Mange mennesker kan blive overrasket over, at luft har en vis vægt, der ikke er nul. Den nøjagtige værdi af denne vægt er ikke så let at bestemme, da den er stærkt påvirket af faktorer som kemisk sammensætning, fugtighed, temperatur og tryk. Lad os se nærmere på spørgsmålet om, hvor meget luft vejer.
Hvad er luft
Før du besvarer spørgsmålet om, hvor meget luft vejer, er det nødvendigt at forstå, hvad dette stof er. Luft er en gasformig skal, der eksisterer omkring vores planet, og som er en homogen blanding af forskellige gasser. Luft indeholder følgende gasser:
- nitrogen (78,08 %);
- oxygen (20,94 %);
- argon (0,93 %);
- vanddamp (0,40 %);
- kuldioxid (0,035%).
Udover de gasser, der er anført ovenfor, indeholder luften også minimale mængder neon (0,0018%), helium (0,0005%), metan (0,00017%), krypton (0,00014%), brint (0,00005%), ammoniak (0,0003%).
Det er interessant at bemærke detDu kan adskille disse komponenter, hvis du kondenserer luft, det vil sige gør den til en flydende tilstand ved at øge trykket og sænke temperaturen. Da hver komponent i luften har sin egen kondenseringstemperatur, er det på denne måde muligt at isolere alle komponenter fra luften, hvilket bruges i praksis.
Luftvægt og faktorer, der påvirker den
Hvad forhindrer dig i at svare præcist på spørgsmålet, hvor meget vejer en kubikmeter luft? Selvfølgelig er der en række faktorer, der i høj grad kan påvirke denne vægt.
For det første er det den kemiske sammensætning. Ovenfor er dataene for sammensætningen af ren luft, men i øjeblikket er denne luft stærkt forurenet mange steder på planeten, henholdsvis dens sammensætning vil være anderledes. Nær store byer indeholder luften således mere kuldioxid, ammoniak og metan end luften i landdistrikterne.
For det andet fugtighed, det vil sige mængden af vanddamp, der er indeholdt i atmosfæren. Jo mere fugtig luften er, jo mindre vejer den alt andet lige.
For det tredje, temperatur. Dette er en af de vigtige faktorer, jo lavere dens værdi, desto højere lufttæthed, og følgelig større dens vægt.
For det fjerde atmosfærisk tryk, som direkte afspejler antallet af luftmolekyler i et bestemt volumen, det vil sige dets vægt.
For at forstå, hvordan kombinationen af disse faktorer påvirker luftens vægt, lad os tage et simpelt eksempel: massen af en meter tør kubisk luft ved en temperatur på 25 ° C, beliggende nær jordens overflade,er 1,205 kg, men hvis vi betragter et lignende volumen luft nær havoverfladen ved en temperatur på 0 ° C, vil dens masse allerede være lig med 1,293 kg, det vil sige, den vil stige med 7,3%.
Ændring i lufttæthed med højde
Når højden stiger, falder lufttrykket, henholdsvis dets tæthed og vægt falder. Atmosfærisk luft ved tryk, der observeres på Jorden, kan betragtes som en ideel gas som en første tilnærmelse. Det betyder, at luftens tryk og tæthed er matematisk relateret til hinanden gennem tilstandsligningen for en ideel gas: P=ρRT/M, hvor P er tryk, ρ er tæthed, T er temperatur i kelvin, M er luftens molære masse, R er den universelle gaskonstant.
Fra ovenstående formel kan du få formlen for lufttæthedens afhængighed af højden, givet at trykket ændres i henhold til loven P=P0+ρ gh, hvor P 0 - tryk ved jordens overflade, g - frit faldsacceleration, h - højde. Ved at erstatte denne formel for tryk i det foregående udtryk og udtrykke tætheden, får vi: ρ(h)=P0M/(RT(h)+g(h) M h). Ved hjælp af dette udtryk kan du bestemme tætheden af luft i enhver højde. Vægten af luft (mere korrekt, masse) bestemmes derfor af formlen m(h)=ρ(h)V, hvor V er det givne volumen.
I udtrykket for tæthedens afhængighed af højden kan man bemærke, at temperaturen og accelerationen af frit fald også afhænger af højden. Den sidste afhængighed kan negligeres, hvis vi taler om højder på højst 1-2 km. Med hensyn til temperatur, dethøjdeafhængighed er godt beskrevet ved følgende empiriske udtryk: T(h)=T0-0, 65h, hvor T0 er lufttemperatur nær jordoverfladen.
For ikke konstant at beregne tætheden for hver højde, er der nedenfor en tabel over afhængigheden af de vigtigste luftegenskaber af højden (op til 10 km).
Hvilken luft er den tungeste
Efter at have overvejet de vigtigste faktorer, der bestemmer svaret på spørgsmålet om, hvor meget luft vejer, kan du forstå, hvilken luft der vil være den tungeste. Kort sagt, kold luft vejer altid mere end varm luft, da densiteten af sidstnævnte er lavere, og tør luft vejer mere end fugtig luft. Det sidste udsagn er let at forstå, da luftens molære masse er 29 g/mol, og molmassen af et vandmolekyle er 18 g/mol, det vil sige 1,6 gange mindre.
Beregning af luftens vægt under givne forhold
Lad os nu løse et specifikt problem. Lad os besvare spørgsmålet om, hvor meget luft vejer, optager et volumen på 150 liter, ved en temperatur på 288 K. Tænk på, at 1 liter er en tusindedel af en kubikmeter, det vil sige 1 liter=0,001 m3. Hvad angår temperaturen på 288 K, svarer den til 15 °C, det vil sige, at den er typisk for mange regioner på vores planet. Det næste trin er at bestemme luftens tæthed. Der er to måder at gøre dette på:
- Beregn ved hjælp af ovenstående formel for en højde på 0 meter over havets overflade. I dette tilfælde opnås værdien ρ=1,227 kg/m3
- Se på ovenstående tabel, som er baseret på T0=288,15 K. Tabellen indeholder værdien ρ=1,225 kg/m 3.
Så fik vi to numre, der stemmer godt overens med hinanden. En lille forskel skyldes en fejl på 0,15 K ved temperaturbestemmelsen, og også det faktum, at luft stadig ikke er et ideal, men en rigtig gas. For yderligere beregninger tager vi derfor gennemsnittet af de to opnåede værdier, det vil sige ρ=1, 226 kg/m3.
Nu, ved at bruge formlen for forholdet mellem masse, massefylde og volumen, får vi: m=ρV=1,226 kg/m30,150 m3=0,1839 kg eller 183,9 gram.
Du kan også svare på, hvor meget en liter luft vejer under givne forhold: m=1,226 kg/m30,001 m3=0,001226 kg eller cirka 1,2 gram.
Hvorfor mærker vi ikke luften presse ned på os
Hvor meget vejer 1 m3 luft? Lidt over 1 kg. Hele vores planets atmosfæriske bord lægger pres på en person med en vægt på 200 kg! Dette er en luftmasse, der er stor nok, som kan forårsage mange problemer for en person. Hvorfor mærker vi det ikke? Dette skyldes to årsager: For det første er der også indre tryk inde i personen selv, som modvirker det ydre atmosfæriske tryk, og for det andet udøver luft, som er en gas, tryk i alle retninger ligeligt, det vil sige, at tryk i alle retninger balancerer hver andet.
