Что такое вес воздуха

Сколько весит воздух?

Учёные подсчитали, что 1м3 воздуха весит примерно 1,2 кг, с небольшими колебаниями, которые зависят от температуры, влажности, атмосферного давления и химического состава. Например, один кубический метр сухого воздуха вблизи поверхности земли, при температуре 25 градусов, будет весить 1, 205 кг, а вблизи поверхности моря при температуре 0 градусов, кубический метр воздуха будет весить 1, 293 кг.

Сегодня мы будем взвешивать воздух в обычной московской детской комнате средних размеров. В расчётах будем опираться на 1,2 кг веса кубометра воздуха.

Нам понадобятся:

Ход опыта:

1. Измеряем длину, ширину и высоту нашей комнаты.

2. Вычисляем объём комнаты перемножив полученные размеры (длина х ширина х высота = объём).

3. Полученный объём умножаем на 1,2 кг.

Итог: Воздух в нашей комнате весит около 46 кг.

А теперь продолжим наш эксперимент.

4. Встань на весы и сравни свой вес с весом воздуха своей комнаты. Кто весит больше: ты или воздух?

Результат: В нашем случае 12-летняя девочка весит на 2,4 кг меньше, чем воздух в её комнате. Почему она не чувствует его веса, узнаем из нижеприведённого факта и нашего следующего опыта.

Килограмм — это вес колонны воздуха с площадью основания 1 квадратный сантиметр и высотой, равной высоте атмосферы. Площадь вашей ладони — примерно 77 квадратных сантиметров. Представьте, что на вашу ладонь положен груз весом в 77 килограммов! Причиной того, что вы этого не замечаете, служит то, что воздух, находящийся под вашей рукой, давит с такой же силой, как и сверху. И на вашу голову воздух давит с силой в 270 килограммов, но вас не сплющивает, потому что и внутри вашего тела есть воздух, который уравновешивает давление наружного воздуха.

Чем выше вы поднимаетесь (например, на вершину горы), тем меньше воздуха над вами, тем меньше давление. На высоте в 6000 метров давление составляет примерно 0,4 килограмма на квадратный сантиметр. На высоте 3000 метров — 0,7 килограмма на квадратный сантиметр. Если бы вам удалось подняться на высоту в 100 километров, то вы обнаружили бы, что там почти нет давления.

Источник

Атмосферное давление и вес воздуха. Формула, расчеты, эксперименты

Из самого понятия «атмосферное давление» следует, что воздух должен иметь вес, иначе он не мог бы ни на что давить. Но мы этого не замечаем, нам кажется, что воздух невесом. Прежде чем говорить об атмосферном давлении, нужно доказать, что у воздуха есть вес, нужно его как-то взвесить. Как это сделать? Вес воздуха и атмосферное давление мы подробно рассмотрим в статье, изучая их при помощи экспериментов.

Мы будем взвешивать воздух, находящийся в стеклянном сосуде. Он поступает в емкость через резиновую трубку в горлышке. Кран закрывает шланг так, что в него не поступает воздух. Удаляем воздух из сосуда с помощью вакуумного насоса. Интересно, что по мере откачивания звук насоса меняется. Чем меньший объем воздуха остается в колбе, тем тише работает насос. Чем дольше мы откачиваем воздух, тем более низким становится давление в сосуде.

Вам будет интересно: Подчинительные и сочинительные союзы: список

Когда весь воздух удален, закрываем кран, пережимаем шланг, чтобы перекрыть доступ воздуха. Взвесим колбу без воздуха, потом откроем кран. Воздух зайдет внутрь с характерным свистом, и его вес добавится к весу колбы.

Сначала поместим пустой сосуд с закрытым краном на весы. Внутри емкости — вакуум, взвесим ее. Откроем кран, воздух зайдет внутрь, и снова взвесим содержимое колбы. Разница веса наполненной и пустой колбы и будет являться массой воздуха. Все просто.

Вес воздуха и атмосферное давление

Теперь перейдем к решению следующей задачи. Чтобы вычислить плотность воздуха, нужно его массу разделить на объем. Объем колбы известен, потому что он указан на ее стенке. ρ=mвозд /V. Надо сказать, что для получения так называемого высокого вакуума, то есть полного отсутствия воздуха в сосуде, нужно достаточно много времени. Если колба объемом 1,2 л, это примерно полчаса.

Мы выяснили, что воздух обладает массой. Земля его притягивает, а поэтому на него действует сила тяжести. Воздух давит на землю с силой, равной весу воздуха. Атмосферное давление, следовательно, существует. Оно проявляет себя в различных экспериментах. Проведем один из таких.

Эксперимент со шприцами

Возьмем пустой шприц, к которому присоединена гибкая трубка. Опустим поршень шприца и погрузим шланг в емкость с водой. Потянем поршень вверх, и вода начнет подниматься по трубке, наполняя шприц. Почему же вода, которую сила тяжести тянет вниз, все-таки поднимается за поршнем вверх?

В сосуде на нее сверху вниз действует атмосферное давление. Обозначим его Pатм. По закону Паскаля давление, которое производит атмосфера на поверхность жидкости, передается без изменений. Оно распространяется во все точки, значит внутри трубки тоже атмосферное давление, а в шприце над слоем воды находится вакуум (безвоздушное пространство), т. е. Р=0. Вот и получается, что снизу на воду давит атмосферное давление, а над поршнем давления нет, потому что там пустота. Из-за разности давлений вода заходит в шприц.

Опыт со ртутью

Вес воздуха и атмосферное давление — насколько они велики? Может, это что-то, чем можно пренебречь? Ведь один кубический метр железа имеет массу 7600 кг, а один кубический метр воздуха — всего 1,3 кг. Чтобы разобраться, видоизменим только что проведенный эксперимент. Вместо шприца возьмем бутылку, закрытую пробкой с трубкой. Присоединим трубку к насосу и начнем откачивать воздух.

В отличие от предыдущего опыта, мы создаем вакуум не под поршнем, а во всем объеме бутылки. Выключим насос и одновременно опустим трубку бутылки в емкость с водой. Мы увидим, как вода буквально за несколько секунд с характерным звуком заполнила через трубку бутылку. Высокая скорость, с которой она «врывалась» в бутылку, говорит о том, что атмосферное давление — это довольно большая величина. Опыт это доказывает.

Впервые измерил атмосферное давление, вес воздуха итальянский ученый Торричелли. Он провел такой опыт. Взял стеклянную трубку длиной чуть больше 1 м, запаянную с одного конца. Заполнил ее ртутью до краев. После этого он взял сосуд со ртутью, зажал пальцем его открытый конец, перевернул трубку и погрузил ее в емкость. Если бы атмосферного давления не было, то ртуть бы вся вылилась, но этого не произошло. Она вылилась частично, уровень ртути установился на высоте 760 мм.

Так случилось, потому что атмосфера давила на ртуть в емкости. Именно по этой причине у нас в предыдущих опытах вода загонялась в трубку, именно поэтому за шприцем шла вода. Но в этих двух экспериментах мы брали воду, плотность которой невелика. Ртуть имеет большую плотность, поэтому атмосферное давление смогло поднять ртуть, но не до самого верха, а только на 760 мм.

По закону Паскаля, давление, производимое на ртуть, передается во все ее точки в неизменном виде. Значит, внутри трубки тоже атмосферное давление. Но с другой стороны, это давление уравновешивается давлением столба жидкости. Обозначим высоту ртутного столба h. Мы можем сказать, что снизу вверх на ртуть действует атмосферное давление, а сверху вниз действует гидростатическое давление. В оставшихся незаполненными 240 мм находится вакуум. Кстати, этот вакуум еще называют торричеллиева пустота.

Формула и расчеты

Источник

Сколько весит воздух?

Учёные подсчитали, что 1м3 воздуха весит примерно 1,2 кг, с небольшими колебаниями, которые зависят от температуры, влажности, атмосферного давления и химического состава. Например, один кубический метр сухого воздуха вблизи поверхности земли, при температуре 25 градусов, будет весить 1, 205 кг, а вблизи поверхности моря при температуре 0 градусов, кубический метр воздуха будет весить 1, 293 кг.

Сегодня мы будем взвешивать воздух в обычной московской детской комнате средних размеров. В расчётах будем опираться на 1,2 кг веса кубометра воздуха.

Нам понадобятся:

Ход опыта:

1. Измеряем длину, ширину и высоту нашей комнаты.

2. Вычисляем объём комнаты перемножив полученные размеры (длина х ширина х высота = объём).

3. Полученный объём умножаем на 1,2 кг.

Итог: Воздух в нашей комнате весит около 46 кг.

А теперь продолжим наш эксперимент.

4. Встань на весы и сравни свой вес с весом воздуха своей комнаты. Кто весит больше: ты или воздух?

Результат: В нашем случае 12-летняя девочка весит на 2,4 кг меньше, чем воздух в её комнате. Почему она не чувствует его веса, узнаем из нижеприведённого факта и нашего следующего опыта.

Килограмм — это вес колонны воздуха с площадью основания 1 квадратный сантиметр и высотой, равной высоте атмосферы. Площадь вашей ладони — примерно 77 квадратных сантиметров. Представьте, что на вашу ладонь положен груз весом в 77 килограммов! Причиной того, что вы этого не замечаете, служит то, что воздух, находящийся под вашей рукой, давит с такой же силой, как и сверху. И на вашу голову воздух давит с силой в 270 килограммов, но вас не сплющивает, потому что и внутри вашего тела есть воздух, который уравновешивает давление наружного воздуха.

Чем выше вы поднимаетесь (например, на вершину горы), тем меньше воздуха над вами, тем меньше давление. На высоте в 6000 метров давление составляет примерно 0,4 килограмма на квадратный сантиметр. На высоте 3000 метров — 0,7 килограмма на квадратный сантиметр. Если бы вам удалось подняться на высоту в 100 километров, то вы обнаружили бы, что там почти нет давления.

Источник

Что такое молярная масса воздуха?

Сколько весит воздух? На первый взгляд, это совершенно бессмысленный вопрос, ведь воздух нельзя потрогать, он, как мы привыкли думать, не давит на нас, он совсем невидим, не ощущается, и вообще, разве может воздух что-то весить? Даже говорят иногда про худеньких и костлявых людей: «Да он (или она) легче воздуха!». Сколько весит воздух, кажется, вопрос совсем абсурдный. И тем не менее, откуда-то он берется.

Вопрос о том, сколько весит воздух, далеко не так абсурден, как кажется на первый взгляд. Он вовсе не лишен смысла, когда речь идет о весе воздуха в контексте химических реакций и расчетов. Обычно химики оперируют молярной массой воздуха.

Что же это такое и каким образом ученым удалось взвесить воздух? Они пользовались какими-то особыми весами? И чему масса воздуха равна? В чем ее измерять? И что делать, если нужно рассчитать вес очень большого объема воздуха?

Что такое молярная масса?

Молярная масса — это отношение (знак деления) массы вещества к количеству молей этого вещества. Иными словами, молярной массой вещества называется масса одного моля этого вещества.

Вам будет интересно: Основные положения теории Ламарка. Эволюционная гипотеза

Обычно нижним индексом указывают, молярная масса какого вещества имеется в виду. Для сложного вещества, такого, как воздух, не имеющего определенной краткой формы записи, можно указывать также в скобках. Тогда молярную массу воздуха можно обозначать как Мвоздуха или как М (воздуха). Более предпочтителен все же вариант записи нижним индексом.

В чем измеряется молярная масса?

Единицей измерения молярной массы в Международной системе единиц (СИ) является килограмм на моль. В сокращенном виде в русскоязычном варианте это будет выглядеть как «кг/моль», а принятое международное сокращение записывается как kg/mol. Исторически, однако, сложилось так, что молярная масса измеряется в граммах на моль, так как речь, как правило, ведется об очень малых величинах и количествах вещества, а значит, килограммы здесь только утяжелили бы расчеты, не выполняя никакой иной функции.

Что такое моль?

Как уже было сказано выше, молярная масса выражает вес одного моля вещества. Но что же такое этот моль? Как его посчитать? Кто и когда решил считать массу в молях?

Моль, согласно Резолюции XIV Генеральной конференции по мерам и весам, принятой в 1971 году, и Положению о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации, определяется как количество вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде-12 массой 0,012 кг. В качестве структурных элементов могут выступать атомы, молекулы, ионы, электроны или другие частицы и специфицированные группы частиц.

Название этой величины происходит от латинского moles, означающего «количество, масса, счетное множество».

Какова молярная масса воздуха?

Так сколько же все-таки весит воздух? Химики могут дать точный ответ на этот вопрос. Средняя молярная масса воздуха составляет 28,98 граммов на моль. Для простоты расчетов в учебных целях это число обычно округляют до 29 граммов на моль. Записывается это при решении химических уравнений как 28,98 г/моль или как 29 г/моль. Молярная масса воздуха для типовых расчетов, которые не требуют высокой точности, является неизменной.

Как удалось взвесить моль воздуха?

Воздух — это смесь различных газов. В основном в его состав входят азот и кислород. Вместе их доля в воздухе составляет более 98 процентов. Помимо них, в воздухе содержатся водород, углекислый газ, аргон и совсем крошечные примеси других газов, которые образуют атмосферу Земли, а также мельчайшие частицы водяного пара.

Молярная масса воздуха высчитывается как молярная масса смеси нескольких веществ, входящих в его состав. То есть для нахождения ее необходимо найти среднее арифметическое взвешенное молярной массы массовых долей, которые входят в состав индивидуальных веществ, образующих воздух.

Для удобства подсчетов химиками берутся некоторые идеальные значения молярных масс газов, входящих в состав воздуха, а также некоторые абсолютные доли этих газов в воздухе. Число 28,98 граммов на моль получается в результате нахождения среднего арифметического взвешенного с использованием этих данных.

Всегда ли моль воздуха будет весить ровно столько?

Поскольку воздух представляет собой смесь газов, он представляет собой неустойчивое соединение, в котором точные доли веществ могут изменяться в зависимости от различных условий.

Так, например, содержание в воздухе углекислого газа выше в крупных городах, чем в сельской местности, или тем более в лесах, где он потребляется деревьями, напротив, привносящими в его состав больший процент кислорода. Вообще, состав воздуха в городской среде очень сильно изменен еще и за счет выхлопных газов, работы заводов и предприятий, неравномерной концентрации зеленых и закатанных в бетон и цемент участков, а также промышленных и рекреационных зон.

Другое проявление различий в составе воздуха в разных местах хорошо знакомо альпинистам. Связано оно с тем, что молекулы кислорода имеют большую массу, а потому с высотой его концентрация в воздухе уменьшается. Следовательно, в высокогорных районах кислорода в воздухе содержится намного меньше, чем на равнине или в низине. Концентрация азота в воздухе при этом становится с высотой выше за счет уменьшения концентрации кислорода, так как этот газ имеет меньшую молярную массу, чем молярная масса кислорода. Именно поэтому покорителям горных вершин приходится таскать на себе кислородные баллоны, а у впервые попавшего в горную местность человека может закружиться голова.

Также оказывает влияние на концентрацию газов в воздухе водяной пар. Доля его содержания в воздухе зависит от влажности, температуры, климата, времени года и некоторых других условий. Доля его обычно не слишком значительна, однако может достигать в отдельных местностях нескольких процентов.

Каким образом можно найти массу большего количества воздуха?

Зная молярную массу воздуха, можно рассчитать, сколько весит больший объем воздуха. Для этого необходимо знать количество воздуха.

Масса воздуха рассчитывается путем умножения количества воздуха на его молярную массу. Если записать это утверждение в виде формулы, схема расчетов будет выглядеть следующим образом: m = V × M. В этой формуле m обозначает массу воздуха, V — количество воздуха в молях, а M — молярную массу воздуха.

Источник

Вес воздуха

Вес воздуха: опыты

Древние греки и римляне создали насосы, фонтаны, акведуки более двух тысяч лет назад, только они не знали, что воздуха, как всякие тела, обладает весом. Доказать это удалось только в 17 веке. Галилей провел ряд опытов: он накачивал сосуды воздухом и опускал их в жидкость, затем делал тоже самое с сосудами, из которых воздух перед этим выкачивался. Он увидел, что в первом случае сосуд погружался на большую глубину, что и доказало наличие у воздуха веса.

Рис. 1. Опыт Галилея.

Под весом в этом случае разумеют не массу, а силу, измеряемую в Ньютонах. Она равна произведению массы на ускорение свободного падения. Галилей также рассчитал, что удельный вес воздуха (вес, деленный на объем) относится к удельному весу воды как 1:400.

Затем Торричелли, ученик Галилея, сконструировал первый в истории барометр, прибор, измеряющий давление атмосферы, и установил, что столб ртути высотой 760 мм давит с той же силой, что и толща воздуха над поверхностью планеты.

Рис. 2. Опыт Торричели.

Удельный вес

Становление молекулярной физики позволило с большой точностью рассчитать плотность воздуха. Для это необходимо воспользоваться уравнением Менделеева-Клайпейрона для идеального газа:

Тогда, разделив выражение на V, выразим из него плотность:

При нулевой влажности и стандартных температуре и давлении плотность воздуха равна:

С повышением влажности ввиду того, что плотность воды меньше (1000 кг\м 3 ), плотность воздуха уменьшается. Также оказывает влияние температура воздуха. С ее увеличением кинетическая энергия молекул воздуха увеличивается, из-за чего расстояние между ними увеличивается. Воздух становится более разреженным. Тоже самое происходит, когда уменьшается давление. Внешнее воздействие в меньшей степени мешает молекулам удалятся друг от друга, а значит воздух вновь разрежается.

Рис. 3. Графики зависимость плотности от температуры, давления и влажности.

Чтобы определить удельный вес, необходимо полученное значение плотности умножить на ускорение свободного падения. В зависимости от выбранной системы единиц значения удельного веса и удельной плотности могут быть как различными, так и одинаковыми (например, плотность в СИ совпадает со значением удельного веса в МКГСС). В современной науке чаще всего оперируют понятие плотности, нежели понятием удельного веса.

Что мы узнали?

В ходе урока было рассмотрено становление представлений о воздухе, коротко описаны опыты, доказывающие наличие у воздуха веса и давления, а также приведены формулы для расчета его плотности. В завершении урока более подробно разобраны различия между понятиями удельного веса и плотности.

Источник