Yang utama ciri-ciri fizikal udara: ketumpatan udara, kelikatan dinamik dan kinematiknya, kapasiti haba tentu, kekonduksian terma, difusi terma, nombor Prandtl dan entropi. Sifat-sifat udara diberikan dalam jadual bergantung kepada suhu pada tekanan atmosfera biasa.
Jadual terperinci nilai ketumpatan udara kering pada pelbagai suhu dan tekanan atmosfera normal dibentangkan. Apakah ketumpatan udara? Ketumpatan udara boleh ditentukan secara analitikal dengan membahagikan jisimnya dengan isipadu yang didudukinya. di syarat yang diberikan(tekanan, suhu dan kelembapan). Anda juga boleh mengira ketumpatannya menggunakan formula persamaan gas ideal keadaan. Untuk melakukan ini, anda perlu mengetahui tekanan dan suhu mutlak udara, serta pemalar gas dan isipadu molarnya. Persamaan ini membolehkan anda mengira ketumpatan kering udara.
Pada latihan, untuk mengetahui apakah ketumpatan udara pada suhu yang berbeza, ia adalah mudah untuk menggunakan meja siap sedia. Sebagai contoh, jadual di bawah menunjukkan ketumpatan udara atmosfera bergantung pada suhunya. Ketumpatan udara dalam jadual dinyatakan dalam kilogram per meter padu dan diberikan dalam julat suhu dari tolak 50 hingga 1200 darjah Celsius pada tekanan atmosfera biasa (101325 Pa).
| t, °С | ρ, kg/m 3 | t, °С | ρ, kg/m 3 | t, °С | ρ, kg/m 3 | t, °С | ρ, kg/m 3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1,584 | 20 | 1,205 | 150 | 0,835 | 600 | 0,404 |
| -45 | 1,549 | 30 | 1,165 | 160 | 0,815 | 650 | 0,383 |
| -40 | 1,515 | 40 | 1,128 | 170 | 0,797 | 700 | 0,362 |
| -35 | 1,484 | 50 | 1,093 | 180 | 0,779 | 750 | 0,346 |
| -30 | 1,453 | 60 | 1,06 | 190 | 0,763 | 800 | 0,329 |
| -25 | 1,424 | 70 | 1,029 | 200 | 0,746 | 850 | 0,315 |
| -20 | 1,395 | 80 | 1 | 250 | 0,674 | 900 | 0,301 |
| -15 | 1,369 | 90 | 0,972 | 300 | 0,615 | 950 | 0,289 |
| -10 | 1,342 | 100 | 0,946 | 350 | 0,566 | 1000 | 0,277 |
| -5 | 1,318 | 110 | 0,922 | 400 | 0,524 | 1050 | 0,267 |
| 0 | 1,293 | 120 | 0,898 | 450 | 0,49 | 1100 | 0,257 |
| 10 | 1,247 | 130 | 0,876 | 500 | 0,456 | 1150 | 0,248 |
| 15 | 1,226 | 140 | 0,854 | 550 | 0,43 | 1200 | 0,239 |
Pada 25°C, udara mempunyai ketumpatan 1.185 kg/m3. Apabila dipanaskan, ketumpatan udara berkurangan - udara mengembang (isipadu spesifiknya meningkat). Apabila suhu meningkat, contohnya kepada 1200°C, ketumpatan udara yang sangat rendah dicapai, bersamaan dengan 0.239 kg/m 3, iaitu 5 kali kurang daripada nilainya pada suhu bilik. Secara umum, pengurangan semasa pemanasan membolehkan proses seperti perolakan semula jadi berlaku dan digunakan, sebagai contoh, dalam aeronautik.
Jika kita membandingkan ketumpatan udara berbanding , maka udara adalah tiga urutan magnitud lebih ringan - pada suhu 4°C, ketumpatan air ialah 1000 kg/m3, dan ketumpatan udara ialah 1.27 kg/m3. Ia juga perlu diperhatikan ketumpatan udara di keadaan biasa. Keadaan biasa bagi gas ialah keadaan di mana suhunya ialah 0°C dan tekanannya sama dengan tekanan atmosfera biasa. Oleh itu, mengikut jadual, ketumpatan udara dalam keadaan normal (di NL) ialah 1.293 kg/m 3.
Apabila melakukan pengiraan haba, adalah perlu untuk mengetahui nilai kelikatan udara (pekali kelikatan) pada suhu yang berbeza. Nilai ini diperlukan untuk mengira nombor Reynolds, Grashof, dan Rayleigh, yang nilainya menentukan rejim aliran gas ini. Jadual menunjukkan nilai pekali dinamik μ dan kinematik ν kelikatan udara dalam julat suhu dari -50 hingga 1200°C pada tekanan atmosfera.
Pekali kelikatan udara meningkat dengan ketara dengan peningkatan suhu. Sebagai contoh, kelikatan kinematik udara adalah sama dengan 15.06 10 -6 m 2 / s pada suhu 20°C, dan dengan peningkatan suhu kepada 1200°C, kelikatan udara menjadi sama dengan 233.7 10 -6 m 2 / s, iaitu, ia meningkat 15.5 kali ganda! Kelikatan dinamik udara pada suhu 20°C ialah 18.1·10 -6 Pa·s.
Apabila udara dipanaskan, nilai kedua-dua kinematik dan kelikatan dinamik meningkat. Kedua-dua kuantiti ini berkaitan antara satu sama lain melalui ketumpatan udara, yang nilainya berkurangan apabila gas ini dipanaskan. Peningkatan dalam kelikatan kinematik dan dinamik udara (serta gas lain) apabila dipanaskan dikaitkan dengan getaran molekul udara yang lebih sengit di sekitar keadaan keseimbangannya (mengikut MKT).
| t, °С | μ·10 6 , Pa·s | ν·10 6, m 2 /s | t, °С | μ·10 6 , Pa·s | ν·10 6, m 2 /s | t, °С | μ·10 6 , Pa·s | ν·10 6, m 2 /s |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 14,6 | 9,23 | 70 | 20,6 | 20,02 | 350 | 31,4 | 55,46 |
| -45 | 14,9 | 9,64 | 80 | 21,1 | 21,09 | 400 | 33 | 63,09 |
| -40 | 15,2 | 10,04 | 90 | 21,5 | 22,1 | 450 | 34,6 | 69,28 |
| -35 | 15,5 | 10,42 | 100 | 21,9 | 23,13 | 500 | 36,2 | 79,38 |
| -30 | 15,7 | 10,8 | 110 | 22,4 | 24,3 | 550 | 37,7 | 88,14 |
| -25 | 16 | 11,21 | 120 | 22,8 | 25,45 | 600 | 39,1 | 96,89 |
| -20 | 16,2 | 11,61 | 130 | 23,3 | 26,63 | 650 | 40,5 | 106,15 |
| -15 | 16,5 | 12,02 | 140 | 23,7 | 27,8 | 700 | 41,8 | 115,4 |
| -10 | 16,7 | 12,43 | 150 | 24,1 | 28,95 | 750 | 43,1 | 125,1 |
| -5 | 17 | 12,86 | 160 | 24,5 | 30,09 | 800 | 44,3 | 134,8 |
| 0 | 17,2 | 13,28 | 170 | 24,9 | 31,29 | 850 | 45,5 | 145 |
| 10 | 17,6 | 14,16 | 180 | 25,3 | 32,49 | 900 | 46,7 | 155,1 |
| 15 | 17,9 | 14,61 | 190 | 25,7 | 33,67 | 950 | 47,9 | 166,1 |
| 20 | 18,1 | 15,06 | 200 | 26 | 34,85 | 1000 | 49 | 177,1 |
| 30 | 18,6 | 16 | 225 | 26,7 | 37,73 | 1050 | 50,1 | 188,2 |
| 40 | 19,1 | 16,96 | 250 | 27,4 | 40,61 | 1100 | 51,2 | 199,3 |
| 50 | 19,6 | 17,95 | 300 | 29,7 | 48,33 | 1150 | 52,4 | 216,5 |
| 60 | 20,1 | 18,97 | 325 | 30,6 | 51,9 | 1200 | 53,5 | 233,7 |
Nota: Berhati-hati! Kelikatan udara diberikan kepada kuasa 10 6 .
Jadual muatan haba tentu udara pada pelbagai suhu dibentangkan. Muatan haba dalam jadual diberikan pada tekanan malar (kapasiti haba isobarik udara) dalam julat suhu dari tolak 50 hingga 1200°C untuk udara dalam keadaan kering. Apakah muatan haba tentu udara? Muatan haba tentu menentukan jumlah haba yang mesti dibekalkan kepada satu kilogram udara pada tekanan malar untuk meningkatkan suhunya sebanyak 1 darjah. Contohnya, pada 20°C, untuk memanaskan 1 kg gas ini sebanyak 1°C dalam proses isobarik, 1005 J haba diperlukan.
Haba tertentu udara meningkat dengan peningkatan suhu. Walau bagaimanapun, pergantungan kapasiti haba jisim udara pada suhu adalah tidak linear. Dalam julat dari -50 hingga 120°C, nilainya boleh dikatakan tidak berubah - di bawah keadaan ini, kapasiti haba purata udara ialah 1010 J/(kg deg). Mengikut jadual, dapat dilihat bahawa suhu mula memberi kesan yang ketara daripada nilai 130°C. Walau bagaimanapun, suhu udara mempengaruhi kapasiti haba tentunya jauh lebih rendah daripada kelikatannya. Oleh itu, apabila dipanaskan dari 0 hingga 1200°C, kapasiti haba udara meningkat hanya 1.2 kali ganda - dari 1005 hingga 1210 J/(kg deg).
Perlu diingatkan bahawa kapasiti haba udara lembap adalah lebih tinggi daripada udara kering. Jika kita membandingkan udara, jelas bahawa air mempunyai nilai yang lebih tinggi dan kandungan air dalam udara membawa kepada peningkatan kapasiti haba tentu.
| t, °С | C p , J/(kg deg) | t, °С | C p , J/(kg deg) | t, °С | C p , J/(kg deg) | t, °С | C p , J/(kg deg) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1013 | 20 | 1005 | 150 | 1015 | 600 | 1114 |
| -45 | 1013 | 30 | 1005 | 160 | 1017 | 650 | 1125 |
| -40 | 1013 | 40 | 1005 | 170 | 1020 | 700 | 1135 |
| -35 | 1013 | 50 | 1005 | 180 | 1022 | 750 | 1146 |
| -30 | 1013 | 60 | 1005 | 190 | 1024 | 800 | 1156 |
| -25 | 1011 | 70 | 1009 | 200 | 1026 | 850 | 1164 |
| -20 | 1009 | 80 | 1009 | 250 | 1037 | 900 | 1172 |
| -15 | 1009 | 90 | 1009 | 300 | 1047 | 950 | 1179 |
| -10 | 1009 | 100 | 1009 | 350 | 1058 | 1000 | 1185 |
| -5 | 1007 | 110 | 1009 | 400 | 1068 | 1050 | 1191 |
| 0 | 1005 | 120 | 1009 | 450 | 1081 | 1100 | 1197 |
| 10 | 1005 | 130 | 1011 | 500 | 1093 | 1150 | 1204 |
| 15 | 1005 | 140 | 1013 | 550 | 1104 | 1200 | 1210 |
Jadual membentangkan sifat fizikal udara atmosfera seperti kekonduksian terma, difusi terma dan nombor Prandtlnya bergantung pada suhu. Sifat termofizik udara diberikan dalam julat dari -50 hingga 1200°C untuk udara kering. Mengikut jadual jelas bahawa sifat yang ditentukan udara amat bergantung pada suhu dan pergantungan suhu bagi sifat-sifat gas ini yang dipertimbangkan adalah berbeza.
DEFINISI
Udara atmosfera adalah campuran banyak gas. Udara mempunyai komposisi yang kompleks. Komponen utamanya boleh dibahagikan kepada tiga kumpulan: pemalar, pembolehubah dan rawak. Yang pertama termasuk oksigen (kandungan oksigen di udara adalah kira-kira 21% mengikut isipadu), nitrogen (kira-kira 86%) dan apa yang dipanggil gas lengai (kira-kira 1%).
Kandungan komponen secara praktikal tidak bergantung di mana glob sampel udara kering telah diambil. Kumpulan kedua termasuk karbon dioksida(0.02 - 0.04%) dan wap air (sehingga 3%). Kandungan juzuk sampingan bergantung pada keadaan tempatan: berhampiran loji metalurgi, kuantiti ketara sering dicampur ke udara sulfur dioksida, di tempat di mana sisa organik terurai - ammonia, dsb. Sebagai tambahan kepada pelbagai gas, udara sentiasa mengandungi lebih atau kurang habuk.
Ketumpatan udara ialah nilai yang sama dengan jisim gas di atmosfera Bumi dibahagikan dengan isipadu unit. Ia bergantung kepada tekanan, suhu dan kelembapan. Terdapat nilai standard untuk ketumpatan udara - 1.225 kg/m 3, sepadan dengan ketumpatan udara kering pada suhu 15 o C dan tekanan 101330 Pa.
Dengan mengetahui daripada pengalaman jisim satu liter udara dalam keadaan normal (1.293 g), kita boleh mengira berat molekul udara jika ia adalah gas individu. Oleh kerana molekul gram mana-mana gas menduduki isipadu 22.4 liter dalam keadaan normal, purata berat molekul udara adalah sama dengan
22.4 × 1.293 = 29.
Nombor ini - 29 - harus diingat: mengetahuinya, mudah untuk mengira ketumpatan mana-mana gas berbanding udara.
Apabila cukup sejuk, udara berubah menjadi keadaan cair. Udara cecair boleh disimpan untuk masa yang agak lama di dalam kapal dengan dinding berganda, dari ruang antara udara dipam keluar untuk mengurangkan pemindahan haba. Kapal serupa digunakan, sebagai contoh, dalam termos.
Udara cecair, yang menyejat bebas dalam keadaan normal, mempunyai suhu kira-kira (-190 o C). Komposisinya tidak tetap, kerana nitrogen menyejat lebih mudah daripada oksigen. Apabila nitrogen dikeluarkan, warna udara cecair berubah daripada kebiruan kepada biru pucat (warna oksigen cecair).
Dalam udara cair, etil alkohol, dietil eter dan banyak gas mudah berubah menjadi pepejal. Jika, sebagai contoh, karbon dioksida disalurkan melalui udara cecair, ia bertukar menjadi kepingan putih yang serupa dalam rupa. penampilan ke salji. Merkuri yang direndam dalam udara cecair menjadi keras dan mudah ditempa.
Banyak bahan yang disejukkan oleh udara cecair secara mendadak mengubah sifatnya. Oleh itu, cegukan dan timah menjadi sangat rapuh sehingga mudah berubah menjadi serbuk, loceng plumbum mengeluarkan bunyi deringan yang jelas, dan bola getah beku berkecai jika dijatuhkan di atas lantai.
CONTOH 1
CONTOH 2
| Senaman | Tentukan berapa kali lebih berat daripada udara ialah hidrogen sulfida H 2 S. |
| Penyelesaian | Nisbah jisim gas yang diberikan kepada jisim gas lain yang diambil dalam isipadu yang sama, pada suhu dan tekanan yang sama dipanggil ketumpatan relatif gas pertama kepada yang kedua. Nilai ini menunjukkan berapa kali gas pertama lebih berat atau lebih ringan daripada gas kedua. Berat molekul relatif udara diambil sebagai 29 (dengan mengambil kira kandungan nitrogen, oksigen dan gas lain di udara). Perlu diingatkan bahawa konsep "jisim molekul relatif udara" digunakan secara bersyarat, kerana udara adalah campuran gas. D udara (H 2 S) = M r (H 2 S) / M r (udara); D udara (H 2 S) = 34 / 29 = 1.17. M r (H 2 S) = 2 × A r (H) + A r (S) = 2 × 1 + 32 = 2 + 32 = 34. |
| Jawab | Hidrogen sulfida H 2 S adalah 1.17 kali lebih berat daripada udara. |
Walaupun kita tidak dapat merasakan udara di sekeliling kita, udara bukanlah apa-apa. Udara adalah campuran gas: nitrogen, oksigen dan lain-lain. Dan gas, seperti bahan lain, terdiri daripada molekul, dan oleh itu mempunyai berat, walaupun kecil.
Eksperimen boleh membuktikan bahawa udara mempunyai berat. Di tengah-tengah sebatang kayu sepanjang kira-kira enam puluh sentimeter, kami akan memasang tali, dan kami akan mengikat dua belon yang sama pada kedua-dua hujungnya. Mari kita gantung kayu dengan tali dan lihat bahawa ia digantung secara mendatar. Jika anda kini menusuk salah satu belon yang melambung dengan jarum, udara akan keluar daripadanya, dan hujung kayu yang diikatnya akan naik. Jika anda menembusi bola kedua, kayu akan mengambil kedudukan mendatar sekali lagi.
Ini berlaku kerana terdapat udara dalam belon yang ditiup. lebih ketat, dan oleh itu lebih berat daripada yang ada di sekelilingnya.
Berapa berat udara bergantung pada bila dan di mana ia ditimbang. Berat udara di atas satah mengufuk ialah Tekanan atmosfera. Seperti semua objek di sekeliling kita, udara juga tertakluk kepada graviti. Inilah yang memberikan udara berat yang sama dengan 1 kg setiap sentimeter persegi. Ketumpatan udara adalah kira-kira 1.2 kg/m 3, iaitu sebuah kubus dengan sisi 1 m berisi udara seberat 1.2 kg.
Lajur udara yang naik secara menegak di atas Bumi terbentang selama beberapa ratus kilometer. Ini bermakna lajur udara dengan berat kira-kira 250 kg menekan seseorang yang berdiri tegak, di atas kepala dan bahunya, yang luasnya kira-kira 250 cm 2!
Kita tidak akan dapat menahan berat seperti itu jika ia tidak ditentang oleh tekanan yang sama di dalam badan kita. Pengalaman berikut akan membantu kita memahami perkara ini. Jika anda meregangkan sehelai kertas dengan kedua-dua tangan dan seseorang menekan jari pada satu sisi, hasilnya akan sama - lubang di dalam kertas. Tetapi jika anda menekan dengan dua jari telunjuk di tempat yang sama, tetapi dengan sisi yang berbeza, tiada apa yang akan berlaku. Tekanan pada kedua-dua belah pihak akan sama. Perkara yang sama berlaku dengan tekanan lajur udara dan tekanan balas di dalam badan kita: mereka adalah sama.
Dalam kehidupan seharian, apabila kita menimbang sesuatu, kita melakukannya di udara, dan oleh itu kita mengabaikan beratnya, kerana berat udara di udara adalah sifar. Sebagai contoh, jika kita menimbang kelalang kaca kosong, kita akan menganggap keputusan yang diperolehi sebagai berat kelalang, mengabaikan fakta bahawa ia diisi dengan udara. Tetapi jika kelalang ditutup dan semua udara dipam keluar daripadanya, kita akan mendapat hasil yang sama sekali berbeza...
03.05.2017 14:04
1392
Berapakah berat udara?
Walaupun kita tidak dapat melihat beberapa perkara yang wujud di alam semula jadi, ini tidak bermakna ia tidak wujud. Ia sama dengan udara - ia tidak kelihatan, tetapi kita menghirupnya, kita merasakannya, yang bermaksud ia wujud.
Semua yang wujud ada beratnya sendiri. Adakah udara memilikinya? Dan jika ya, berapakah berat udara? Mari kita ketahui.
Apabila kita menimbang sesuatu (contohnya, epal dengan memegangnya di dahan), kita melakukannya di udara. Oleh itu, kita tidak mengambil kira udara itu sendiri, kerana berat udara di udara adalah sifar.
Sebagai contoh, jika kita mengambil botol kaca kosong dan menimbangnya, kita akan menganggap hasil yang diperoleh sebagai berat kelalang, tanpa memikirkan hakikat bahawa ia dipenuhi dengan udara. Walau bagaimanapun, jika kita menutup botol dengan ketat dan mengepam keluar semua udara daripadanya, kita akan mendapat hasil yang sama sekali berbeza. Itu sahaja.
Udara terdiri daripada gabungan beberapa gas: oksigen, nitrogen dan lain-lain. Gas adalah bahan yang sangat ringan, tetapi ia masih mempunyai berat, walaupun tidak banyak.
Untuk memastikan udara mempunyai berat, minta orang dewasa membantu anda menjalankan eksperimen mudah berikut: Ambil sebatang kayu sepanjang kira-kira 60 cm dan ikat tali di tengah.
Seterusnya, kami akan melampirkan 2 belon yang ditiup dengan saiz yang sama pada kedua-dua hujung kayu kami. Sekarang mari kita gantung struktur kita dengan tali yang diikat di tengahnya. Akibatnya, kita akan melihat bahawa ia tergantung secara mendatar.
Jika kita sekarang mengambil jarum dan menusuk salah satu belon yang melambung dengannya, udara akan keluar daripadanya, dan hujung kayu yang diikatnya akan naik. Dan jika kita menusuk bola kedua, maka hujung kayu akan menjadi sama dan ia akan tergantung secara mendatar semula.
Apakah maksudnya? Dan hakikatnya ialah udara dalam belon yang ditiup adalah lebih padat (iaitu, lebih berat) daripada udara di sekelilingnya. Oleh itu, apabila bola mengempis, ia menjadi lebih ringan.
Berat udara bergantung kepada pelbagai faktor. Sebagai contoh, udara di atas satah mendatar ialah tekanan atmosfera.
Udara, seperti semua objek yang mengelilingi kita, tertakluk kepada graviti. Inilah yang memberikan udara beratnya, yang sama dengan 1 kilogram setiap sentimeter persegi. Dalam kes ini, ketumpatan udara adalah kira-kira 1.2 kg/m3, iaitu kiub dengan sisi 1 m diisi dengan udara seberat 1.2 kg.
Lajur udara yang naik secara menegak di atas Bumi terbentang selama beberapa ratus kilometer. Ini bermakna lajur udara dengan berat kira-kira 250 kg menekan seseorang yang berdiri tegak, di atas kepala dan bahunya (luasnya kira-kira 250 sentimeter persegi!
Sekiranya berat yang begitu besar tidak ditentang oleh tekanan yang sama di dalam badan kita, kita tidak akan dapat menahannya dan ia akan menghancurkan kita. Terdapat satu lagi pengalaman menarik yang akan membantu anda memahami semua yang kami katakan di atas:
Ambil sehelai kertas dan regangkan dengan kedua-dua belah tangan. Kemudian kami meminta seseorang (contohnya, seorang adik perempuan) untuk menekannya dengan jari di sebelah. Apa yang berlaku? Sudah tentu, satu lubang muncul di dalam kertas itu.
Sekarang mari kita lakukan perkara yang sama sekali lagi, hanya sekarang anda perlu menekan pada tempat yang sama dengan dua jari telunjuk, tetapi dari sisi yang berbeza. Voila! Kertas itu tetap utuh! Nak tahu kenapa?
Cuma tekanan pada helaian kertas pada kedua-dua belah adalah sama. Perkara yang sama berlaku dengan tekanan lajur udara dan tekanan balas di dalam badan kita: mereka adalah sama.
Oleh itu, kami mendapati bahawa: udara mempunyai berat dan menekan badan kita dari semua sisi. Walau bagaimanapun, ia tidak boleh menghancurkan kita, kerana tekanan balas badan kita adalah sama dengan luaran, iaitu, atmosfera.
Percubaan terbaharu kami menunjukkan perkara ini dengan jelas: jika anda menekan pada satu sisi helaian kertas, ia akan koyak. Tetapi jika anda melakukannya di kedua-dua belah pihak, ini tidak akan berlaku.
Ini ialah jisim (berat) 1 meter padu campuran udara dan wap air pada suhu tertentu dan kelembapan relatif. Isipadu tentu ialah isipadu udara dan wap air setiap 1 kg udara kering.
Untuk menentukan penggunaan haba untuk kelembapan, anda perlu mengetahui nilainya kandungan haba udara lembap. Nilai ini difahami sebagai terkandung dalam campuran udara dan wap air. Ia secara berangka sama dengan jumlah:
