Daugelį žmonių gali nustebinti faktas, kad oro svoris skiriasi nuo nulio. Tikslią šio svorio vertę nustatyti nėra taip paprasta, nes ją stipriai įtakoja tokie veiksniai kaip cheminė sudėtis, drėgmė, temperatūra ir slėgis. Pažvelkime atidžiau į klausimą, kiek sveria oras.
Kas yra oras
Prieš atsakant į klausimą, kiek oro sveria, būtina suprasti, kas yra ši medžiaga. Oras yra dujinis apvalkalas, esantis aplink mūsų planetą ir kuris yra vienalytis įvairių dujų mišinys. Ore yra šių dujų:
- azotas (78,08%);
- deguonis (20,94 %);
- argonas (0,93 %);
- vandens garai (0,40%);
- anglies dioksidas (0,035 %).
Be aukščiau išvardytų dujų, ore taip pat yra minimalus kiekis neono (0,0018%), helio (0,0005%), metano (0,00017%), kriptono (0,00014%), vandenilio (0,00005%), amoniakas (0,0003 %).
Įdomu tai pastebėtiŠiuos komponentus galite atskirti, jei kondensuojate orą, ty paverčiate jį skystu, padidindami slėgį ir mažindami temperatūrą. Kadangi kiekvienas oro komponentas turi savo kondensacijos temperatūrą, tokiu būdu galima izoliuoti visus komponentus nuo oro, o tai praktiškai naudojama.
Oro svoris ir jį įtakojantys veiksniai
Kas trukdo tiksliai atsakyti į klausimą, kiek sveria kubinis metras oro? Žinoma, daug veiksnių gali turėti didelės įtakos šiam svoriui.
Pirma, tai cheminė sudėtis. Aukščiau pateikti duomenys apie švaraus oro sudėtį, tačiau šiuo metu šis oras daug kur planetoje yra labai užterštas, atitinkamai jo sudėtis skirsis. Taigi prie didelių miestų ore yra daugiau anglies dioksido, amoniako, metano nei kaimo vietovių ore.
Antra, drėgmė, ty atmosferoje esančių vandens garų kiekis. Kuo drėgnesnis oras, tuo jis mažiau sveria, nes kiti dalykai yra vienodi.
Trečia, temperatūra. Tai vienas iš svarbių veiksnių, kuo mažesnė jo vertė, tuo didesnis oro tankis ir, atitinkamai, didesnis jo svoris.
Ketvirta, atmosferos slėgis, kuris tiesiogiai atspindi oro molekulių skaičių tam tikrame tūryje, tai yra jo svorį.
Norėdami suprasti, kaip šių veiksnių derinys veikia oro svorį, paimkime paprastą pavyzdį: vieno metro sauso kubinio oro masė 25 °C temperatūroje, esanti netoli žemės paviršiaus,yra 1,205 kg, bet jei laikysime panašų oro tūrį prie jūros paviršiaus esant 0 ° C temperatūrai, tada jo masė jau bus lygi 1,293 kg, tai yra, ji padidės 7,3%.
Oro tankio keitimas priklausomai nuo aukščio
Didėjant ūgiui, mažėja oro slėgis, atitinkamai mažėja jo tankis ir svoris. Atmosferos oras, kurio slėgis stebimas Žemėje, pirmiausia gali būti laikomas idealiomis dujomis. Tai reiškia, kad oro slėgis ir tankis yra matematiškai susiję vienas su kitu per idealių dujų būsenos lygtį: P=ρRT/M, kur P – slėgis, ρ – tankis, T – temperatūra kelvinais, M yra oro molinė masė, R yra universali dujų konstanta.
Iš aukščiau pateiktos formulės galite gauti formulę oro tankio priklausomybei nuo aukščio, atsižvelgiant į tai, kad slėgis kinta pagal dėsnį P=P0+ρ gh, kur P 0 - slėgis žemės paviršiuje, g - laisvojo kritimo pagreitis, h - aukštis. Pakeitę šią slėgio formulę į ankstesnę išraišką ir išreiškę tankį, gauname: ρ(h)=P0M/(RT(h)+g(h) M h). Naudodami šią išraišką galite nustatyti oro tankį bet kuriame aukštyje. Atitinkamai, oro svoris (tiksliau, masė) nustatomas pagal formulę m(h)=ρ(h)V, kur V yra nurodytas tūris.
Tankio priklausomybės nuo aukščio išraiškoje galima pastebėti, kad nuo aukščio priklauso ir temperatūra bei laisvojo kritimo pagreitis. Paskutinės priklausomybės galima nepaisyti, jei kalbame apie ne didesnį kaip 1–2 km aukštį. Kalbant apie temperatūrą, taipriklausomybę nuo aukščio gerai apibūdina tokia empirinė išraiška: T(h)=T0-0, 65h, kur T0 yra oro temperatūra netoli žemės paviršiaus.
Kad nebūtų nuolat skaičiuojamas tankis kiekvienam aukščiui, žemiau pateikiama pagrindinių oro charakteristikų priklausomybės nuo aukščio lentelė (iki 10 km).
Koks oras yra sunkiausias
Apsvarstę pagrindinius veiksnius, lemiančius atsakymą į klausimą, kiek oro sveria, galite suprasti, kuris oras bus sunkiausias. Trumpai tariant, š altas oras visada sveria daugiau nei šiltas, nes pastarojo tankis yra mažesnis, o sausas oras sveria daugiau nei drėgnas. Paskutinis teiginys yra lengvai suprantamas, nes oro molinė masė yra 29 g/mol, o vandens molekulės molinė masė yra 18 g/mol, tai yra 1,6 karto mažesnė.
Oro svorio nustatymas tam tikromis sąlygomis
Dabar išspręskime konkrečią problemą. Atsakykime į klausimą, kiek sveria oras, užimantis 150 litrų tūrį, esant 288 K temperatūrai. Apsvarstykite, kad 1 litras yra tūkstantoji kubinio metro dalis, tai yra, 1 litras=0,001 m3. Kalbant apie 288 K temperatūrą, ji atitinka 15 ° C, tai yra, būdinga daugeliui mūsų planetos regionų. Kitas žingsnis – nustatyti oro tankį. Yra du būdai tai padaryti:
- Apskaičiuokite pagal aukščiau pateiktą formulę 0 metrų aukščiui virš jūros lygio. Šiuo atveju gaunama vertė ρ=1,227 kg/m3
- Pažiūrėkite į pirmiau pateiktą lentelę, kuri yra pagrįsta T0=288,15 K. Lentelėje yra vertė ρ=1,225 kg/m 3.
Taigi gavome du numerius, kurie gerai sutampa vienas su kitu. Nedidelis skirtumas atsiranda dėl 0,15 K paklaidos nustatant temperatūrą, taip pat dėl to, kad oras vis dar yra ne idealios, o tikros dujos. Todėl tolesniems skaičiavimams imame dviejų gautų verčių vidurkį, tai yra, ρ=1, 226 kg/m3.
Dabar, naudodami masės, tankio ir tūrio santykio formulę, gauname: m=ρV=1,226 kg/m30,150 m3=0,1839 kg arba 183,9 gramai.
Taip pat galite atsakyti, kiek litras oro sveria nurodytomis sąlygomis: m=1,226 kg/m30,001 m3=0,001226 kg arba maždaug 1,2 gramo.
Kodėl nejaučiame, kaip mus spaudžia oras
Kiek sveria 1 m3 oro? Šiek tiek daugiau nei 1 kilogramas. Visas mūsų planetos atmosferos stalas daro spaudimą žmogui, kurio svoris siekia 200 kg! Tai pakankamai didelė oro masė, galinti žmogui pridaryti daug rūpesčių. Kodėl mes to nejaučiame? Taip yra dėl dviejų priežasčių: pirma, paties žmogaus viduje taip pat yra vidinis slėgis, kuris atsveria išorinį atmosferos slėgį, antra, oras, būdamas dujos, daro slėgį visomis kryptimis vienodai, tai yra, slėgis visomis kryptimis subalansuoja kiekvieną. kita.
