta kaavasta saat kaavan ilman tiheyden riippuvuudelle korkeudesta, kun paine muuttuu lain mukaan P=P0+ρ gh, missä P 0 - paine maanpinnalla, g - vapaan pudotuksen kiihtyvyys, h - korkeus. Kun tämä paineen kaava korvataan edellisellä lausekkeella ja ilmaistaan tiheys, saadaan: ρ(h)=P0M/(RT(h)+g(h) M h). Tällä lausekkeella voit määrittää ilman tiheyden millä tahansa korkeudella. Näin ollen ilman paino (oikein massa) määritetään kaavalla m(h)=ρ(h)V, missä V on annettu tilavuus.
Tiheyden korkeusriippuvuuden lausekkeessa voidaan huomata, että myös vapaan pudotuksen lämpötila ja kiihtyvyys riippuvat korkeudesta. Viimeinen riippuvuus voidaan jättää huomiotta, jos puhumme korkeintaan 1-2 km korkeudesta. Mitä tulee lämpötilaan, sekorkeusriippuvuus kuvataan hyvin seuraavalla empiirisellä lausekkeella: T(h)=T0-0, 65h, missä T0 on ilman lämpötila lähellä maan pintaa.
Jotta tiheyttä ei lasketa jatkuvasti kullekin korkeudelle, alla on taulukko pääilmaominaisuuksien riippuvuudesta korkeudesta (10 km asti).
Mikä ilma on raskain
Otettuasi huomioon tärkeimmät tekijät, jotka määrittävät vastauksen kysymykseen, kuinka paljon ilma painaa, voit ymmärtää, mikä ilma on raskain. Lyhyesti sanottuna kylmä ilma painaa aina enemmän kuin lämmin ilma, koska jälkimmäisen tiheys on pienempi ja kuiva ilma painaa enemmän kuin kostea ilma. Viimeinen väite on helppo ymmärtää, koska ilman moolimassa on 29 g/mol ja vesimolekyylin moolimassa on 18 g/mol, eli 1,6 kertaa vähemmän.
Ilman painon määrittäminen tietyissä olosuhteissa
Ratkaistaan nyt tietty ongelma. Vastataan kysymykseen, kuinka paljon ilmaa painaa 150 litran tilavuudella 288 K:n lämpötilassa. Oletetaan, että 1 litra on kuutiometrin tuhannesosa, eli 1 litra=0,001 m3. Mitä tulee 288 K:n lämpötilaan, se vastaa 15 °C:ta, eli se on tyypillistä monille planeettamme alueille. Seuraava vaihe on määrittää ilman tiheys. Voit tehdä tämän kahdella tavalla:
- Laske yllä olevan kaavan avulla korkeudelle 0 metriä merenpinnan yläpuolella. Tässä tapauksessa saadaan arvo ρ=1,227 kg/m3
- Katso yllä olevaa taulukkoa, joka perustuu arvoon T0=288,15 K. Taulukko sisältää arvon ρ=1,225 kg/m 3.
Näin saimme kaksi numeroa, jotka ovat hyvin sopusoinnussa keskenään. Pieni ero johtuu 0,15 K:n virheestä lämpötilan määrittämisessä sekä siitä, että ilma ei edelleenkään ole ideaali, vaan todellinen kaasu. Siksi otamme lisälaskelmia varten kahden saadun arvon keskiarvon, eli ρ=1, 226 kg/m3.
Nyt massan, tiheyden ja tilavuuden välisen suhteen kaavalla saadaan: m=ρV=1,226 kg/m30,150 m3=0,1839 kg tai 183,9 grammaa.
Voit myös vastata, kuinka paljon litra ilmaa painaa tietyissä olosuhteissa: m=1,226 kg/m30,001 m3=0,001226 kg tai noin 1,2 grammaa.
Miksi emme tunne ilman painavan meitä
Kuinka paljon 1 m3 ilmaa painaa? Hieman yli 1 kilo. Koko planeettamme ilmakehän pöytä painaa ihmistä 200 kg:n painollaan! Tämä on riittävän suuri ilmamassa, joka voi aiheuttaa ihmiselle paljon ongelmia. Miksi emme tunne sitä? Tämä johtuu kahdesta syystä: ensinnäkin ihmisen sisällä on myös sisäistä painetta, joka vastustaa ulkoista ilmakehän painetta, ja toiseksi ilma kaasuna kohdistaa painetta kaikkiin suuntiin tasaisesti, eli paineet kaikkiin suuntiin tasapainottavat toisiaan. muu.
