Veel mensen zullen verrast zijn door het feit dat lucht een bepaald gewicht heeft dat niet nul is. De exacte waarde van dit gewicht is niet zo eenvoudig te bepalen, omdat het sterk wordt beïnvloed door factoren als chemische samenstelling, vochtigheid, temperatuur en druk. Laten we eens nader kijken naar de vraag hoeveel lucht weegt.
Wat is lucht
Alvorens de vraag te beantwoorden hoeveel lucht weegt, is het noodzakelijk om te begrijpen wat deze stof is. Lucht is een gasvormige schil die rond onze planeet bestaat en die een homogeen mengsel is van verschillende gassen. Lucht bevat de volgende gassen:
- stikstof (78,08%);
- zuurstof (20,94%);
- argon (0,93%);
- waterdamp (0,40%);
- kooldioxide (0,035%)
Naast de hierboven genoemde gassen bevat de lucht ook minimale hoeveelheden neon (0,0018%), helium (0,0005%), methaan (0,00017%), krypton (0,00014%), waterstof (0,00005%), ammoniak (0.0003%).
Het is interessant om op te merken datJe kunt deze componenten scheiden als je lucht condenseert, dat wil zeggen, het in een vloeibare toestand verandert door de druk te verhogen en de temperatuur te verlagen. Doordat elke component van de lucht zijn eigen condensatietemperatuur heeft, is het op deze manier mogelijk om alle componenten te isoleren van de lucht die in de praktijk wordt gebruikt.
Luchtgewicht en factoren die hierop van invloed zijn
Wat weerhoudt je ervan om precies de vraag te beantwoorden, hoeveel weegt een kubieke meter lucht? Natuurlijk zijn er een aantal factoren die dit gewicht enorm kunnen beïnvloeden.
Ten eerste is het de chemische samenstelling. Hierboven staan de gegevens voor de samenstelling van schone lucht, op dit moment is deze lucht echter op veel plaatsen op de planeet zwaar vervuild, respectievelijk zal de samenstelling anders zijn. Zo bevat de lucht in de buurt van grote steden meer koolstofdioxide, ammoniak en methaan dan de lucht in landelijke gebieden.
Ten tweede, vochtigheid, dat wil zeggen, de hoeveelheid waterdamp in de atmosfeer. Hoe vochtiger de lucht, hoe minder hij weegt, terwijl andere zaken gelijk blijven.
Ten derde, temperatuur. Dit is een van de belangrijke factoren, hoe lager de waarde, hoe hoger de luchtdichtheid en dus hoe groter het gewicht.
Ten vierde, atmosferische druk, die direct het aantal luchtmoleculen in een bepaald volume weerspiegelt, dat wil zeggen, het gewicht ervan.
Om te begrijpen hoe de combinatie van deze factoren het gewicht van lucht beïnvloedt, nemen we een eenvoudig voorbeeld: de massa van één meter droge kubieke lucht bij een temperatuur van 25 ° C, gelegen nabij het aardoppervlak,is 1,205 kg, maar als we een vergelijkbaar luchtvolume nabij het zeeoppervlak beschouwen bij een temperatuur van 0 ° C, dan is de massa al gelijk aan 1,293 kg, dat wil zeggen dat deze met 7,3% zal toenemen.
Verandering in luchtdichtheid met hoogte
Naarmate de hoogte toeneemt, neemt de luchtdruk af, respectievelijk de dichtheid en het gewicht. Atmosferische lucht bij drukken die op aarde worden waargenomen, kan als een eerste benadering worden beschouwd als een ideaal gas. Dit betekent dat de druk en de dichtheid van lucht wiskundig aan elkaar gerelateerd zijn door de toestandsvergelijking van een ideaal gas: P=ρRT/M, waarbij P de druk is, ρ de dichtheid, T de temperatuur in kelvin, M is de molaire massa van lucht, R is de universele gasconstante.
Van de bovenstaande formule kun je de formule krijgen voor de afhankelijkheid van luchtdichtheid van hoogte, aangezien de druk verandert volgens de wet P=P0+ρ gh, waarbij P 0 - druk aan het aardoppervlak, g - vrije valversnelling, h - hoogte. Door deze formule in te voeren voor druk in de vorige uitdrukking, en de dichtheid uit te drukken, krijgen we: ρ(h)=P0M/(RT(h)+g(h) M u). Met deze uitdrukking kun je de dichtheid van lucht op elke hoogte bepalen. Dienovereenkomstig wordt het gewicht van lucht (meer correct, massa) bepaald door de formule m(h)=ρ(h)V, waarbij V het gegeven volume is.
In de uitdrukking voor de afhankelijkheid van dichtheid van hoogte, kan men opmerken dat de temperatuur en versnelling van vrije val ook afhangen van de hoogte. De laatste afhankelijkheid kan worden verwaarloosd als we het hebben over hoogtes van niet meer dan 1-2 km. Wat de temperatuur betreft,hoogteafhankelijkheid wordt goed beschreven door de volgende empirische uitdrukking: T(h)=T0-0, 65h, waarbij T0 de luchttemperatuur nabij het grondoppervlak.
Om niet constant de dichtheid voor elke hoogte te berekenen, staat hieronder een tabel met de afhankelijkheid van de belangrijkste luchtkenmerken van de hoogte (tot 10 km).
Welke lucht is het zwaarst
Nadat je de belangrijkste factoren hebt overwogen die het antwoord op de vraag hoeveel lucht weegt, bepalen, kun je begrijpen welke lucht het zwaarst zal zijn. Kortom, koude lucht weegt altijd meer dan warme lucht, omdat de dichtheid van deze laatste lager is, en droge lucht weegt meer dan vochtige lucht. De laatste verklaring is gemakkelijk te begrijpen, aangezien de molaire massa van lucht 29 g/mol is, en de molaire massa van een watermolecuul 18 g/mol, dat wil zeggen 1,6 keer minder.
Bepaling van het gewicht van lucht onder bepaalde omstandigheden
Laten we nu een specifiek probleem oplossen. Laten we de vraag beantwoorden hoeveel lucht weegt, met een inhoud van 150 liter, bij een temperatuur van 288 K. Bedenk dat 1 liter een duizendste van een kubieke meter is, dat wil zeggen, 1 liter=0,001 m3. Wat betreft de temperatuur van 288 K, deze komt overeen met 15 ° C, dat wil zeggen, het is typerend voor veel regio's van onze planeet. De volgende stap is het bepalen van de dichtheid van de lucht. Er zijn twee manieren om dit te doen:
- Bereken met behulp van de bovenstaande formule voor een hoogte van 0 meter boven zeeniveau. In dit geval wordt de waarde ρ=1,227 kg/m verkregen3
- Kijk naar de bovenstaande tabel, die is gebaseerd op T0=288,15 K. De tabel bevat de waarde ρ=1,225 kg/m 3.
Dus we hebben twee nummers die goed met elkaar overeenkomen. Een klein verschil is te wijten aan een fout van 0,15 K bij het bepalen van de temperatuur, en ook aan het feit dat lucht nog steeds geen ideaal, maar een echt gas is. Daarom nemen we voor verdere berekeningen het gemiddelde van de twee verkregen waarden, d.w.z. ρ=1, 226 kg/m3.
Als we nu de formule gebruiken voor de relatie tussen massa, dichtheid en volume, krijgen we: m=ρV=1,226 kg/m30,150 m3=0,1839 kg of 183.9 gram.
Je kunt ook antwoorden hoeveel een liter lucht weegt onder de gegeven omstandigheden: m=1,226 kg/m30,001 m3=0,001226 kg of ongeveer 1,2 gram.
Waarom voelen we de lucht niet op ons drukken
Hoeveel weegt 1 m3 lucht? Iets meer dan 1 kilo. De hele atmosferische tafel van onze planeet oefent druk uit op een persoon met zijn gewicht van 200 kg! Dit is een voldoende grote luchtmassa die veel problemen voor een persoon kan veroorzaken. Waarom voelen we het niet? Dit heeft twee redenen: ten eerste is er ook interne druk in de persoon zelf, die de externe atmosferische druk tegengaat, en ten tweede oefent lucht, omdat het een gas is, druk in alle richtingen gelijk uit, dat wil zeggen, drukken in alle richtingen balanceren elk andere.
