Moltes persones es poden sorprendre pel fet que l'aire tingui un pes determinat diferent de zero. El valor exacte d'aquest pes no és tan fàcil de determinar, ja que està molt influenciat per factors com la composició química, la humitat, la temperatura i la pressió. Fem una ullada més de prop a la qüestió de quant pesa l'aire.
Què és l'aire
Abans de respondre a la pregunta de quant pesa l'aire, cal entendre què és aquesta substància. L'aire és una capa gasosa que hi ha al voltant del nostre planeta, i que és una mescla homogènia de diversos gasos. L'aire conté els gasos següents:
- nitrogen (78,08%);
- oxigen (20,94%);
- argó (0,93%);
- vapor d'aigua (0,40%);
- diòxid de carboni (0,035%).
A més dels gasos enumerats anteriorment, l'aire també conté quantitats mínimes de neó (0,0018%), heli (0,0005%), metà (0,00017%), criptó (0,00014%), hidrogen (0,00005%), amoníac (0,0003%).
És interessant assenyalar-hoPots separar aquests components si condenses aire, és a dir, el converteixes en estat líquid augmentant la pressió i disminuint la temperatura. Com que cada component de l'aire té la seva pròpia temperatura de condensació, d'aquesta manera és possible aïllar tots els components de l'aire, que s'utilitza a la pràctica.
Pes de l'aire i factors que l'afecten
Què t'impedeix respondre exactament a la pregunta, quant pesa un metre cúbic d'aire? Per descomptat, hi ha una sèrie de factors que poden influir molt en aquest pes.
Primer, és la composició química. A d alt es mostren les dades de la composició de l'aire net, però, actualment aquest aire està molt contaminat a molts llocs del planeta, respectivament, la seva composició serà diferent. Així, a prop de les grans ciutats, l'aire conté més diòxid de carboni, amoníac i metà que l'aire de les zones rurals.
En segon lloc, la humitat, és a dir, la quantitat de vapor d'aigua que conté l'atmosfera. Com més humit sigui l'aire, menys pesa, sempre que les altres coses siguin iguals.
Tercer, temperatura. Aquest és un dels factors importants, com més baix sigui el seu valor, més gran serà la densitat de l'aire i, per tant, més gran serà el seu pes.
En quart lloc, la pressió atmosfèrica, que reflecteix directament el nombre de molècules d'aire en un volum determinat, és a dir, el seu pes.
Per entendre com la combinació d'aquests factors afecta el pes de l'aire, prenguem un exemple senzill: la massa d'un metre d'aire cúbic sec a una temperatura de 25 °C, situada prop de la superfície de la terra,és 1,205 kg, però si tenim en compte un volum d'aire similar prop de la superfície del mar a una temperatura de 0 °C, la seva massa ja serà igual a 1,293 kg, és a dir, augmentarà un 7,3%.
Canvi de la densitat de l'aire amb l'alçada
A mesura que augmenta l'alçada, la pressió de l'aire disminueix, respectivament, la seva densitat i pes disminueixen. L'aire atmosfèric a pressions que s'observen a la Terra es pot considerar com un gas ideal com a primera aproximació. Això vol dir que la pressió i la densitat de l'aire estan relacionades matemàticament entre si mitjançant l'equació d'estat d'un gas ideal: P=ρRT/M, on P és la pressió, ρ és la densitat, T és la temperatura en kelvins, M és la massa molar de l'aire, R és la constant universal dels gasos.
A partir de la fórmula anterior, podeu obtenir la fórmula de la dependència de la densitat de l'aire de l'alçada, atès que la pressió canvia segons la llei P=P0+ρ gh, on P 0 - pressió a la superfície terrestre, g - acceleració de caiguda lliure, h - alçada. Substituint aquesta fórmula de pressió a l'expressió anterior i expressant la densitat, obtenim: ρ(h)=P0M/(RT(h)+g(h) M h). Amb aquesta expressió, podeu determinar la densitat de l'aire a qualsevol alçada. En conseqüència, el pes de l'aire (més correctament, massa) ve determinat per la fórmula m(h)=ρ(h)V, on V és el volum donat.
En l'expressió de la dependència de la densitat de l'alçada, es pot notar que la temperatura i l'acceleració de la caiguda lliure també depenen de l'alçada. L'última dependència es pot descuidar si estem parlant d' altures de no més d'1–2 km. Pel que fa a la temperatura, aixòLa dependència de l' altitud està ben descrita per la següent expressió empírica: T(h)=T0-0, 65h, on T0 és el temperatura de l'aire prop de la superfície del sòl.
Per no calcular constantment la densitat per a cada alçada, a continuació es mostra una taula de la dependència de les característiques principals de l'aire de l'alçada (fins a 10 km).
Quin aire és més pesat
Un cop considerat els principals factors que determinen la resposta a la pregunta de quant pesa l'aire, podeu entendre quin aire serà el més pesat. En resum, l'aire fred sempre pesa més que l'aire càlid, ja que la densitat d'aquest últim és menor, i l'aire sec pesa més que l'aire humit. L'última afirmació és fàcil d'entendre, ja que la massa molar de l'aire és de 29 g/mol i la massa molar d'una molècula d'aigua és de 18 g/mol, és a dir, 1,6 vegades menys.
Determinació del pes de l'aire en condicions determinades
Ara resolem un problema concret. Contestem a la pregunta de quant pesa l'aire, ocupant un volum de 150 litres, a una temperatura de 288 K. Considereu que 1 litre és una mil·lèsima part de metre cúbic, és a dir, 1 litre=0,001 m3. Pel que fa a la temperatura de 288 K, correspon a 15°C, és a dir, és típica de moltes regions del nostre planeta. El següent pas és determinar la densitat de l'aire. Hi ha dues maneres de fer-ho:
- Calculeu amb la fórmula anterior per a una alçada de 0 metres sobre el nivell del mar. En aquest cas, s'obté el valor ρ=1,227 kg/m3
- Mireu la taula anterior, que es basa en T0=288,15 K. La taula conté el valor ρ=1,225 kg/m 3.
Així, tenim dos números que coincideixen bé entre ells. Una lleugera diferència es deu a un error de 0,15 K en la determinació de la temperatura, i també al fet que l'aire encara no és un gas ideal, sinó un gas real. Per tant, per a més càlculs, prenem la mitjana dels dos valors obtinguts, és a dir, ρ=1, 226 kg/m3.
Ara, utilitzant la fórmula per a la relació entre massa, densitat i volum, obtenim: m=ρV=1,226 kg/m30,150 m3=0,1839 kg o 183,9 grams.
També pots respondre quant pesa un litre d'aire en condicions determinades: m=1,226 kg/m30,001 m3=0,001226 kg o aproximadament 1,2 grams.
Per què no sentim com l'aire ens pressiona
Quant pesa 1 m3 d'aire? Una mica més d'1 quilogram. Tota la taula atmosfèrica del nostre planeta fa pressió sobre una persona amb el seu pes de 200 kg! Aquesta és una massa d'aire prou gran que podria causar molts problemes a una persona. Per què no ho sentim? Això es deu a dos motius: en primer lloc, també hi ha pressió interna a l'interior de la mateixa persona, que contraresta la pressió atmosfèrica externa, i en segon lloc, l'aire, al ser un gas, exerceix pressió en totes direccions per igual, és a dir, pressions en totes direccions equilibren cadascuna. altre.
