Birçok insan havanın sıfırdan farklı bir ağırlığa sahip olması gerçeğine şaşırabilir. Bu ağırlığın kesin değerini belirlemek o kadar kolay değildir çünkü kimyasal bileşim, nem, sıcaklık ve basınç gibi faktörlerden güçlü bir şekilde etkilenir. Havanın ağırlığı ne kadar sorusuna daha yakından bakalım.
Hava nedir
Havanın ağırlığı ne kadar sorusuna cevap vermeden önce bu maddenin ne olduğunu anlamak gerekiyor. Hava, gezegenimizin çevresinde bulunan ve çeşitli gazların homojen bir karışımı olan gazlı bir kabuktur. Hava aşağıdaki gazları içerir:
- azot (%78.08);
- oksijen (%20,94);
- argon (%0,93);
- su buharı (%0,40);
- karbondioksit (%0,035).
Yukarıda listelenen gazlara ek olarak, havada minimum miktarda neon (%0,0018), helyum (%0,0005), metan (%0,00017), kripton (%0,00014), hidrojen (%0,000005), amonyak (%0.0003).
Bunu not etmek ilginçHavayı yoğuşturursanız, yani basıncı artırıp sıcaklığı düşürerek sıvı hale getirirseniz bu bileşenleri ayırabilirsiniz. Havanın her bileşeni kendi yoğuşma sıcaklığına sahip olduğundan, bu sayede pratikte kullanılan tüm bileşenleri havadan izole etmek mümkündür.
Hava ağırlığı ve onu etkileyen faktörler
Bir metreküp havanın ağırlığı ne kadardır sorusuna tam olarak cevap vermenizi engelleyen nedir? Tabii ki, bu ağırlığı büyük ölçüde etkileyebilecek bir takım faktörler.
İlk olarak, kimyasal bileşimdir. Yukarıda temiz havanın bileşimine ilişkin veriler verilmiştir, ancak şu anda bu hava gezegenin birçok yerinde sırasıyla ağır şekilde kirlenmiştir, bileşimi farklı olacaktır. Bu nedenle, büyük şehirlerin yakınında hava, kırsal alanlardaki havaya göre daha fazla karbondioksit, amonyak, metan içerir.
İkincisi, nem, yani atmosferde bulunan su buharı miktarı. Hava ne kadar nemli olursa, ağırlığı o kadar az olur, diğer şeyler eşit olur.
Üçüncü, sıcaklık. Bu önemli faktörlerden biridir, değeri ne kadar düşükse, hava yoğunluğu o kadar yüksek ve buna bağlı olarak ağırlığı o kadar fazladır.
Dördüncüsü, belirli bir hacimdeki hava moleküllerinin sayısını, yani ağırlığını doğrudan yansıtan atmosferik basınç.
Bu faktörlerin kombinasyonunun havanın ağırlığını nasıl etkilediğini anlamak için basit bir örnek alalım: Dünya yüzeyine yakın bir yerde bulunan 25 °C sıcaklıktaki bir metrelik kuru kübik havanın kütlesi,1,205 kg'dır, ancak 0 ° C sıcaklıkta deniz yüzeyine yakın benzer bir hava hacmini düşünürsek, kütlesi zaten 1.293 kg'a eşit olacak, yani %7,3 artacaktır.
Yükseklikle hava yoğunluğunun değişimi
Yükseklik arttıkça hava basıncı sırasıyla azalır, yoğunluğu ve ağırlığı azalır. Atmosferik hava, Dünya'da gözlenen basınçlarda, ilk yaklaşım olarak ideal gaz olarak kabul edilebilir. Bu, havanın basıncı ve yoğunluğunun, ideal bir gazın durum denklemi aracılığıyla matematiksel olarak birbiriyle ilişkili olduğu anlamına gelir: P=ρRT/M, burada P basınçtır, ρ yoğunluktur, T kelvin cinsinden sıcaklıktır, M havanın molar kütlesidir, R evrensel gaz sabitidir.
Yukarıdaki formülden, basıncın P=P0+ρ yasasına göre değiştiği göz önüne alındığında, hava yoğunluğunun yüksekliğe bağımlılığı formülünü elde edebilirsiniz. gh, burada P 0 - dünya yüzeyindeki basınç, g - serbest düşüş ivmesi, h - yükseklik. Bu formülü bir önceki ifadede basınç için yerine koyarsak ve yoğunluğu ifade edersek, şunu elde ederiz: ρ(h)=P0M/(RT(h)+g(h) Eh). Bu ifadeyi kullanarak, herhangi bir yükseklikte havanın yoğunluğunu belirleyebilirsiniz. Buna göre, havanın ağırlığı (daha doğrusu kütle), m(h)=ρ(h)V formülüyle belirlenir, burada V verilen hacimdir.
Yoğunluğun yüksekliğe bağımlılığı ifadesinde, serbest düşüşün sıcaklık ve ivmesinin de yüksekliğe bağlı olduğu fark edilebilir. 1-2 km'den fazla olmayan yüksekliklerden bahsediyorsak, son bağımlılık ihmal edilebilir. Sıcaklıkla ilgili olarak,rakım bağımlılığı aşağıdaki ampirik ifadeyle iyi bir şekilde tanımlanır: T(h)=T0-0, 65h, burada T0 zemin yüzeyine yakın hava sıcaklığı.
Her yükseklik için yoğunluğu sürekli olarak hesaplamamak için, ana hava özelliklerinin yüksekliğe (10 km'ye kadar) bağımlılığının bir tablosu aşağıdadır.
Hangi hava en ağırdır
Hava ağırlığı ne kadar sorusunun cevabını belirleyen ana faktörleri göz önünde bulundurarak, hangi havanın en ağır olacağını anlayabilirsiniz. Kısacası, soğuk hava her zaman ılık havadan daha ağırdır, çünkü ikincisinin yoğunluğu daha düşüktür ve kuru hava nemli havadan daha ağırdır. Son ifadeyi anlamak kolaydır, çünkü havanın molar kütlesi 29 g/mol ve bir su molekülünün molar kütlesi 18 g/mol, yani 1,6 kat daha azdır.
Verilen koşullar altında havanın ağırlığını belirleme
Şimdi belirli bir problemi çözelim. 288 K sıcaklıkta 150 litre hacim kaplayan havanın ağırlığının ne kadar olduğu sorusuna cevap verelim. 1 litrenin metreküpün binde biri olduğunu düşünün, yani 1 litre=0,001 m3. 288 K sıcaklığa gelince, 15°C'ye karşılık gelir, yani gezegenimizin birçok bölgesi için tipiktir. Bir sonraki adım, havanın yoğunluğunu belirlemektir. Bunu yapmanın iki yolu vardır:
- Deniz seviyesinden 0 metre yükseklikte yukarıdaki formülü kullanarak hesaplayın. Bu durumda, ρ=1.227 kg/m değeri elde edilir3
- T0=288.15 K'ye dayanan yukarıdaki tabloya bakın. Tablo ρ=1.225 kg/m 3 değerini içerir..
Böylece birbiriyle iyi uyum içinde olan iki sayı elde ettik. Küçük bir fark, sıcaklığın belirlenmesinde 0.15 K'lık bir hatadan ve ayrıca havanın hala ideal değil, gerçek bir gaz olduğu gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Bu nedenle, daha fazla hesaplama için, elde edilen iki değerin ortalamasını alıyoruz, yani ρ=1, 226 kg/m3.
Şimdi, kütle, yoğunluk ve hacim arasındaki ilişki formülünü kullanarak şunu elde ederiz: m=ρV=1.226 kg/m30.150 m3=0,1839 kg veya 183,9 gram.
Verilen koşullar altında bir litre havanın ağırlığının ne kadar olduğunu da cevaplayabilirsiniz: m=1.226 kg/m30,001 m3=0,001226 kg veya yaklaşık 1,2 gram.
Neden havanın üzerimize baskı yaptığını hissetmiyoruz
1 m3 havanın ağırlığı ne kadardır? 1 kilodan biraz fazla. Gezegenimizin tüm atmosferik tablosu, 200 kg ağırlığıyla bir kişiye baskı yapıyor! Bu, bir kişiye çok fazla sorun çıkarabilecek kadar büyük bir hava kütlesidir. Neden hissetmiyoruz? Bunun iki nedeni vardır: birincisi, kişinin kendi içinde de dış atmosferik basınca karşı koyan bir iç basınç vardır ve ikincisi, bir gaz olan hava, her yöne eşit olarak basınç uygular, yani her yöndeki basınçlar birbirini dengeler. diğer.
