Көптеген адамдар ауаның нөлдік емес белгілі бір салмағы бар екеніне таң қалуы мүмкін. Бұл салмақтың нақты мәнін анықтау оңай емес, өйткені оған химиялық құрам, ылғалдылық, температура және қысым сияқты факторлар қатты әсер етеді. Ауаның салмағы қанша деген сұрақты толығырақ қарастырайық.
Ауа дегеніміз не
Ауаның салмағы қанша деген сұраққа жауап бермес бұрын бұл заттың не екенін түсіну керек. Ауа - бұл біздің планетамыздың айналасында бар және әртүрлі газдардың біртекті қоспасы болып табылатын газ тәрізді қабық. Ауада келесі газдар бар:
- азот (78,08%);
- оттегі (20,94%);
- аргон (0,93%);
- су буы (0,40%);
- көмірқышқыл газы (0,035%).
Жоғарыда аталған газдардан басқа ауада неон (0,0018%), гелий (0,0005%), метан (0,00017%), криптон (0,00014%), сутегі (0,00005%) аз мөлшерде болады, аммиак (0,0003%).
Бұл бір қызықЕгер сіз ауаны конденсациялайтын болсаңыз, яғни қысымды жоғарылату және температураны төмендету арқылы оны сұйық күйге айналдырсаңыз, бұл компоненттерді бөлуге болады. Ауаның әрбір құрамдас бөлігінің өзінің конденсация температурасы болғандықтан, осылайша тәжірибеде қолданылатын барлық компоненттерді ауадан оқшаулауға болады.
Ауа салмағы және оған әсер ететін факторлар
Бір текше метр ауаның салмағы қанша деген сұраққа нақты жауап беруге не кедергі? Әрине, бұл салмаққа әсер ететін бірқатар факторлар бар.
Біріншіден, бұл химиялық құрамы. Жоғарыда таза ауа құрамы туралы мәліметтер берілген, алайда қазіргі уақытта бұл ауа планетаның көптеген жерлерінде қатты ластанған, сәйкесінше оның құрамы әртүрлі болады. Осылайша, ірі қалалар маңындағы ауада ауылдық жерлердегі ауаға қарағанда көмірқышқыл газы, аммиак, метан көбірек болады.
Екіншіден, ылғалдылық, яғни атмосферадағы су буының мөлшері. Ауа неғұрлым ылғалды болса, салмағы соғұрлым аз болады, басқалары бірдей.
Үшіншіден, температура. Бұл маңызды факторлардың бірі, оның мәні неғұрлым төмен болса, ауаның тығыздығы соғұрлым жоғары болады және сәйкесінше салмағы да артады.
Төртіншіден, белгілі бір көлемдегі ауа молекулаларының санын, яғни салмағын тікелей көрсететін атмосфералық қысым.
Осы факторлардың қосындысы ауа салмағына қалай әсер ететінін түсіну үшін қарапайым мысалды алайық: жер бетіне жақын орналасқан 25 ° C температурадағы құрғақ текше метрдің массасы,1,205 кг құрайды, бірақ 0 ° C температурада теңіз бетіне жақын ауаның ұқсас көлемін қарастырсақ, онда оның массасы қазірдің өзінде 1,293 кг-ға тең болады, яғни ол 7,3%-ға артады.
Биіктікке байланысты ауа тығыздығының өзгеруі
Биіктік өскен сайын ауа қысымы төмендейді, сәйкесінше оның тығыздығы мен салмағы азаяды. Жерде байқалатын қысымдағы атмосфералық ауаны бірінші жуықтау ретінде идеалды газ ретінде қарастыруға болады. Бұл идеал газдың күй теңдеуі арқылы ауаның қысымы мен тығыздығы бір-бірімен математикалық байланысты екенін білдіреді: P=ρRT/M, мұндағы P – қысым, ρ – тығыздық, T – кельвиндегі температура, M – ауаның молярлық массасы, R – әмбебап газ тұрақтысы.
Жоғарыдағы формуладан қысымның P=P0+ρ заңы бойынша өзгеретінін ескере отырып, ауа тығыздығының биіктікке тәуелділік формуласын алуға болады. gh, мұндағы P 0 – жер бетіндегі қысым, g – еркін түсу үдеуі, h – биіктік. Осы формуланы қысымның алдыңғы өрнекке ауыстырып, тығыздығын өрнектесек, мынаны аламыз: ρ(h)=P0M/(RT(h)+g(h) M h). Осы өрнекті пайдаланып, кез келген биіктіктегі ауаның тығыздығын анықтауға болады. Сәйкесінше, ауаның салмағы (дұрысы, массасы) m(h)=ρ(h)V формуласымен анықталады, мұндағы V – берілген көлем.
Тығыздықтың биіктікке тәуелділік өрнекте еркін түсудің температурасы мен үдеуі де биіктікке байланысты екенін байқауға болады. Егер біз 1-2 км-ден аспайтын биіктіктер туралы айтатын болсақ, соңғы тәуелділікті елемеуге болады. Температураға келетін болсақ, олбиіктікке тәуелділік келесі эмпирикалық өрнекпен жақсы сипатталған: T(h)=T0-0, 65сағ, мұндағы T0 жер бетіне жақын ауа температурасы.
Әр биіктік үшін тығыздықты үнемі есептемеу үшін төменде негізгі ауа сипаттамаларының биіктікке (10 км-ге дейін) тәуелділігінің кестесі берілген.
Қай ауа ең ауыр
Ауаның салмағы қанша деген сұраққа жауапты анықтайтын негізгі факторларды қарастыра отырып, қай ауаның ең ауыр болатынын түсінуге болады. Қысқасы, суық ауаның салмағы әрқашан жылы ауадан артық, өйткені соңғысының тығыздығы төмен, ал құрғақ ауа ылғалды ауадан артық. Соңғы мәлімдемені түсіну оңай, өйткені ауаның молярлық массасы 29 г/моль, ал су молекуласының молярлық массасы 18 г/моль, яғни 1,6 есе аз.
Берілген шарттарда ауаның салмағын анықтау
Енді белгілі бір мәселені шешейік. 288 К температурада 150 литр көлемді алып жатқан ауаның салмағы қанша деген сұраққа жауап берейік. 1 литр текше метрдің мыңнан бір бөлігі екенін қарастырайық, яғни 1 литр=0,001 м3. 288 К температураға келетін болсақ, ол 15 ° C-қа сәйкес келеді, яғни бұл біздің планетамыздың көптеген аймақтарына тән. Келесі қадам - ауаның тығыздығын анықтау. Мұны істеудің екі жолы бар:
- Теңіз деңгейінен 0 метр биіктік үшін жоғарыдағы формуланы пайдаланып есептеңіз. Бұл жағдайда ρ=1,227 кг/м мәні алынады3
- Т0=288,15 K негізінде жасалған жоғарыдағы кестені қараңыз. Кестеде ρ=1,225 кг/м 3 мәні бар.
Осылайша, бір-бірімен жақсы сәйкес келетін екі нөмір алдық. Сәл айырмашылық температураны анықтаудағы 0,15 К қатеге байланысты, сонымен қатар ауа әлі идеал емес, нақты газ болып табылады. Сондықтан, әрі қарай есептеулер үшін алынған екі мәннің орташа мәнін аламыз, яғни ρ=1, 226 кг/м3.
Енді масса, тығыздық және көлем арасындағы қатынас формуласын қолданып, мынаны аламыз: m=ρV=1,226 кг/м30,150 м3=0,1839 кг немесе 183,9 грамм.
Сондай-ақ берілген шарттарда бір литр ауаның салмағы қанша болатынына жауап беруге болады: m=1,226 кг/м30,001 м3=0,001226 кг немесе шамамен 1,2 грамм.
Ауаның бізді басып тұрғанын неге сезбейміз
1 м3 ауаның салмағы қанша? 1 келіден сәл артық. Біздің планетамыздың бүкіл атмосфералық кестесі 200 кг салмағы бар адамға қысым жасайды! Бұл адамға көп қиындық тудыруы мүмкін жеткілікті үлкен ауа массасы. Неге біз оны сезбейміз? Бұл екі себепке байланысты: біріншіден, сыртқы атмосфералық қысымға қарсы тұратын адамның ішкі қысымы да бар, екіншіден, ауа газ болғандықтан барлық бағытта бірдей қысым жасайды, яғни барлық бағыттағы қысымдар әрқайсысын теңестіреді. басқа.
