Daudzus cilvēkus var pārsteigt fakts, ka gaisam ir noteikts svars, kas nav nulle. Precīzu šī svara vērtību nav tik viegli noteikt, jo to spēcīgi ietekmē tādi faktori kā ķīmiskais sastāvs, mitrums, temperatūra un spiediens. Sīkāk aplūkosim jautājumu par to, cik daudz gaisa sver.
Kas ir gaiss
Pirms atbildēt uz jautājumu, cik daudz gaisa sver, ir jāsaprot, kas ir šī viela. Gaiss ir gāzveida apvalks, kas eksistē ap mūsu planētu un ir dažādu gāzu viendabīgs maisījums. Gaiss satur šādas gāzes:
- slāpeklis (78,08%);
- skābeklis (20,94%);
- argons (0,93%);
- ūdens tvaiki (0,40%);
- oglekļa dioksīds (0,035%).
Papildus iepriekš minētajām gāzēm gaiss satur arī minimālu daudzumu neona (0,0018%), hēlija (0,0005%), metāna (0,00017%), kriptona (0,00014%), ūdeņraža (0,00005%), amonjaks (0,0003%).
To ir interesanti atzīmētŠīs sastāvdaļas var atdalīt, ja kondensējat gaisu, tas ir, pārvēršat to šķidrā stāvoklī, palielinot spiedienu un pazeminot temperatūru. Tā kā katrai gaisa sastāvdaļai ir sava kondensācijas temperatūra, tādā veidā ir iespējams izolēt visas sastāvdaļas no gaisa, ko izmanto praksē.
Gaisa svars un faktori, kas to ietekmē
Kas liedz precīzi atbildēt uz jautājumu, cik sver kubikmetrs gaisa? Protams, vairāki faktori, kas var ievērojami ietekmēt šo svaru.
Pirmkārt, tas ir ķīmiskais sastāvs. Augstāk ir dati par tīra gaisa sastāvu, tomēr šobrīd šis gaiss daudzviet uz planētas ir stipri piesārņots, attiecīgi tā sastāvs būs atšķirīgs. Tādējādi lielu pilsētu tuvumā gaiss satur vairāk oglekļa dioksīda, amonjaka, metāna nekā gaiss lauku apvidos.
Otrkārt, mitrums, tas ir, ūdens tvaiku daudzums atmosfērā. Jo mitrāks gaiss, jo mazāks tas sver, ja pārējās lietas ir vienādas.
Treškārt, temperatūra. Tas ir viens no svarīgiem faktoriem, jo zemāka ir tā vērtība, jo lielāks ir gaisa blīvums un attiecīgi lielāks tā svars.
Ceturtkārt, atmosfēras spiediens, kas tieši atspoguļo gaisa molekulu skaitu noteiktā tilpumā, tas ir, tā svaru.
Lai saprastu, kā šo faktoru kombinācija ietekmē gaisa svaru, ņemsim vienkāršu piemēru: viena metra sausa kubiskā gaisa masa 25 ° C temperatūrā, kas atrodas netālu no zemes virsmas,ir 1,205 kg, bet, ja mēs uzskatām līdzīgu gaisa tilpumu jūras virsmas tuvumā 0 ° C temperatūrā, tad tā masa jau būs vienāda ar 1,293 kg, tas ir, tas palielināsies par 7,3%.
Gaisa blīvuma maiņa atkarībā no augstuma
Palielinoties augumam, gaisa spiediens samazinās, attiecīgi samazinās tā blīvums un svars. Atmosfēras gaisu ar spiedienu, kāds tiek novērots uz Zemes, kā pirmo tuvinājumu var uzskatīt par ideālu gāzi. Tas nozīmē, ka gaisa spiediens un blīvums ir matemātiski saistīti viens ar otru, izmantojot ideālās gāzes stāvokļa vienādojumu: P=ρRT/M, kur P ir spiediens, ρ ir blīvums, T ir temperatūra kelvinos, M ir gaisa molārā masa, R ir universālā gāzes konstante.
No iepriekš minētās formulas var iegūt formulu gaisa blīvuma atkarībai no augstuma, ņemot vērā, ka spiediens mainās atbilstoši likumam P=P0+ρ gh, kur P 0 - spiediens zemes virsmā, g - brīvā kritiena paātrinājums, h - augstums. Aizvietojot šo spiediena formulu iepriekšējā izteiksmē un izsakot blīvumu, mēs iegūstam: ρ(h)=P0M/(RT(h)+g(h) M h). Izmantojot šo izteiksmi, jūs varat noteikt gaisa blīvumu jebkurā augstumā. Attiecīgi gaisa svaru (pareizāk, masu) nosaka pēc formulas m(h)=ρ(h)V, kur V ir dotais tilpums.
Izteiksmē blīvuma atkarībai no augstuma var pamanīt, ka no augstuma ir atkarīga arī temperatūra un brīvā kritiena paātrinājums. Pēdējo atkarību var neņemt vērā, ja mēs runājam par augstumu, kas nepārsniedz 1–2 km. Kas attiecas uz temperatūru, tasaugstuma atkarību labi raksturo šāda empīriskā izteiksme: T(h)=T0-0, 65h, kur T0 ir gaisa temperatūra zemes virsmas tuvumā.
Lai nepārtraukti nerēķinātu blīvumu katram augstumam, zemāk ir tabula par galveno gaisa raksturlielumu atkarību no augstuma (līdz 10 km).
Kurš gaiss ir vissmagākais
Aplūkojot galvenos faktorus, kas nosaka atbildi uz jautājumu, cik sver gaiss, varat saprast, kurš gaiss būs vissmagākais. Īsāk sakot, auksts gaiss vienmēr sver vairāk nekā silts gaiss, jo tā blīvums ir mazāks, un sausais gaiss sver vairāk nekā mitrs gaiss. Pēdējais apgalvojums ir viegli saprotams, jo gaisa molārā masa ir 29 g/mol, bet ūdens molekulas molārā masa ir 18 g/mol, tas ir, 1,6 reizes mazāka.
Gaisa svara noteikšana dotajos apstākļos
Tagad atrisināsim konkrētu problēmu. Atbildēsim uz jautājumu, cik daudz gaisa sver, aizņemot 150 litru tilpumu, 288 K temperatūrā. Apsveriet, ka 1 litrs ir kubikmetra tūkstošdaļa, tas ir, 1 litrs=0,001 m3. Kas attiecas uz 288 K temperatūru, tā atbilst 15 ° C, tas ir, tā ir raksturīga daudziem mūsu planētas reģioniem. Nākamais solis ir noteikt gaisa blīvumu. Ir divi veidi, kā to izdarīt:
- Aprēķiniet, izmantojot iepriekš minēto formulu, lai iegūtu 0 metru augstumu virs jūras līmeņa. Šajā gadījumā tiek iegūta vērtība ρ=1,227 kg/m3
- Apskatiet augstāk esošo tabulu, kuras pamatā ir T0=288,15 K. Tabulā ir norādīta vērtība ρ=1,225 kg/m 3.
Tādējādi mēs ieguvām divus skaitļus, kas labi saskan viens ar otru. Neliela atšķirība ir saistīta ar kļūdu 0,15 K apmērā temperatūras noteikšanā, kā arī ar to, ka gaiss joprojām nav ideāla, bet gan īsta gāze. Tāpēc turpmākiem aprēķiniem mēs ņemam vidējo no divām iegūtajām vērtībām, tas ir, ρ=1, 226 kg/m3.
Tagad, izmantojot formulu masas, blīvuma un tilpuma attiecībai, mēs iegūstam: m=ρV=1,226 kg/m30,150 m3=0,1839 kg vai 183,9 grami.
Varat arī atbildēt, cik litrs gaisa sver dotajos apstākļos: m=1,226 kg/m30,001 m3=0,001226 kg jeb aptuveni 1,2 grami.
Kāpēc mēs nejūtam, ka gaiss mūs nospiež
Cik sver 1 m3 gaisa? Nedaudz vairāk par 1 kilogramu. Viss mūsu planētas atmosfēras galds rada spiedienu uz cilvēku ar savu 200 kg svaru! Tā ir pietiekami liela gaisa masa, kas cilvēkam var sagādāt daudz nepatikšanas. Kāpēc mēs to nejūtam? Tas notiek divu iemeslu dēļ: pirmkārt, arī pašā cilvēkā ir iekšējais spiediens, kas iedarbojas pret ārējo atmosfēras spiedienu, un, otrkārt, gaiss, būdams gāze, izdara spiedienu visos virzienos vienādi, tas ir, spiedieni visos virzienos līdzsvaro katru. cits.
