Nhiều người có thể ngạc nhiên bởi thực tế là không khí có một trọng lượng khác không. Giá trị chính xác của trọng lượng này không dễ xác định vì nó bị ảnh hưởng mạnh bởi các yếu tố như thành phần hóa học, độ ẩm, nhiệt độ và áp suất. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn câu hỏi không khí nặng bao nhiêu.
Không khí là gì
Trước khi trả lời câu hỏi không khí nặng bao nhiêu thì cần phải hiểu chất này là gì. Không khí là một lớp vỏ khí tồn tại xung quanh hành tinh của chúng ta, và là một hỗn hợp đồng nhất của nhiều loại khí khác nhau. Không khí chứa các khí sau:
- nitơ (78,08%);
- oxy (20,94%);
- argon (0,93%);
- hơi nước (0,40%);
- carbon dioxide (0,035%).
Ngoài các khí được liệt kê ở trên, không khí cũng chứa một lượng tối thiểu neon (0,0018%), heli (0,0005%), mêtan (0,00017%), krypton (0,00014%), hydro (0,00005%), amoniac (0,0003%).
Thật thú vị khi lưu ý rằngBạn có thể tách các thành phần này ra nếu bạn ngưng tụ không khí, tức là biến nó thành trạng thái lỏng bằng cách tăng áp suất và giảm nhiệt độ. Vì mỗi thành phần của không khí có nhiệt độ ngưng tụ riêng, bằng cách này, có thể cách ly tất cả các thành phần khỏi không khí, được sử dụng trong thực tế.
Trọng lượng không khí và các yếu tố ảnh hưởng đến nó
Điều gì ngăn cản bạn trả lời chính xác câu hỏi, một mét khối không khí nặng bao nhiêu? Tất nhiên, một số yếu tố có thể ảnh hưởng lớn đến cân nặng này.
Đầu tiên, đó là thành phần hóa học. Trên đây là số liệu về thành phần của không khí sạch, tuy nhiên, hiện nay không khí này đang bị ô nhiễm nặng ở nhiều nơi trên hành tinh nên thành phần của nó cũng sẽ khác. Vì vậy, gần các thành phố lớn, không khí chứa nhiều carbon dioxide, amoniac, methane hơn không khí ở các vùng nông thôn.
Thứ hai, độ ẩm, tức là lượng hơi nước có trong khí quyển. Không khí càng ẩm, nó càng giảm trọng lượng, các thứ khác đều bình đẳng.
Thứ ba, nhiệt độ. Đây là một trong những yếu tố quan trọng, giá trị của nó càng thấp thì mật độ không khí càng cao và theo đó, trọng lượng của nó càng lớn.
Thứ tư, áp suất khí quyển, phản ánh trực tiếp số lượng phân tử không khí trong một thể tích nhất định, tức là trọng lượng của nó.
Để hiểu sự kết hợp của các yếu tố này ảnh hưởng đến trọng lượng của không khí như thế nào, hãy lấy một ví dụ đơn giản: khối lượng một mét khối không khí khô ở nhiệt độ 25 ° C, nằm gần bề mặt trái đất,là 1,205 kg, nhưng nếu chúng ta coi một lượng không khí tương tự gần mặt biển ở nhiệt độ 0 ° C, thì khối lượng của nó đã bằng 1,293 kg, tức là nó sẽ tăng 7,3%.
Thay đổi mật độ không khí theo độ cao
Khi tăng độ cao, áp suất không khí giảm tương ứng, mật độ và trọng lượng của nó giảm. Không khí trong khí quyển ở áp suất quan sát được trên Trái đất có thể được coi là khí lý tưởng với giá trị gần đúng đầu tiên. Điều này có nghĩa là áp suất và khối lượng riêng của không khí liên hệ với nhau về mặt toán học thông qua phương trình trạng thái của khí lý tưởng: P=ρRT / M, trong đó P là áp suất, ρ là khối lượng riêng, T là nhiệt độ tính bằng kelvins, M là khối lượng mol của không khí, R là hằng số khí phổ quát.
Từ công thức trên, bạn có thể nhận được công thức về sự phụ thuộc của mật độ không khí vào độ cao, cho rằng áp suất thay đổi theo quy luật P=P0+ ρgh, trong đó P0- áp suất tại bề mặt trái đất, g - gia tốc rơi tự do, h - độ cao. Thay công thức áp suất này vào biểu thức trước, và biểu thị khối lượng riêng, chúng ta nhận được: ρ (h)=P0 M / (RT (h) + g (h)Mh). Sử dụng biểu thức này, bạn có thể xác định mật độ của không khí ở bất kỳ độ cao nào. Theo đó, trọng lượng của không khí (chính xác hơn là khối lượng) được xác định theo công thức m (h)=ρ (h)V, trong đó V là thể tích đã cho.
Trong biểu thức về sự phụ thuộc của khối lượng riêng vào độ cao, người ta có thể nhận thấy rằng nhiệt độ và gia tốc rơi tự do cũng phụ thuộc vào độ cao. Sự phụ thuộc cuối cùng có thể bị bỏ qua nếu chúng ta đang nói về độ cao không quá 1–2 km. Liên quan đến nhiệt độ, nósự phụ thuộc vào độ cao được mô tả rõ ràng bằng biểu thức thực nghiệm sau: T (h)=T0-0, 65h, trong đó T0là nhiệt độ không khí gần bề mặt đất.
Để không phải tính toán liên tục mật độ cho từng độ cao, dưới đây là bảng về sự phụ thuộc của các đặc điểm không khí chính vào độ cao (lên đến 10 km).
Không khí nào nặng nhất
Sau khi xem xét các yếu tố chính quyết định câu trả lời cho câu hỏi không khí nặng bao nhiêu, bạn có thể hiểu không khí nào sẽ nặng nhất. Tóm lại, không khí lạnh luôn nặng hơn không khí ấm, vì mật độ của không khí sau thấp hơn, và không khí khô nặng hơn không khí ẩm. Phát biểu cuối cùng rất dễ hiểu, vì khối lượng mol của không khí là 29 g / mol và khối lượng mol của phân tử nước là 18 g / mol, tức là nhỏ hơn 1,6 lần.
Xác định trọng lượng của không khí trong các điều kiện đã cho
Bây giờ chúng ta hãy giải quyết một vấn đề cụ thể. Hãy trả lời câu hỏi không khí nặng bao nhiêu, chiếm thể tích 150 lít, ở nhiệt độ 288 K. Coi 1 lít là một phần nghìn mét khối, nghĩa là 1 lít=0,001 m3. Đối với nhiệt độ 288 K, nó tương ứng với 15 ° C, tức là nó đặc trưng cho nhiều vùng trên hành tinh của chúng ta. Bước tiếp theo là xác định khối lượng riêng của không khí. Có hai cách để làm điều này:
- Tính toán theo công thức trên cho độ cao 0 mét trên mực nước biển. Trong trường hợp này, giá trị ρ=1,227 kg / m thu được3
- Nhìn vào bảng trên, dựa trên T0=288.15 K. Bảng chứa giá trị ρ=1.225 kg / m3.
Vì vậy, chúng tôi có hai con số phù hợp với nhau. Một sự khác biệt nhỏ là do sai số 0,15 K trong việc xác định nhiệt độ, và thực tế là không khí vẫn không phải là khí lý tưởng, mà là khí thực. Do đó, để tính toán thêm, chúng tôi lấy giá trị trung bình của hai giá trị thu được, nghĩa là, ρ=1, 226 kg / m3.
Bây giờ, sử dụng công thức liên hệ giữa khối lượng, khối lượng riêng và thể tích, chúng ta nhận được: m=ρV=1,226 kg / m3 0,150 m 3=0,1839 kg hoặc 183,9 gam.
Bạn cũng có thể trả lời một lít không khí nặng bao nhiêu trong điều kiện đã cho: m=1,226 kg / m3 0,001 m3=0,001226 kg hoặc khoảng 1,2 gam.
Tại sao chúng ta không cảm thấy không khí đang đè lên mình
1 m3 không khí nặng bao nhiêu? Hơn 1 ký một chút. Toàn bộ bảng khí quyển của hành tinh chúng ta gây áp lực lên một người có trọng lượng 200 kg! Đây là một khối lượng không khí đủ lớn có thể gây ra nhiều rắc rối cho một người. Tại sao chúng ta không cảm nhận được nó? Điều này là do hai nguyên nhân: thứ nhất, áp suất bên trong bản thân người đó chống lại áp suất khí quyển bên ngoài, và thứ hai, không khí, là chất khí, tạo áp suất theo mọi hướng như nhau, tức là áp suất theo mọi hướng cân bằng nhau. khác.
