Hlavný fyzikálne vlastnosti vzduch: hustota vzduchu, jeho dynamická a kinematická viskozita, merná tepelná kapacita, tepelná vodivosť, tepelná difúznosť, Prandtlovo číslo a entropia. Vlastnosti vzduchu sú uvedené v tabuľkách v závislosti od teploty pri normálnom atmosférickom tlaku.
Uvádza sa podrobná tabuľka hodnôt hustoty suchého vzduchu pri rôznych teplotách a normálnom atmosférickom tlaku. Aká je hustota vzduchu? Hustotu vzduchu možno analyticky určiť vydelením jeho hmotnosti objemom, ktorý zaberá. pri dané podmienky(tlak, teplota a vlhkosť). Je tiež možné vypočítať jeho hustotu pomocou rovnice ideálneho plynu stavového vzorca. Na to potrebujete poznať absolútny tlak a teplotu vzduchu, ako aj jeho konštantu plynu a molárny objem. Táto rovnica umožňuje vypočítať hustotu vzduchu v suchom stave.
na praxi, zistiť, aká je hustota vzduchu pri rôznych teplotách, je vhodné použiť hotové tabuľky. Napríklad daná tabuľka hodnôt hustoty atmosférického vzduchu v závislosti od jeho teploty. Hustota vzduchu v tabuľke je vyjadrená v kilogramoch na meter kubický a udáva sa v teplotnom rozsahu od mínus 50 do 1200 stupňov Celzia pri normálnom atmosférickom tlaku (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 |
Pri 25 °C má vzduch hustotu 1,185 kg/m3. Pri zahrievaní sa hustota vzduchu znižuje – vzduch sa rozpína (zvyšuje sa jeho špecifický objem). So zvýšením teploty napríklad až do 1200°C sa dosiahne veľmi nízka hustota vzduchu, rovnajúca sa 0,239 kg/m 3 , čo je 5-krát menej ako jej hodnota pri izbovej teplote. Vo všeobecnosti zníženie zahrievania umožňuje proces, akým je prirodzená konvekcia, a používa sa napríklad v letectve.
Ak porovnáme hustotu vzduchu vzhľadom na, potom je vzduch ľahší o tri rády - pri teplote 4 ° C je hustota vody 1 000 kg / m 3 a hustota vzduchu je 1,27 kg / m 3. Je potrebné si všimnúť aj hodnotu hustoty vzduchu pri normálnych podmienkach. Normálne podmienky pre plyny sú také, pri ktorých je ich teplota 0 ° C a tlak sa rovná normálnemu atmosférickému tlaku. Podľa tabuľky teda hustota vzduchu za normálnych podmienok (na NU) je 1,293 kg / m3.
Pri vykonávaní tepelných výpočtov je potrebné poznať hodnotu viskozity vzduchu (koeficient viskozity) pri rôznych teplotách. Táto hodnota je potrebná na výpočet čísel Reynolds, Grashof, Rayleigh, ktorých hodnoty určujú režim prúdenia tohto plynu. V tabuľke sú uvedené hodnoty koeficientov dynamiky μ a kinematické ν viskozita vzduchu v rozsahu teplôt od -50 do 1200°C pri atmosférickom tlaku.
Viskozita vzduchu sa výrazne zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Napríklad kinematická viskozita vzduchu je 15,06 10 -6 m 2 / s pri teplote 20 ° C a so zvýšením teploty na 1200 ° C sa viskozita vzduchu rovná 233,7 10 -6 m 2 / s, to znamená, že sa zvyšuje 15,5 krát! Dynamická viskozita vzduchu pri teplote 20°C je 18,1·10 -6 Pa·s.
Pri zahrievaní vzduchu sa zvyšujú hodnoty kinematickej aj dynamickej viskozity. Tieto dve veličiny sú vzájomne prepojené cez hodnotu hustoty vzduchu, ktorej hodnota pri zahrievaní tohto plynu klesá. Zvýšenie kinematickej a dynamickej viskozity vzduchu (ale aj iných plynov) pri zahrievaní je spojené s intenzívnejšou vibráciou molekúl vzduchu okolo ich rovnovážneho stavu (podľa MKT).
| t, °С | μ 106, Pa s | ν 10 6, m 2 / s | t, °С | μ 106, Pa s | ν 10 6, m 2 / s | t, °С | μ 106, 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 |
Poznámka: Buďte opatrní! Viskozita vzduchu sa udáva mocninou 10 6 .
Je uvedená tabuľka mernej tepelnej kapacity vzduchu pri rôznych teplotách. Tepelná kapacita v tabuľke je uvedená pri konštantnom tlaku (izobarická tepelná kapacita vzduchu) v teplotnom rozsahu od mínus 50 do 1200°C pre suchý vzduch. Aká je špecifická tepelná kapacita vzduchu? Hodnota mernej tepelnej kapacity určuje množstvo tepla, ktoré treba dodať jednému kilogramu vzduchu pri stálom tlaku, aby sa jeho teplota zvýšila o 1 stupeň. Napríklad pri 20 °C je na zahriatie 1 kg tohto plynu o 1 °C v izobarickom procese potrebných 1005 J tepla.
Špecifické teplo vzduch sa zvyšuje so zvyšujúcou sa jeho teplotou. Závislosť hmotnostnej tepelnej kapacity vzduchu od teploty však nie je lineárna. V rozsahu od -50 do 120°C sa jeho hodnota prakticky nemení - za týchto podmienok je priemerná tepelná kapacita vzduchu 1010 J/(kg deg). Podľa tabuľky je vidieť, že teplota sa začína výrazne prejavovať už od hodnoty 130°C. Teplota vzduchu však ovplyvňuje jeho mernú tepelnú kapacitu oveľa slabšie ako jeho viskozita. Takže pri zahriatí z 0 na 1200°C sa tepelná kapacita vzduchu zvýši len 1,2-krát - z 1005 na 1210 J/(kg°).
Treba poznamenať, že tepelná kapacita vlhkého vzduchu je vyššia ako tepelná kapacita suchého vzduchu. Ak porovnáme vzduch, je zrejmé, že voda má vyššiu hodnotu a obsah vody vo vzduchu vedie k zvýšeniu merného tepla.
| t, °С | Cp, J/(kg deg) | t, °С | Cp, J/(kg deg) | t, °С | Cp, J/(kg deg) | t, °С | Cp, 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 |
V tabuľke sú uvedené fyzikálne vlastnosti atmosférického vzduchu ako tepelná vodivosť, tepelná difúznosť a jeho Prandtlovo číslo v závislosti od teploty. Termofyzikálne vlastnosti vzduchu sa udávajú v rozmedzí od -50 do 1200°C pre suchý vzduch. Podľa tabuľky je vidieť, že uvedené vlastnosti vzduchu výrazne závisia od teploty a teplotná závislosť uvažovaných vlastností tohto plynu je rôzna.
DEFINÍCIA
atmosférický vzduch je zmesou mnohých plynov. Vzduch má zložité zloženie. Jeho hlavné zložky možno rozdeliť do troch skupín: konštantné, premenné a náhodné. Medzi prvé patria kyslík (obsah kyslíka vo vzduchu je asi 21 % objemu), dusík (asi 86 %) a takzvané inertné plyny (asi 1 %).
Obsah jednotlivých častí prakticky nezávisí od toho, kde glóbus odobrala sa vzorka suchého vzduchu. Druhá skupina zahŕňa oxid uhličitý(0,02 - 0,04 %) a vodná para (do 3 %). Obsah náhodných zložiek závisí od miestnych podmienok: v blízkosti hutníckych závodov sa do ovzdušia často primiešava značné množstvo oxidu siričitého, na miestach rozkladu organických zvyškov, čpavku a pod. Okrem rôznych plynov vzduch vždy obsahuje viac alebo menej prachu.
Hustota vzduchu je hodnota rovnajúca sa hmotnosti plynu v zemskej atmosfére vydelenej jednotkovým objemom. Závisí to od tlaku, teploty a vlhkosti. Existuje štandardná hodnota hustoty vzduchu - 1,225 kg / m 3, čo zodpovedá hustote suchého vzduchu pri teplote 15 o C a tlaku 101330 Pa.
Na základe skúseností s hmotnosťou litra vzduchu za normálnych podmienok (1,293 g) je možné vypočítať molekulovú hmotnosť, ktorú by mal vzduch, keby bol samostatným plynom. Pretože grammolekula akéhokoľvek plynu zaberá za normálnych podmienok objem 22,4 litra, priemerná molekulová hmotnosť vzduchu je
22,4 × 1,293 = 29.
Toto číslo - 29 - by sa malo pamätať: ak to vieme, je ľahké vypočítať hustotu akéhokoľvek plynu vo vzťahu k vzduchu.
Pri dostatočnom ochladzovaní sa vzduch stáva tekutým. Kvapalný vzduch je možné skladovať pomerne dlho v nádobách s dvojitými stenami, z priestoru medzi ktorými sa odčerpáva vzduch, aby sa znížil prenos tepla. Podobné nádoby sa používajú napríklad v termoskách.
Kvapalný vzduch sa za normálnych podmienok voľne vyparuje a má teplotu asi (-190 o C). Jeho zloženie je nestabilné, pretože dusík sa odparuje ľahšie ako kyslík. Pri odstraňovaní dusíka sa farba kvapalného vzduchu mení z modrastej na bledomodrú (farba kvapalného kyslíka).
V kvapalnom vzduchu sa etylalkohol, dietyléter a mnohé plyny ľahko menia na pevné skupenstvo. Ak napríklad oxid uhličitý prechádza kvapalným vzduchom, mení sa na biele vločky, podobné v vzhľad do snehu. Ortuť ponorená do kvapalného vzduchu sa stáva pevnou a tvárnou.
Mnohé látky ochladzované kvapalným vzduchom dramaticky menia svoje vlastnosti. Škrabka a cín tak skrehnú, že sa ľahko premenia na prášok, olovený zvonček vydáva jasný zvonivý zvuk a zamrznutá gumená guľa sa rozbije, ak spadne na podlahu.
PRÍKLAD 1
PRÍKLAD 2
| Cvičenie | Určte, koľkokrát je sírovodík H 2 S ťažší ako vzduch. |
| Riešenie | Pomer hmotnosti daného plynu k hmotnosti iného plynu odobratého v rovnakom objeme, pri rovnakej teplote a rovnakom tlaku sa nazýva relatívna hustota prvého plynu voči druhému. Táto hodnota ukazuje, koľkokrát je prvý plyn ťažší alebo ľahší ako druhý plyn. Relatívna molekulová hmotnosť vzduchu sa rovná 29 (berúc do úvahy obsah dusíka, kyslíka a iných plynov vo vzduchu). Je potrebné poznamenať, že pojem „relatívna molekulová hmotnosť vzduchu“ sa používa podmienečne, pretože vzduch je zmesou plynov. D vzduch (H2S) = Mr (H2S) / Mr (vzduch); D vzduch (H2S) = 34/29 = 1,17. Mr (H2S) = 2 x Ar (H) + Ar (S) = 2 x 1 + 32 = 2 + 32 = 34. |
| Odpoveď | Sírovodík H 2 S je 1,17-krát ťažší ako vzduch. |
Hoci vzduch okolo seba necítime, vzduch nie je nič. Vzduch je zmes plynov: dusík, kyslík a iné. A plyny, podobne ako iné látky, sú zložené z molekúl, a preto majú hmotnosť, aj keď malú.
Skúsenosti môžu dokázať, že vzduch má váhu. V strede palice dlhej šesťdesiat centimetrov spevníme lano a na oba jeho konce priviažeme dva rovnaké balóniky. Zavesíme palicu za šnúrku a uvidíme, že visí vodorovne. Ak teraz prepichnete jeden z nafúknutých balónov ihlou, vyjde z neho vzduch a koniec palice, ku ktorej bol priviazaný, sa zdvihne. Ak prepichnete druhú guľu, palica opäť zaujme vodorovnú polohu.
Je to spôsobené tým, že vzduch v nafúknutom balóne hustejšie, čo znamená, že ťažšie než ten okolo neho.
Koľko vzduchu váži závisí od toho, kedy a kde sa váži. Hmotnosť vzduchu nad vodorovnou rovinou je Atmosférický tlak. Ako všetky objekty okolo nás, aj vzduch podlieha gravitácii. To dáva vzduchu váhu, ktorá sa rovná 1 kg na štvorcový centimeter. Hustota vzduchu je asi 1,2 kg / m 3, to znamená, že kocka so stranou 1 m, naplnená vzduchom, váži 1,2 kg.
Vzduchový stĺp stúpajúci vertikálne nad Zemou sa tiahne niekoľko stoviek kilometrov. To znamená, že stĺpec vzduchu s hmotnosťou asi 250 kg tlačí na osobu stojacu rovno, na hlavu a ramená, pričom plocha je približne 250 cm 2!
Takúto váhu by sme nevydržali, keby jej nečelil rovnaký tlak vo vnútri nášho tela. Nasledujúca skúsenosť nám to pomôže pochopiť. Ak natiahnete list papiera oboma rukami a niekto naň stlačí prst z jednej strany, výsledok bude rovnaký - diera v papieri. Ale ak stlačíte dva ukazováky na to isté miesto, ale z rôznych strán, nič sa nestane. Tlak na oboch stranách bude rovnaký. To isté sa deje s tlakom vzduchového stĺpca a protitlakom v našom tele: sú rovnaké.
V bežnom živote, keď niečo vážime, robíme to vo vzduchu, a preto jeho váhu zanedbávame, keďže hmotnosť vzduchu vo vzduchu je nulová. Ak napríklad odvážime prázdnu sklenenú banku, získaný výsledok budeme považovať za hmotnosť banky, pričom zanedbáme skutočnosť, že je naplnená vzduchom. Ale ak je banka hermeticky uzavretá a všetok vzduch je z nej odčerpaný, dostaneme úplne iný výsledok ...
03.05.2017 14:04
1392
Koľko váži vzduch.
Napriek tomu, že niektoré veci, ktoré v prírode existujú, nevidíme, vôbec to neznamená, že neexistujú. Rovnako je to aj so vzduchom – je neviditeľný, ale dýchame ho, cítime ho, takže tam je.
Všetko, čo existuje, má svoju váhu. Má to vzduch? A ak áno, koľko váži vzduch? Poďme zistiť.
Keď niečo vážime (napríklad jablko, držíme ho za vetvičku), robíme to vo vzduchu. Preto neberieme do úvahy samotný vzduch, keďže hmotnosť vzduchu vo vzduchu je nulová.
Ak napríklad vezmeme prázdnu sklenenú fľašu a odvážime ju, získaný výsledok budeme považovať za hmotnosť banky bez toho, aby sme si mysleli, že je naplnená vzduchom. Ak však fľašu pevne uzavrieme a odčerpáme z nej všetok vzduch, dostaneme úplne iný výsledok. To je všetko.
Vzduch pozostáva z kombinácie niekoľkých plynov: kyslíka, dusíka a iných. Plyny sú veľmi ľahké látky, no stále majú váhu, aj keď nie veľkú.
Aby ste sa uistili, že vzduch má váhu, požiadajte dospelého, aby vám pomohol vykonať nasledujúci jednoduchý experiment: Vezmite palicu dlhú asi 60 cm a zaviažte do nej povraz.
Ďalej pripevnite 2 nafúknuté balóniky rovnakej veľkosti na oba konce našej palice. A teraz zavesíme našu štruktúru na lano priviazané k jej stredu. V dôsledku toho uvidíme, že visí vodorovne.
Ak teraz vezmeme ihlu a prepichneme ňou jeden z nafúknutých balónov, vyjde z nej vzduch a koniec palice, ku ktorej bol priviazaný, sa zdvihne. A ak prepichneme druhú guľu, konce palice budú rovnaké a opäť bude visieť vodorovne.
Čo to znamená? A to, že vzduch v nafúknutom balóne je hustejší (teda ťažší) ako ten, ktorý je okolo neho. Preto, keď bola lopta odfúknutá, stala sa ľahšou.
Hmotnosť vzduchu závisí od rôznych faktorov. Napríklad vzduch nad vodorovnou rovinou je atmosférický tlak.
Vzduch, rovnako ako všetky predmety, ktoré nás obklopujú, podlieha gravitácii. Práve to dodáva vzduchu jeho hmotnosť, ktorá sa rovná 1 kilogramu na štvorcový centimeter. V tomto prípade je hustota vzduchu asi 1,2 kg / m3, to znamená, že kocka so stranou 1 m, naplnená vzduchom, váži 1,2 kg.
Vzduchový stĺp stúpajúci vertikálne nad Zemou sa tiahne niekoľko stoviek kilometrov. To znamená, že stojaceho človeka na hlave a ramenách (ktorých plocha je približne 250 centimetrov štvorcových) tlačí stĺp vzduchu s hmotnosťou asi 250 kg!
Ak by proti takej obrovskej váhe nestál rovnaký tlak vo vnútri nášho tela, jednoducho by sme to nevydržali a rozdrvila by nás. Existuje ďalšia zaujímavá skúsenosť, ktorá vám pomôže pochopiť všetko, čo sme povedali vyššie:
Vezmeme list papiera a natiahneme ho oboma rukami. Potom niekoho (napríklad mladšiu sestru) poprosíme, aby naň prstom z jednej strany zatlačil. Čo sa stalo? Samozrejme, v papieri bola diera.
A teraz urobíme to isté znova, len teraz bude potrebné tlačiť na to isté miesto dvoma ukazovákmi, ale z rôznych strán. Voila! Papier je neporušený! Chcete vedieť prečo?
Len tlak na nás list papiera na oboch stranách bol rovnaký. To isté sa deje s tlakom vzduchového stĺpca a protitlakom v našom tele: sú rovnaké.
Tak sme zistili, že: vzduch má váhu a tlačí ju na naše telo zo všetkých strán. Nemôže nás však rozdrviť, keďže protitlak nášho tela sa rovná vonkajšiemu, teda atmosférickému tlaku.
Náš posledný experiment to jasne ukázal: ak zatlačíte na list papiera z jednej strany, roztrhne sa. Ale ak to urobíte na oboch stranách, nestane sa to.
Ide o hmotnosť (hmotnosť) 1 kubického metra zmesi vzduchu a vodnej pary pri určitej teplote a relatívna vlhkosť. Merný objem je objem vzduchu a vodnej pary na 1 kg suchého vzduchu.
Na určenie spotreby tepla na vlhkosť potrebujete poznať hodnotu tepelný obsah vlhkého vzduchu. Táto hodnota sa chápe ako obsiahnutá v zmesi vzduchu a vodnej pary. Číselne sa rovná súčtu:
