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 mendatar 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...
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.
Mengetahui daripada pengalaman jisim seliter udara di keadaan biasa(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, dengan udara dipam keluar dari ruang antara mereka 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. |
Ramai mungkin terkejut dengan fakta bahawa udara mempunyai berat bukan sifar tertentu. Nilai tepat berat ini tidak begitu mudah untuk ditentukan, kerana ia sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti komposisi kimia, kelembapan, suhu dan tekanan. Mari kita lihat dengan lebih dekat persoalan berapa berat udara.
Sebelum menjawab soalan tentang berapa banyak berat udara, adalah perlu untuk memahami apa bahan ini. Udara ialah cangkang gas yang wujud di sekeliling planet kita, dan yang merupakan campuran homogen pelbagai gas. Udara mengandungi gas berikut:
Selain gas yang disenaraikan di atas, udara juga mengandungi kuantiti minimum neon (0.0018%), helium (0.0005%), metana (0.00017%), kripton (0.00014%), hidrogen (0.00005%), ammonia (0.0003%).
Adalah menarik untuk diperhatikan bahawa komponen-komponen ini boleh dipisahkan dengan udara pemeluwapan, iaitu, mengubahnya menjadi keadaan cecair dengan meningkatkan tekanan dan menurunkan suhu. Oleh kerana setiap komponen udara mempunyai suhu pemeluwapan sendiri, dengan cara ini adalah mungkin untuk mengasingkan semua komponen dari udara, yang digunakan dalam amalan.
Apakah yang menghalang anda daripada menjawab dengan tepat soalan berapa berat satu meter padu udara? Sudah tentu, terdapat beberapa faktor yang boleh mempengaruhi berat badan ini.
Pertama, ini adalah komposisi kimia. Di atas adalah data untuk komposisi udara yang bersih Walau bagaimanapun, pada masa ini udara ini di banyak tempat di planet ini sangat tercemar, dan oleh itu komposisinya akan berbeza. Oleh itu, berhampiran bandar besar udara mengandungi lebih banyak karbon dioksida, ammonia, dan metana daripada udara di kawasan luar bandar.
Kedua, kelembapan, iaitu jumlah wap air yang terkandung di atmosfera. Lebih lembap udara, semakin kurang beratnya, perkara lain adalah sama.
Ketiga, suhu. Ini adalah salah satu daripada faktor penting, semakin rendah nilainya, semakin tinggi ketumpatan udara, dan, dengan itu, semakin besar beratnya.
Keempat, tekanan atmosfera, yang secara langsung mencerminkan bilangan molekul udara dalam isipadu tertentu, iaitu beratnya.
Untuk memahami bagaimana gabungan faktor-faktor ini mempengaruhi berat udara, mari kita berikan contoh mudah: jisim satu meter padu udara kering pada suhu 25 ° C, terletak berhampiran permukaan bumi, ialah 1.205 kg, jika kami menganggap isipadu udara yang serupa berhampiran permukaan laut pada suhu 0 ° C, maka jisimnya sudah sama dengan 1.293 kg, iaitu, ia akan meningkat sebanyak 7.3%.
Apabila ketinggian meningkat, tekanan udara menurun, dan ketumpatan serta beratnya menurun dengan sewajarnya. Udara atmosfera pada tekanan yang diperhatikan di Bumi boleh, pada anggaran pertama, dianggap sebagai gas ideal. Ini bermakna tekanan dan ketumpatan udara berkaitan secara matematik antara satu sama lain melalui persamaan keadaan gas ideal: P = ρ*R*T/M, di mana P ialah tekanan, ρ ialah ketumpatan, T ialah suhu dalam kelvin, M ialah jisim molar udara, R ialah pemalar gas sejagat.
Daripada formula di atas, anda boleh mendapatkan formula untuk pergantungan ketumpatan udara pada ketinggian, dengan mengambil kira bahawa tekanan berubah mengikut undang-undang P = P 0 +ρ*g*h, di mana P 0 ialah tekanan pada permukaan bumi, g ialah pecutan graviti, h ialah ketinggian . Menggantikan formula ini untuk tekanan ke dalam ungkapan sebelumnya dan menyatakan ketumpatan, kita memperoleh: ρ(h) = P 0 *M/(R*T(h)+g(h)*M*h). Menggunakan ungkapan ini, anda boleh menentukan ketumpatan udara pada sebarang ketinggian. Sehubungan itu, berat udara (lebih tepat untuk menyebut jisim) ditentukan oleh formula m(h) = ρ(h)*V, dengan V ialah isipadu yang diberikan.
Dalam ungkapan untuk pergantungan ketumpatan pada ketinggian, boleh diperhatikan bahawa suhu dan pecutan graviti juga bergantung pada ketinggian. Pergantungan terakhir boleh diabaikan jika kita bercakap tentang kira-kira ketinggian tidak lebih daripada 1-2 km. Bagi suhu, pergantungannya pada ketinggian diterangkan dengan baik oleh ungkapan empirikal berikut: T(h) = T 0 -0.65*h, di mana T 0 ialah suhu udara berhampiran permukaan bumi.
Agar tidak sentiasa mengira ketumpatan untuk setiap ketinggian, di bawah kami menyediakan jadual pergantungan ciri-ciri utama udara pada ketinggian (sehingga 10 km).
Dengan mempertimbangkan faktor utama yang menentukan jawapan kepada persoalan berapa berat udara, anda boleh memahami udara mana yang paling berat. Ringkasnya, udara sejuk sentiasa mempunyai berat lebih daripada udara hangat, kerana ketumpatan yang terakhir adalah lebih rendah, dan udara kering berat lebih daripada udara lembap. Pernyataan terakhir mudah difahami, kerana ia adalah 29 g/mol, dan jisim molar molekul air ialah 18 g/mol, iaitu, 1.6 kali kurang.
Sekarang mari kita selesaikan masalah tertentu. Mari kita jawab soalan berapa berat udara, yang menduduki isipadu 150 liter, pada suhu 288 K. Mari kita ambil kira bahawa 1 liter adalah seperseribu meter padu, iaitu, 1 liter = 0.001 m 3. Bagi suhu 288 K, ia sepadan dengan 15 ° C, iaitu, ia adalah tipikal untuk banyak kawasan di planet kita. Seterusnya anda perlu menentukan ketumpatan udara. Anda boleh melakukan ini dalam dua cara:
Oleh itu, kita mempunyai dua nombor yang sesuai antara satu sama lain. Perbezaan sedikit adalah disebabkan oleh kesilapan 0.15 K dalam menentukan suhu, dan juga fakta bahawa udara masih bukan gas ideal, tetapi gas sebenar. Oleh itu, untuk pengiraan selanjutnya, kita akan mengambil purata dua nilai yang diperolehi, iaitu, ρ = 1.226 kg/m 3.
Sekarang, menggunakan formula untuk hubungan antara jisim, ketumpatan dan isipadu, kita dapat: m = ρ*V = 1.226 kg/m 3 * 0.150 m 3 = 0.1839 kg atau 183.9 gram.
Anda juga boleh menjawab berapa berat satu liter udara apabila syarat yang diberikan: m = 1.226 kg/m 3 * 0.001 m 3 = 0.001226 kg atau lebih kurang 1.2 gram.
Berapakah berat 1 m3 udara? Lebih sedikit daripada 1 kilogram. Seluruh jadual atmosfera planet kita memberi tekanan kepada seseorang dengan berat 200 kg! Ini adalah jisim udara yang agak besar yang boleh menyebabkan banyak masalah kepada seseorang. Mengapa kita tidak merasakannya? Ini dijelaskan oleh dua sebab: pertama, terdapat juga tekanan dalaman dalam diri orang itu sendiri, yang menentang luaran tekanan atmosfera, kedua, udara, sebagai gas, memberikan tekanan ke semua arah secara sama rata, iaitu tekanan dalam semua arah mengimbangi satu sama lain.
Ketumpatan Dan isipadu tertentu udara lembap adalah kuantiti berubah bergantung pada suhu dan persekitaran udara. Nilai-nilai ini perlu diketahui apabila memilih kipas untuk, apabila menyelesaikan masalah yang berkaitan dengan pergerakan agen pengeringan melalui saluran udara, apabila menentukan kuasa motor elektrik kipas.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:
Udara termampat adalah udara di bawah tekanan lebih besar daripada tekanan atmosfera.
Udara termampat adalah pembawa tenaga yang unik bersama-sama dengan elektrik, gas asli dan air. Dalam tetapan industri, udara termampat digunakan terutamanya untuk memacu peranti dan mekanisme yang dipacu pneumatik (pemacu pneumatik).
Dalam kehidupan seharian, kita hampir tidak perasan Udara di sekeliling kita. Walau bagaimanapun, sepanjang sejarah manusia, orang telah menggunakan sifat unik udara. Ciptaan layar dan tempa, kincir angin dan belon udara panas menjadi langkah pertama dalam menggunakan udara sebagai pembawa tenaga.
Penciptaan pemampat membawa kepada era penggunaan industri. udara termampat. Dan soalan: " Apakah Udara dan apakah sifat yang dimilikinya? - menjadi jauh dari terbiar.
Apabila mula mereka bentuk sistem pneumatik baharu atau memodenkan yang sedia ada, ia berguna untuk diingati tentang beberapa sifat udara, istilah dan unit ukuran.
Udara adalah campuran gas, terutamanya terdiri daripada nitrogen dan oksigen.
|
Komposisi udara |
|||
|
elemen* |
Jawatan |
Mengikut volum, % |
Mengikut berat, % |
|
Oksigen |
|||
|
Karbon dioksida |
CO2 |
||
|
CH 4 |
|||
|
H2O |
|||
Purata jisim molar relatif ialah -28.98. 10 -3 kg/mol
*Komposisi udara mungkin berbeza-beza. Biasanya, di kawasan perindustrian udara mengandungi
