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 povraz 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. Rovnako 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!
Takú váhu by sme nevydržali, keby jej neprotivil 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 dvoma ukazovákmi na to isté miesto, ale s rôzne strany, 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 ...
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. Do druhej skupiny patrí 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. Vzduch okrem rôznych plynov vždy obsahuje viac či 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.
Zo skúseností vieme o hmotnosti litra vzduchu pri normálnych podmienkach(1,293 g), možno vypočítať molekulovú hmotnosť, ktorú by mal vzduch, keby bol samostatným plynom. Keďže grammolekula akéhokoľvek plynu zaberá za normálnych podmienok objem 22,4 litra, priemerná molekulová hmotnosť vzduchu je
22,4 × 1,293 = 29.
Toto číslo - 29 - je potrebné si zapamätať: ak ho poznáme, 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 gumová guľa sa roztriešti, 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. |
Mnohých možno prekvapí fakt, že vzduch má určitú nenulovú hmotnosť. Presnú hodnotu tejto hmotnosti nie je také ľahké určiť, keďže ju silne ovplyvňujú faktory ako napr chemické zloženie, vlhkosť, teplota a tlak. Pozrime sa podrobnejšie na otázku, koľko váži vzduch.
Pred zodpovedaním otázky, koľko vzduchu váži, je potrebné pochopiť, čo je táto látka. Vzduch je plynový obal, ktorý existuje okolo našej planéty a ktorý je homogénnou zmesou rôznych plynov. Vzduch obsahuje nasledujúce plyny:
Okrem vyššie uvedených plynov je v nich prítomný aj vzduch minimálne množstvá neón (0,0018 %), hélium (0,0005 %), metán (0,00017 %), kryptón (0,00014 %), vodík (0,00005 %), amoniak (0,0003 %).
Je zaujímavé poznamenať, že tieto zložky môžu byť oddelené, ak vzduch kondenzuje, to znamená, že sa mení na kvapalný stav zvýšením tlaku a znížením teploty. Keďže každá zložka vzduchu má svoju kondenzačnú teplotu, týmto spôsobom je možné izolovať všetky zložky od vzduchu, čo sa v praxi využíva.
Čo vám bráni presne odpovedať na otázku, koľko váži kubický meter vzduchu? Samozrejme, množstvo faktorov, ktoré môžu túto váhu do značnej miery ovplyvniť.
Po prvé, je to chemické zloženie. Vyššie uvedené údaje platia pre zloženie čistý vzduch, avšak v súčasnosti je tento vzduch na mnohých miestach planéty silne znečistený, respektíve jeho zloženie bude iné. V blízkosti veľkých miest teda vzduch obsahuje viac oxidu uhličitého, amoniaku, metánu ako vzduch vo vidieckych oblastiach.
Po druhé, vlhkosť, teda množstvo vodnej pary, ktorá je obsiahnutá v atmosfére. Čím je vzduch vlhkejší, tým menej váži, ostatné veci sú rovnaké.
Po tretie, teplota. Toto je jeden z dôležité faktoryčím menšia je jeho hodnota, tým vyššia je hustota vzduchu a tým väčšia je jeho hmotnosť.
Po štvrté, atmosférický tlak, ktorý priamo odráža počet molekúl vzduchu v určitom objeme, teda jeho hmotnosť.
Aby sme pochopili, ako kombinácia týchto faktorov ovplyvňuje hmotnosť vzduchu, zoberme si jednoduchý príklad: hmotnosť jedného metra suchého kubického vzduchu s teplotou 25 ° C, ktorý sa nachádza blízko povrchu zeme, je 1,205 kg, ak uvažujeme rovnaký objem vzduchu v blízkosti morskej hladiny pri teplote 0 ° C, potom sa jeho hmotnosť už bude rovnať 1,293 kg, to znamená, že sa zvýši o 7,3%.
S rastúcou nadmorskou výškou klesá tlak vzduchu, respektíve jeho hustota a hmotnosť. Atmosférický vzduch pri tlakoch, ktoré sú pozorované na Zemi, možno podľa prvej aproximácie považovať za ideálny plyn. To znamená, že tlak vzduchu a hustota vzduchu spolu matematicky súvisia prostredníctvom stavovej rovnice ideálneho plynu: P = ρ*R*T/M, kde P je tlak, ρ je hustota, T je teplota v kelvinoch, M je molárna hmota vzduchu, R je univerzálna plynová konštanta.
Z vyššie uvedeného vzorca môžete získať vzorec pre závislosť hustoty vzduchu od výšky za predpokladu, že tlak sa mení podľa zákona P \u003d P 0 + ρ * g * h, kde P 0 je tlak na zemskom povrchu. , g je gravitačné zrýchlenie, h je výška . Dosadením tohto vzorca pre tlak do predchádzajúceho výrazu a vyjadrením hustoty dostaneme: ρ(h) = P 0 *M/(R*T(h)+g(h)*M*h). Pomocou tohto výrazu môžete určiť hustotu vzduchu v akejkoľvek výške. Podľa toho sa hmotnosť vzduchu (správnejšie hmotnosť) určuje podľa vzorca m(h) = ρ(h)*V, kde V je daný objem.
Vo výraze pre závislosť hustoty od výšky si možno všimnúť, že od výšky závisí aj teplota a zrýchlenie voľného pádu. Poslednú závislosť možno zanedbať, ak rozprávame sa o výškach nie viac ako 1-2 km. Čo sa týka teploty, jej závislosť od nadmorskej výšky dobre vystihuje nasledujúci empirický výraz: T(h) = T 0 -0,65*h, kde T 0 je teplota vzduchu pri zemskom povrchu.
Aby sme neustále nepočítali hustotu pre každú nadmorskú výšku, nižšie uvádzame tabuľku závislosti hlavných charakteristík vzduchu od nadmorskej výšky (do 10 km).
Zvážením hlavných faktorov, ktoré určujú odpoveď na otázku, koľko vzduchu váži, môžete pochopiť, ktorý vzduch bude najťažší. Stručne povedané, studený vzduch vždy váži viac ako teplý vzduch, pretože jeho hustota je nižšia a suchý vzduch váži viac ako vlhký vzduch. Posledné tvrdenie je ľahko pochopiteľné, pretože je to 29 g / mol a molárna hmotnosť molekuly vody je 18 g / mol, to znamená 1,6-krát menej.
Teraz poďme vyriešiť konkrétny problém. Odpovedzme si na otázku, koľko váži vzduch, zaberajúci objem 150 litrov, pri teplote 288 K. Zoberme si, že 1 liter je tisícina kubického metra, teda 1 liter = 0,001 m 3 . Pokiaľ ide o teplotu 288 K, zodpovedá 15 °C, to znamená, že je typická pre mnohé oblasti našej planéty. Ďalším krokom je určenie hustoty vzduchu. Môžete to urobiť dvoma spôsobmi:
Získali sme teda dve čísla, ktoré sa navzájom dobre zhodujú. Malý rozdiel je spôsobený chybou 0,15 K pri určovaní teploty a tiež tým, že vzduch stále nie je ideálny, ale skutočný plyn. Preto pre ďalšie výpočty berieme priemer dvoch získaných hodnôt, to znamená ρ = 1,226 kg / m3.
Teraz pomocou vzorca pre vzťah hmotnosti, hustoty a objemu dostaneme: m \u003d ρ * V \u003d 1,226 kg / m 3 * 0,150 m 3 \u003d 0,1839 kg alebo 183,9 gramov.
Môžete odpovedať aj na to, koľko váži liter vzduchu kedy dané podmienky: m \u003d 1,226 kg / m 3 * 0,001 m 3 \u003d 0,001226 kg alebo približne 1,2 gramu.
Koľko váži 1 m3 vzduchu? Niečo málo cez 1 kilogram. Celá atmosférická tabuľka našej planéty tlačí na človeka svojou hmotnosťou 200 kg! Ide o dostatočne veľkú masu vzduchu, ktorá by mohla človeku spôsobiť nemalé problémy. Prečo to necítime? Je to z dvoch dôvodov: po prvé, vo vnútri samotnej osoby existuje aj vnútorný tlak, ktorý pôsobí proti vonkajšiemu atmosferický tlak po druhé, vzduch, ako plyn, vyvíja rovnaký tlak vo všetkých smeroch, to znamená, že tlaky vo všetkých smeroch sa navzájom vyrovnávajú.
Hustota a špecifický objem vlhkého vzduchu sú premenné, ktoré závisia od teploty a vzduchu. Tieto hodnoty je potrebné poznať pri výbere ventilátorov, pri riešení problémov súvisiacich s pohybom sušiaceho prostriedku vzduchovými kanálmi, pri určovaní výkonu elektromotorov ventilátorov.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:
Stlačený vzduch je vzduch pod tlakom vyšším ako atmosférický tlak.
Stlačený vzduch je spolu s elektrickou energiou jedinečným nosičom energie, zemný plyn a vodou. V priemyselných podmienkach sa stlačený vzduch používa najmä na pohon zariadení a mechanizmov s pneumatickým pohonom (pneumatický pohon).
V každodennom, každodennom živote prakticky nevnímame Vzduch okolo nás. V celej histórii ľudstva však ľudia používali jedinečné vlastnosti vzduchu. Vynález plachty a vyhne, veterného mlyna a teplovzdušný balón boli prvé kroky vo využívaní vzduchu ako nosiča energie.
S vynálezom kompresora nastala éra priemyselného využitia stlačený vzduch. A otázka:čo je vzduch a aké má vlastnosti? - stal sa ďaleko od nečinnosti.
Pri začatí navrhovania nového pneumatického systému alebo modernizácie existujúceho by bolo užitočné pripomenúť a o niektorých vlastnostiach vzduchu, termínoch a jednotkách merania.
Vzduch je zmes plynov, ktorá pozostáva hlavne z dusíka a kyslíka.
|
Zloženie vzduchu |
|||
|
Prvok* |
Označenie |
Podľa objemu, % |
Podľa hmotnosti, % |
|
Kyslík |
|||
|
Oxid uhličitý |
CO2 |
||
|
CH 4 |
|||
|
H2O |
|||
Priemerná relatívna molárna hmotnosť je -28,98. 10-3 kg/mol
*Zloženie vzduchu sa môže líšiť. V priemyselných oblastiach spravidla vzduch obsahuje
