Щільність повітря - це фізична величина, що характеризує питому масу повітря за природних умов чи масу газу атмосфери Землі на одиницю обсягу. Величина щільності повітря є функцією від висоти вироблених вимірювань, від його вологості та температури.

За стандарт щільності повітря прийнято величину, рівну 1,29 кг/м3, яка обчислюється як відношення його молярної маси (29 г/моль) до молярного об'єму, однакового для всіх газів (22,413996 дм3), що відповідає щільності сухого повітря при 0° З (273,15 ° К) і тиск 760 мм ртутного стовпа (101325 Па) на рівні моря (тобто за нормальних умов).

Нещодавно відомості про щільність повітря отримували побічно з допомогою спостережень за полярними сяйвами, поширенням радіохвиль, метеорами. З моменту появи штучних супутників Землі щільність повітря почали обчислювати завдяки даним, отриманим від їхнього гальмування.

Ще один метод полягає у спостереженнях за розпливанням штучних хмар з пари натрію, створюваних метеорологічними ракетами. У Європі щільність повітря на поверхні Землі становить 1,258 кг/м3, на висоті п'яти км - 0,735, на висоті двадцяти км - 0,087, на висоті сорока км - 0,004 кг/м3.

Розрізняють два види щільності повітря: масова та вагова (питома вага).

Вагова щільність визначає вагу 1 м3 повітря та обчислюється за формулою γ = G/V, де γ – вагова щільність, кгс/м3; G - вага повітря, що вимірюється в кгс; V - обсяг повітря, що вимірюється в м3. Встановлено, що 1 м3 повітря за стандартних умов(Барометричний тиск 760 мм ртутного стовпа, t=15°С) важить 1,225 кгс, Виходячи з цього, вагова щільність (питома вага) 1 м3 повітря дорівнює γ =1,225 кгс/м3.

Слід взяти до уваги, що вага повітря – це величина мінливаі змінюється залежно від різних умов, таких як географічна широта та сила інерції, що виникає при обертанні Землі навколо осі. На полюсах вага повітря на 5% більша, ніж у зоні екватора.

Масова щільність повітря – це маса 1 м3 повітря, що позначається грецькою літерою ρ. Як відомо, маса тіла – величина стала. За одиницю маси прийнято вважати масу гирі з іридистої платини, яка знаходиться у Міжнародній палаті заходів та ваг у Парижі.

Масова щільність повітря ρ обчислюється за такою формулою: ρ = m/v. Тут m – маса повітря, яка вимірюється в кг×с2/м; ρ – його масова щільність, яка вимірюється в кгс×с2/м4.

Масова і вагова щільність повітря залежить: ρ = γ / g, де g – коефіцієнт прискорення вільного падіння, рівний 9,8 м/с². Звідки випливає, що масова щільність повітря за стандартних умов дорівнює 0,1250 кг×с2/м4.

При зміні барометричного тиску та температури щільність повітря змінюється. Виходячи із закону Бойля-Маріотта, чим більший тиск, тим більшою буде щільність повітря. Однак із зменшенням тиску з висотою, зменшується і щільність повітря, що привносить свої корективи, внаслідок чого закон зміни тиску по вертикалі стає складнішим.

Рівняння, яке виражає цей закон зміни тиску з висотою в атмосфері, що перебуває у спокої, називається основним рівнянням статики.

Воно говорить, що зі збільшенням висоти тиск змінюється в меншу сторону і при підйомі на ту саму висоту зменшення тиску тим більше, чим більше сила тяжкості і щільність повітря.

Важлива роль цьому рівнянні належить змінам щільності повітря. У результаті можна сказати, що чим вище підніматися, тим менше падатиме тиск при підйомі на однакову висоту. Щільність повітря від температури залежить наступним чином: у теплому повітрі тиск зменшується менш інтенсивно, ніж у холодному, отже, на однаково рівній висоті в теплій повітряній масі тиск вищий, ніж у холодній.

При значеннях температури і тиску, що змінюються, масова щільність повітря обчислюється за формулою: ρ = 0,0473хВ / Т. Тут В - це барометричний тиск, що вимірюється в мм ртутного стовпа, Т - температура повітря, що вимірюється в Кельвінах.

Як вибирають, за якими характеристиками, параметрами?

Що таке промисловий осушувач стисненого повітря? Читайте про це, найбільш цікава та актуальна інформація.

Які зараз ціни на озонотерапію? Ви дізнаєтеся про це у цій статті:
. Відгуки, показання та протипоказання при озонотерапії.

Також густина визначається і вологістю повітря. Наявність водяної пори призводить до зменшення щільності повітря, що пояснюється низькою молярною масою води (18 г/моль) на тлі молярної маси сухого повітря (29 г/моль). Вологе повітря можна розглянути як суміш ідеальних газів, у кожному з яких комбінація густин дозволяє отримати необхідне значення густини для їх суміші.

Така, свого роду інтерпретація дозволяє визначати значення щільності з рівнем похибки менше 0,2% у діапазоні температур від -10 °C до 50 °C. Щільність повітря дозволяє отримати величину його вмісту вологи, яка обчислюється шляхом поділу щільності водяної пари (у грамах), який міститься в повітрі, на показник щільності сухого повітря в кілограмах .

Основне рівняння статики не дозволяє вирішувати постійно виникаючі практичні завдання в реальних умовах атмосфери, що змінюється. Тому його вирішують за різних спрощених припущень, які відповідають фактичним реальним умовам, за рахунок висування низки приватних припущень.

Основне рівняння статики дає можливість отримати значення вертикального градієнта тиску, який виражає зміну тиску під час підйому чи спуску на одиницю висоти, т. е. зміна тиску одиницю відстані по вертикалі.

Замість вертикального градієнта нерідко використовують зворотну йому величину – баричний ступінь у метрах на мілібар (іноді ще зустрічається застарілий варіант терміну «градієнт тиску» – барометричний градієнт).

Низька щільність повітря визначає незначний опір пересування. Багатьма наземними тваринами, у ході еволюції, використовувалися екологічні вигоди цієї якості повітряного середовища, за рахунок чого вони набули здатності до польоту. 75% всіх видів наземних тварин здатні до активного польоту. Здебільшого це комахи та птахи, але зустрічаються ссавці та рептилії.

Відео на тему «Визначення щільності повітря»

Багатьох може здивувати той факт, що повітря має певну ненульову вагу. Точне значення цієї ваги визначити не так просто, оскільки на нього сильно впливають такі фактори, як хімічний склад, вологість, температура та тиск. Розглянемо докладніше питання, скільки важить повітря.

Що таке повітря

Перш ніж відповідати на питання про те, скільки важить повітря, необхідно розібратися з тим, що є ця субстанція. Повітря - це газова оболонка, яка існує навколо нашої планети, і яка є гомогенною сумішшю різних газів. До складу повітря входять такі гази:

• азот (78,08%);
• кисень (20,94%);
• аргон (0,93%);
• водяна пара (0,40%);
• вуглекислий газ (0,035%).

Крім перерахованих вище газів, у повітрі також присутні у мінімальних кількостях неон (0,0018%), гелій (0,0005%), метан (0,00017%), криптон (0,00014%), водень (0,00005%) ), аміак (0,0003%).

Цікаво відзначити, що розділити ці компоненти можна, якщо конденсувати повітря, тобто перетворити його на рідкий стан шляхом збільшення тиску і зменшення температури. Оскільки кожен компонент повітря має свою температуру конденсації, то таким способом вдається виділити всі компоненти з повітря, що використовується на практиці.

Вага повітря та фактори, що на нього впливають

Що заважає відповісти на запитання, скільки важить кубометр повітря? Звичайно, ряд факторів, які можуть сильно впливати на цю вагу.

По-перше, це хімічний склад. Вище наведено дані для складу чистого повітря, проте, в даний час це повітря в багатьох місцях планети сильно забруднене, відповідно, його склад буде іншим. Так, поблизу великих міст повітря міститься більше вуглекислого газу, аміаку, метану, ніж повітря сільській місцевості.

По-друге, вологість, тобто кількість водяної пари, що міститься в атмосфері. Чим більш вологе повітря, тим менше воно важить за інших рівних умов.

По-третє, температура. Це один з важливих факторів, чим менше її значення, тим вище щільність повітря, і, тим більше його вага.

По-четверте, атмосферний тиск, який безпосередньо відображає кількість молекул повітря в певному обсязі, тобто його вагу.

Щоб зрозуміти, як сукупність цих факторів впливає на вагу повітря, наведемо простий приклад: маса одного метра кубічного сухого повітря за температури 25°C, що знаходиться поблизу поверхні землі, становить 1,205 кг, якщо ж розглядати аналогічний об'єм повітря поблизу поверхні моря за температури 0° C, то його маса вже дорівнюватиме 1,293 кг, тобто збільшиться на 7,3%.

Зміна густини повітря з висотою

Зі збільшенням висоти падає тиск повітря, відповідно, зменшується його щільність та вага. Атмосферне повітря при тисках, які спостерігаються на Землі, можна в першому наближенні вважати за ідеальний газ. Це означає, що тиск і щільність повітря математично зв'язуються один з одним через рівняння стану ідеального газу: P = ρ*R*T/M, де P - тиск, ρ - щільність, T - температура в кельвінах, M - молярна маса повітря, R – універсальна газова постійна.

З наведеної вище формули можна отримати формулу залежності щільності повітря від висоти, якщо врахувати, що тиск змінюється за законом P = P 0 +ρ*g*h, де P 0 - тиск на поверхні землі, g - прискорення вільного падіння, h - висота . Підставляючи цю формулу для тиску в попередній вираз і виражаючи щільність, отримуємо: ρ(h) = P 0 *M/(R*T(h)+g(h)*M*h). За допомогою цього виразу можна визначити густину повітря на будь-якій висоті. Відповідно, вага повітря (правильніше говорити маса) визначається за формулою m(h) = ρ(h)*V, де V - заданий об'єм.

У вираженні залежності щільності від висоти можна помітити, що від висоти також залежить температура і прискорення вільного падіння. Останню залежність можна знехтувати, якщо йдеться про висоти не більше 1-2 км. Що ж до температури, її залежність від висоти добре описується наступним емпіричним виразом: T(h) = T 0 -0,65*h, де T 0 - температура повітря поблизу поверхні землі.

Щоб не обчислювати постійно щільність кожної висоти, нижче наведемо таблицю залежності основних показників повітря від висоти (до 10 км).

Яке повітря є найважчим

Розглянувши основні фактори, які визначають відповідь на питання про те, скільки важить повітря, можна зрозуміти, яке повітря буде найважчим. Говорячи коротко, холодне повітря важить завжди більше, ніж тепле, оскільки щільність останнього нижче, і сухе повітря важить більше, ніж вологе. Останнє твердження легко зрозуміти, оскільки становить 29 г/моль, а молярна маса молекули води дорівнює 18 г/моль, тобто менше 1,6 раза.

Визначення ваги повітря за заданих умов

Тепер вирішимо конкретне завдання. Відповімо на запитання про те, скільки важить повітря, що займає об'єм 150 л, за температури 288 К. Врахуємо, що 1 літр становить тисячну частину від кубічного метра, тобто 1 л = 0,001 м 3 . Що стосується температури 288 К, вона відповідає 15°C, тобто є типовою для багатьох районів нашої планети. Далі слід визначити щільність повітря. Зробити це можна двома способами:

1. Розрахувати за наведеною вище формулою для висоти 0 метрів над рівнем моря. У цьому випадку виходить значення ρ = 1227 кг/м 3
2. Подивитися у наведену вище таблицю, яка побудована, виходячи з T 0 = 288,15 К. У таблиці стоїть значення ρ = 1,225 кг/м3.

Таким чином, вийшло два числа, які добре узгоджуються. Невелика відмінність пов'язана з похибкою 0,15 К при визначенні температури, а також з тим, що повітря є все ж таки не ідеальним, а реальним газом. Тож подальших розрахунків візьмемо середнє із двох отриманих значень, тобто ρ = 1,226 кг/м 3 .

Тепер, користуючись формулою зв'язку маси, густини та об'єму, отримуємо: m = ρ*V = 1,226 кг/м 3 * 0,150 м 3 = 0,1839 кг або 183,9 грама.

Також можна відповісти скільки важить літр повітря за заданих умов: m = 1,226 кг/м 3 * 0,001 м 3 = 0,001226 кг або приблизно 1,2 грама.

Чому ми не відчуваємо, що повітря тисне на нас

Скільки важить 1 м3 повітря? Трохи більше ніж 1 кілограм. Весь атмосферний стіл нашої планети тисне на людину своєю вагою в 200 кг! Це досить велика маса повітря, яка могла б завдати багато неприємностей людині. Чому ж ми її не відчуваємо? Це пояснюється двома причинами: по-перше, усередині самої людини є також внутрішній тиск, який чинить протидію зовнішньому атмосферному тиску, по-друге, повітря, будучи газом, чинить тиск у всіх напрямках однаково, тобто тиск у всіх напрямках врівноважують один одного.

Стиснене повітря- це повітря, що перебуває під тиском, що перевищує атмосферний тиск.

Стиснене повітря є унікальним енергоносієм поряд з електроенергією, природним газом та водою. У виробничих умовах стиснене повітря, в основному, використовується для приводу в дію пристроїв та механізмів з пневматичним приводом (пневмопривід).

У повсякденному, повсякденному житті ми практично не помічаємо навколишнє Повітря. Проте протягом всієї історії людства люди використовували унікальні властивості повітря. Винахід вітрила та ковальського горна, вітряка та повітряної кулі стали першими кроками використання повітря в якості енергоносія.

З винаходом компресора настала епоха індустріального використання стисненого повітря. І питання: «що ж являє собою Повітря, і якими властивостями воно має? - став далеко не пустим.

Приступаючи до проектування нової пневмосистеми або модернізації вже існуючої, не зайве згадати іпро деякі властивості повітря, терміни та одиниці виміру.

Повітря це суміш газів, головним чином що складається з азоту та кисню.

Середня відносна молярна маса -28,98. 10 -3 кг/моль

*Склад повітря може змінюватися. Як правило, у промислових зонах повітря містить

Фізика на кожному кроці Перельман Яків Ісидорович

Скільки важить повітря у кімнаті?

Чи можете ви хоч приблизно сказати, який вантаж є повітрям, що вміщується вашою кімнатою? Кілька грамів чи кілька кілограмів? Чи можете ви підняти такий вантаж одним пальцем або ледве втримали б його на плечах?

Тепер, мабуть, не знайдеться вже людей, які думають, як вважали давні, що повітря нічого не важить. Але сказати, скільки важить певний обсяг повітря, багато хто й зараз не зможе.

Запам'ятайте ж, що літровий кухоль повітря тієї щільності, яку він має поблизу земної поверхні при звичайній кімнатній температурі, важить близько 1.2 м. Оскільки в кубічному метрі міститься 1 тис. л, то кубометр повітря важить у тисячу разів більше, ніж 1.2 г, саме 1,2 кг. Тепер неважко вже відповісти на поставлене раніше питання. Для цього потрібно лише дізнатися, скільки кубічних метрів у вашій кімнаті, і тоді визначиться вага повітря, що міститься в ній.

Нехай кімната має площу 10 м 2 , а висоту – 4 м. У такій кімнаті 40 кубометрів повітря, яке важить, отже, сорок разів по 1,2 кг. Це становитиме 48 кг.

Отже, навіть у такій невеликій кімнаті повітря важить трохи менше, ніж ви самі. Віднести на плечах подібний вантаж вам вдалося б не легко. А повітря вдвічі більш просторої кімнати, навантажене на вашу спину, могло б вас роздавити.

автора Кондрашов Анатолій Павлович

З книги Історія свічки автора Фарадей Майкл

З книги П'ять невирішених проблем науки автора Віггінс Артур

З книги Фізика на кожному кроці автора Перельман Яків Ісидорович

З книги Рух. Теплота автора Китайгородський Олександр Ісаакович

З книги МИКОЛА ТЕСЛА. лекції. СТАТТІ. автора Тесла Нікола

Як зрозуміти складні закони фізики. 100 простих та захоплюючих досвідів для дітей та їх батьків автора Дмитрієв Олександр Станіславович

З книги Марія Кюрі. Радіоактивність та елементи [Найпотаємніший секрет матерії] автора Паєс Адела Муньос

З книги автора

ЛЕКЦІЯ ІІ СВІЧКА. Яскравість полум'я. ДЛЯ ГОРЕННЯ НЕОБХІДНО ПОВІТРЯ. ОСВІТА ВОДИ На минулій лекції ми розглянули загальні властивості та розташування рідкої частини свічки, а також те, яким чином ця рідина потрапляє туди, де відбувається горіння. Ви переконалися, що коли свічка

З книги автора

Повітря місцевого виробництва Оскільки внутрішні планети - Меркурій, Венера, Земля і Марс - розташовані близько до Сонця (рис. 5.2), цілком розумно припустити, що вони складаються з однієї сировини. Так і є. Рис. 5.2. Орбіти планет Сонячної системи

З книги автора

Скільки повітря ви вдихаєте? Цікаво підрахувати також, скільки важить те повітря, яке ми вдихаємо і видихаємо протягом однієї доби. При кожному вдиху людина вводить у свої легені близько півлітра повітря. Робимо ж ми за хвилину, середнім числом, 18 вдихань. Значить, за одну

З книги автора

Скільки важить все повітря Землі? Досліди, описані зараз, показують, що стовп води в 10 м висоти важить стільки ж, скільки стовп повітря від Землі до верхньої межі атмосфери, - тому вони і врівноважують один одного. Неважко вирахувати тому, скільки важить

З книги автора

Залізна пара і тверде повітря Чи не правда - дивне поєднання слів? Однак це зовсім не нісенітниця: і залізна пара, і тверде повітря існують у природі, але тільки не за звичайних умов. Про які ж умови йдеться? Стан речовини визначається двома

З книги автора

ПЕРШІ СПРОСИ ОТРИМАТИ САМО-ДІЇВНІ ДВИГУН - МЕХАНІЧНИЙ ОСЦИЛЯТОР - РОБОТА ДЮАРА І ЛІНДЕ - РІДКЕ ПОВІТРЯ Усвідомивши цю істину, я почав шукати шляхи виконання і

З книги автора

51 Приручена блискавка прямо в кімнаті – та безпечно! Для досвіду нам знадобляться: дві повітряні кульки. Страшний електричний розряд б'є прямо з хмари, спалюючи все, у що потрапляє. Видовище це страшно, і притягує. Блискавка небезпечна, вона вбиває все живе.

З книги автора

СКІЛЬКИ? Ще до початку вивчення уранового проміння Марія вже вирішила, що відбитки на фотографічних плівках були неточним методом аналізу, а вона хотіла виміряти інтенсивність променів і порівняти кількість випромінювання, що випускається різними речовинами. Вона знала: Беккерель

Хоча ми й не відчуваємо повітря довкола себе, повітря – це не ніщо. Повітря - це суміш газів: азоту, кисню та інших. А гази, як і інші речовини, складаються з молекул, і тому мають вагу, хоч і невелику.

За допомогою досвіду можна довести, що повітря має вагу. На середині палиці довжиною сантиметрів у шістдесят зміцнимо мотузку, а до обох її кінців прив'яжемо дві однакові повітряні кульки. Підвісимо палицю за мотузку і побачимо, що вона висить горизонтально. Якщо тепер проткнути голкою одну з надутих кульок, з неї вийде повітря, і той кінець палиці, до якого він був прив'язаний, підніметься вгору. Якщо проколоти і другу кульку, то палиця знову займе горизонтальне положення.

Це відбувається тому що повітря в надутій кульці щільніше, а значить, і важченіж той, що знаходиться навколо нього.

Скільки важить повітря, залежить від того, коли та де його зважують. Вага повітря над горизонтальною площиною – це атмосферний тиск. Як і всі предмети, що оточують нас, повітря теж схильний до земного тяжіння. Воно-то і наділяє повітря вагою, яка дорівнює 1 кг на квадратний сантиметр. Щільність повітря дорівнює близько 1,2 кг/м 3 тобто куб зі стороною 1 м, наповнений повітрям, важить 1,2 кг.

Повітряний стовп, що вертикально піднімається над Землею, тягнеться на кілька сотень кілометрів. Значить, на людину, що стоїть прямо, на її голову і плечі, площа яких становить приблизно 250 см 2 , тисне стовп повітря вагою близько 250 кг!

Ми не змогли б витримувати таку тяжкість, якби їй не протистояв такий самий тиск усередині нашого тіла. Наступний досвід допоможе нам це зрозуміти. Якщо розтягнути двома руками паперовий лист і хтось з одного боку натисне на нього пальцем, результат буде один - дірка в папері. Але якщо натиснути двома вказівними пальцями на те саме місце, але з різних боків, нічого не трапиться. Тиск з обох боків буде однаковим. Те саме відбувається і з тиском повітряного стовпа і зустрічним тиском усередині нашого тіла: вони рівні.

Повітря має вагу і з усіх боків тисне на наше тіло.
Але він не може роздавити нас, бо зустрічний тиск тіла дорівнює зовнішньому.
Зображений вище простий досвід робить це очевидним:
якщо з одного боку натиснути пальцем на аркуш паперу, він порветься;
але якщо натиснути на нього з обох боків, цього не станеться.

До речі...

У повсякденності, коли ми щось зважуємо, ми робимо це в повітрі, і тому ми нехтуємо його вагою, тому що вага повітря в повітрі дорівнює нулю. Наприклад, якщо ми зважимо порожню скляну колбу, ми вважатимемо отриманий результат вагою колби, нехтуючи тим, що вона наповнена повітрям. А от якщо колбу закрити герметично та відкачати з неї все повітря, ми отримаємо зовсім інший результат.