Jaka jest gęstość powietrza i jaka jest ona w normalnych warunkach? Gęstość i objętość właściwa wilgotnego powietrza Gęstość powietrza w zależności od temperatury.
Wielu może zdziwić fakt, że powietrze ma pewną niezerową masę. Dokładna wartość Waga ta nie jest tak łatwa do ustalenia, ponieważ duży wpływ na nią mają takie czynniki, jak skład chemiczny, wilgotność, temperaturę i ciśnienie. Przyjrzyjmy się bliżej pytaniu, ile waży powietrze.
Czym jest powietrze
Zanim odpowiemy na pytanie, ile waży powietrze, należy zrozumieć, czym jest ta substancja. Powietrze to otoczka gazowa istniejąca wokół naszej planety, będąca jednorodną mieszaniną różnych gazów. Powietrze zawiera następujące gazy:
- azot (78,08%);
- tlen (20,94%);
- argon (0,93%);
- para wodna (0,40%);
- dwutlenek węgla (0,035%).
Oprócz gazów wymienionych powyżej, w powietrzu w minimalnych ilościach występują także neon (0,0018%), hel (0,0005%), metan (0,00017%), krypton (0,00014%), wodór (0,00005%)), amoniak ( 0,0003%).
Co ciekawe, składniki te można rozdzielić poprzez kondensację powietrza, czyli wprowadzenie go w stan ciekły poprzez zwiększenie ciśnienia i obniżenie temperatury. Ponieważ każdy składnik powietrza ma swoją własną temperaturę skraplania, w ten sposób można odizolować wszystkie składniki od powietrza, co jest stosowane w praktyce.
Masa powietrza i czynniki na nią wpływające
Co stoi na przeszkodzie, aby odpowiedzieć dokładnie na pytanie, ile waży metr sześcienny powietrza? Oczywiście istnieje wiele czynników, które mogą znacząco wpłynąć na tę wagę.
Po pierwsze, jest to skład chemiczny. Powyższe dane dotyczą składu czystego powietrza, jednak obecnie powietrze to w wielu miejscach na planecie jest silnie zanieczyszczone, w związku z czym jego skład będzie inny. Dlatego w pobliżu dużych miast powietrze zawiera więcej dwutlenku węgla, amoniaku i metanu niż powietrze na obszarach wiejskich.
Po drugie, wilgotność, czyli ilość pary wodnej zawartej w atmosferze. Im bardziej wilgotne powietrze, tym mniej waży, przy pozostałych czynnikach niezmiennych.
Po trzecie temperatura. Jest to jeden z ważnych czynników, im niższa jego wartość, tym większa gęstość powietrza i odpowiednio większa jego waga.
Po czwarte, ciśnienie atmosferyczne, które bezpośrednio odzwierciedla liczbę cząsteczek powietrza w określonej objętości, czyli jego wagę.
Aby zrozumieć, jak kombinacja tych czynników wpływa na masę powietrza, podamy prosty przykład: masa jednego metra sześciennego suchego powietrza o temperaturze 25 ° C, znajdującego się blisko powierzchni ziemi, wynosi 1,205 kg, jeśli rozważamy podobną objętość powietrza w pobliżu powierzchni morza w temperaturze 0 ° C, wtedy jego masa będzie już równa 1,293 kg, czyli wzrośnie o 7,3%.
Zmiana gęstości powietrza wraz z wysokością
Wraz ze wzrostem wysokości ciśnienie powietrza spada, a jego gęstość i masa odpowiednio maleją. Powietrze atmosferyczne pod ciśnieniem obserwowanym na Ziemi można w pierwszym przybliżeniu uznać za gaz doskonały. Oznacza to, że ciśnienie i gęstość powietrza są ze sobą matematycznie powiązane poprzez równanie stanu gazu doskonałego: P = ρ*R*T/M, gdzie P to ciśnienie, ρ to gęstość, T to temperatura w kelwinach, M to masa cząsteczkowa powietrze, R jest uniwersalną stałą gazową.
Z powyższego wzoru można otrzymać wzór na zależność gęstości powietrza od wysokości, biorąc pod uwagę, że ciśnienie zmienia się zgodnie z prawem P = P 0 +ρ*g*h, gdzie P 0 jest ciśnieniem na powierzchni Ziemi, g jest przyspieszeniem swobodny spadek, h - wysokość. Podstawiając ten wzór na ciśnienie do poprzedniego wyrażenia i wyrażając gęstość, otrzymujemy: ρ(h) = P 0 *M/(R*T(h)+g(h)*M*h). Za pomocą tego wyrażenia można określić gęstość powietrza na dowolnej wysokości. W związku z tym ciężar powietrza (właściwiej byłoby powiedzieć masę) określa się wzorem m(h) = ρ(h)*V, gdzie V jest podaną objętością.
W wyrażeniu na zależność gęstości od wysokości można zauważyć, że temperatura i przyspieszenie grawitacyjne również zależą od wysokości. Ostatnią zależność można pominąć, jeśli mówimy o wysokościach nie większych niż 1-2 km. Jeśli chodzi o temperaturę, jej zależność od wysokości dobrze opisuje następujące wyrażenie empiryczne: T(h) = T 0 -0,65*h, gdzie T 0 jest temperaturą powietrza w pobliżu powierzchni ziemi.
Aby nie obliczać stale gęstości dla każdej wysokości, poniżej podajemy tabelę zależności głównych cech powietrza od wysokości (do 10 km).
Które powietrze jest najcięższe
Biorąc pod uwagę główne czynniki decydujące o odpowiedzi na pytanie, ile waży powietrze, można zrozumieć, które powietrze będzie najcięższe. Krótko mówiąc, zimne powietrze zawsze waży więcej niż ciepłe, ponieważ to drugie ma mniejszą gęstość, a suche powietrze waży więcej niż wilgotne. To ostatnie stwierdzenie jest łatwe do zrozumienia, ponieważ wynosi 29 g/mol, a masa molowa cząsteczki wody wynosi 18 g/mol, czyli 1,6 razy mniej.
Wyznaczanie ciężaru powietrza w zadanych warunkach
Rozwiążmy teraz konkretny problem. Odpowiedzmy na pytanie, ile waży powietrze, zajmując objętość 150 litrów, w temperaturze 288 K. Weźmy pod uwagę, że 1 litr to tysięczna część metra sześciennego, czyli 1 litr = 0,001 m 3. Jeśli chodzi o temperaturę 288 K, odpowiada ona 15 ° C, czyli jest typowa dla wielu obszarów naszej planety. Następnie musisz określić gęstość powietrza. Możesz to zrobić na dwa sposoby:
- Oblicz korzystając z powyższego wzoru dla wysokości 0 metrów nad poziomem morza. W tym przypadku uzyskana wartość wynosi ρ = 1,227 kg/m 3
- Spójrz na powyższą tabelę, która została zbudowana w oparciu o T 0 = 288,15 K. W tabeli znajduje się wartość ρ = 1,225 kg/m 3.
Mamy zatem dwie liczby, które dobrze się ze sobą zgadzają. Niewielka różnica wynika z błędu w określeniu temperatury wynoszącego 0,15 K, a także z faktu, że powietrze nadal nie jest gazem idealnym, ale gazem rzeczywistym. Dlatego do dalszych obliczeń przyjmiemy średnią z dwóch uzyskanych wartości, czyli ρ = 1,226 kg/m 3.
Teraz, korzystając ze wzoru na zależność masy, gęstości i objętości, otrzymujemy: m = ρ*V = 1,226 kg/m 3 * 0,150 m 3 = 0,1839 kg lub 183,9 grama.
Możesz także odpowiedzieć, ile waży litr powietrza w danych warunkach: m = 1,226 kg/m3 * 0,001 m3 = 0,001226 kg, czyli około 1,2 grama.
Dlaczego nie czujemy napierającego na nas powietrza?
Ile waży 1 m3 powietrza? Trochę ponad 1 kilogram. Cały stół atmosferyczny naszej planety wywiera nacisk na osobę o wadze 200 kg! Jest to dość duża masa powietrza, która może sprawić wiele kłopotów osobie. Dlaczego tego nie czujemy? Wyjaśnia to dwa powody: po pierwsze, w samej osobie istnieje również ciśnienie wewnętrzne, które przeciwdziała zewnętrznemu ciśnieniu atmosferycznemu, a po drugie, powietrze, będąc gazem, wywiera ciśnienie we wszystkich kierunkach jednakowo, to znaczy ciśnienia we wszystkich kierunkach równoważą się Inny.
Powietrze jest wielkością nieuchwytną, nie można go dotknąć ani powąchać, jest wszędzie, ale dla człowieka jest niewidoczne, nie jest łatwo dowiedzieć się, ile powietrze waży, ale jest to możliwe. Jeśli powierzchnię Ziemi, jak w zabawie dla dzieci, rozciągniemy na małe kwadraty o wymiarach 1x1 cm, wówczas waga każdego z nich będzie równa 1 kg, to znaczy 1 cm2 atmosfery zawiera 1 kg powietrza.
Czy można to udowodnić? Całkiem. Jeśli zbudujesz skalę ze zwykłego ołówka i dwóch balony po przymocowaniu konstrukcji do nici ołówek będzie w równowadze, ponieważ waga dwóch napompowanych kulek jest taka sama. Po przekłuciu jednego z balonów przewaga będzie w kierunku nadmuchanego balonu, gdyż z uszkodzonego balonu uciekło powietrze. Zatem proste doświadczenie fizyczne dowodzi, że powietrze ma określoną wagę. Jeśli jednak zważymy powietrze na płaskiej powierzchni i w górach, jego masa okaże się inna - powietrze górskie jest znacznie lżejsze niż to, którym oddychamy w pobliżu morza. Powody różne wagi Niektóre:
Masa 1 m 3 powietrza wynosi 1,29 kg.
- im wyżej wznosi się powietrze, tym staje się ono bardziej rozrzedzone, to znaczy wysoko w górach ciśnienie powietrza nie będzie wynosić 1 kg na cm 2, ale o połowę mniej, ale zawartość tlenu niezbędnego do oddychania również spadnie dokładnie o połowę , które mogą powodować zawroty głowy, nudności i ból ucha;
- zawartość wody w powietrzu.
Mieszanka powietrza zawiera:
1.Azot – 75,5%;
2. Tlen – 23,15%;
3. Argon – 1,292%;
4. Dwutlenek węgla – 0,046%;
5. Neon – 0,0014%;
6. Metan – 0,000084%;
7. Hel – 0,000073%;
8. Krypton – 0,003%;
9. Wodór – 0,00008%;
10. Ksenon – 0,00004%.
Ilość składników w powietrzu może się zmieniać i w związku z tym masa powietrza również ulega zmianom w kierunku wzrostu lub spadku.
- powietrze zawsze zawiera parę wodną. Prawo fizyczne mówi, że im wyższa temperatura powietrza, tym więcej wody zawiera. Wskaźnik ten nazywa się wilgotnością powietrza i wpływa na jego wagę.
W jakim ciężarze mierzy się powietrze? Istnieje kilka wskaźników określających jego masę.
Ile waży sześcian powietrza?
W temperaturze 0°C masa 1 m 3 powietrza wynosi 1,29 kg. Oznacza to, że jeśli mentalnie przydzielisz przestrzeń w pomieszczeniu o wysokości, szerokości i długości równej 1 m, wówczas ta kostka powietrza będzie zawierać dokładnie tę ilość powietrza.
Jeśli powietrze ma ciężar i ciężar, który jest dość zauważalny, dlaczego dana osoba nie odczuwa ciężkości? Ten zjawisko fizyczne, podobnie jak ciśnienie atmosferyczne, oznacza, że na każdego mieszkańca planety naciska słup powietrza o masie 250 kg. Średnia powierzchnia dłoni osoby dorosłej wynosi 77 cm2. Czyli zgodnie z prawa fizyczne, każdy z nas trzyma w dłoni 77 kg powietrza! Jest to równoznaczne z faktem, że w każdej ręce stale nosimy 5-funtowe ciężarki. W prawdziwe życie Nawet sztangista nie jest w stanie tego zrobić, jednak każdy z nas bez problemu poradzi sobie z takim obciążeniem, ponieważ ciśnienie atmosferyczne naciska z obu stron, zarówno na zewnątrz ciała człowieka, jak i od wewnątrz, czyli różnica ostatecznie wynosi zero.
Właściwości powietrza są takie, że różnie oddziałuje ono na organizm człowieka. Wysoko w górach, z powodu braku tlenu, ludzie doświadczają halucynacji wzrokowych i Wielka głębia, połączenie tlenu i azotu w specjalnej mieszance - „gaz rozweselający” może wywołać uczucie euforii i uczucie nieważkości.
Znając te wielkości fizyczne, możemy obliczyć masę atmosfery ziemskiej – ilość powietrza utrzymywaną w przestrzeni blisko Ziemi przez siły grawitacyjne. Górna granica atmosfery kończy się na wysokości 118 km, czyli znając masę m 3 powietrza, można całą powierzchnię podzielić na słupy powietrza o podstawie 1x1 m i otrzymaną masę zsumować takich kolumn. Docelowo będzie wynosić 5,3*10 do piętnastej potęgi ton. Ciężar pancerza powietrznego planety jest dość duży, ale stanowi tylko jedną milionową całkowitej masy glob. Atmosfera ziemska służy jako swego rodzaju bufor chroniący Ziemię przed nieprzyjemnymi kosmicznymi niespodziankami. Z samych burz słonecznych, które docierają do powierzchni planety, atmosfera traci rocznie nawet 100 tysięcy ton swojej masy! Taką niewidzialną i niezawodną tarczą jest powietrze.
Ile waży litr powietrza?
Osoba nie zauważa, że jest stale otoczona przezroczystym i prawie niewidocznym powietrzem. Czy można zobaczyć ten nieuchwytny element atmosfery? Wizualnie ruch mas powietrza jest codziennie transmitowany na ekranie telewizora - ciepły lub zimny front przynosi długo oczekiwane ocieplenie lub obfite opady śniegu.
Co jeszcze wiemy o powietrzu? Prawdopodobnie fakt, że jest to niezbędne dla wszystkich żywych istot żyjących na planecie. Człowiek wdycha i wydycha dziennie około 20 kg powietrza, z czego jedną czwartą pochłania mózg.
Ciężar powietrza można mierzyć na różne sposoby wielkości fizyczne, w tym w litrach. Masa jednego litra powietrza będzie równa 1,2930 grama przy ciśnieniu 760 mm Hg. kolumnie i temperaturze 0°C. Oprócz zwykłego stanu gazowego powietrze występuje również w postaci ciekłej. Aby substancja przeszła w ten stan skupienia, będzie wymagać wystawienia na ogromne ciśnienie i to bardzo niskie temperatury. Astronomowie sugerują, że istnieją planety, których powierzchnie są całkowicie pokryte ciekłym powietrzem.
Źródłem tlenu niezbędnego do życia człowieka są lasy amazońskie, które produkują aż 20% tego ważnego pierwiastka na całej planecie.
Lasy to prawdziwe „zielone” płuca planety, bez których egzystencja człowieka jest po prostu niemożliwa. Dlatego żywi rośliny doniczkowe w mieszkaniu nie są tylko meblem, oczyszczają powietrze w pomieszczeniu, którego zanieczyszczenie jest dziesiątki razy większe niż na zewnątrz.
Czyste powietrze od dawna jest niedoborem w megamiastach; zanieczyszczenie powietrza jest tak duże, że ludzie są gotowi kupować czyste powietrze. „Sprzedawcy lotniczy” po raz pierwszy pojawili się w Japonii. Produkowali i sprzedawali czyste powietrze w puszkach, a każdy mieszkaniec Tokio mógł otworzyć puszkę czystego powietrza do obiadu i cieszyć się jego najświeższym aromatem.
Czystość powietrza ma istotny wpływ nie tylko na zdrowie ludzi, ale także na zdrowie zwierząt. W zanieczyszczonych obszarach wód równikowych, w pobliżu zamieszkany przez ludzi Delfiny giną w kilkudziesięciu miejscach. Przyczyną śmierci ssaków jest zanieczyszczona atmosfera, podczas sekcji zwłok zwierząt płuca delfinów przypominają płuca górników, zatkane pyłem węglowym. Mieszkańcy Antarktydy, pingwiny, są również bardzo wrażliwi na zanieczyszczenia powietrza, jeśli w nim się znajdują duża liczba szkodliwe zanieczyszczenia, zaczynają ciężko i nieregularnie oddychać.
Dla człowieka bardzo ważne jest także czyste powietrze, dlatego po pracy w biurze lekarze zalecają codzienne godzinne spacery po parku, lesie czy za miastem. Po takiej „powietrznej” terapii następuje przywrócenie witalności organizmu i znaczna poprawa samopoczucia. Przepis na ten darmowy i skuteczny lek znane od czasów starożytnych, wielu naukowców i władców uważało codzienne spacery na świeżym powietrzu za obowiązkowy rytuał.
Dla współczesnego mieszkańca miasta oczyszczanie powietrzem jest bardzo istotne: niewielka porcja życiodajnego powietrza o wadze 1-2 kg jest panaceum na wiele współczesnych dolegliwości!
Główny właściwości fizyczne powietrze: gęstość powietrza, jego lepkość dynamiczna i kinematyczna, ciepło właściwe, przewodność cieplna, dyfuzyjność cieplna, liczba Prandtla i entropia. Właściwości powietrza podano w tablicach w zależności od temperatury przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym.
Gęstość powietrza w zależności od temperatury
Przedstawiono szczegółową tabelę wartości gęstości suchego powietrza w różnych temperaturach i normalnym ciśnieniu atmosferycznym. Jaka jest gęstość powietrza? Gęstość powietrza można wyznaczyć analitycznie, dzieląc jego masę przez zajmowaną przez nie objętość. w danych warunkach (ciśnienie, temperatura i wilgotność). Jego gęstość można również obliczyć korzystając ze wzoru na równanie stanu gazu doskonałego. Aby to zrobić, musisz znać ciśnienie bezwzględne i temperaturę powietrza, a także jego stałą gazową i objętość molową. To równanie pozwala obliczyć gęstość suchego powietrza.
Na praktyce dowiedzieć się, jaka jest gęstość powietrza w różnych temperaturach, wygodnie jest korzystać z gotowych tabel. Przykładowo poniższa tabela przedstawia gęstość powietrza atmosferycznego w zależności od jego temperatury. Gęstość powietrza w tabeli wyrażona jest w kilogramach na metr sześcienny i podana jest w zakresie temperatur od minus 50 do 1200 stopni Celsjusza przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym (101325 Pa).
| t, °С | ρ, kg/m 3 | t, °С | ρ, kg/m 3 | t, °С | ρ, kg/m 3 | t, °С | ρ, kg/m 3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1,584 | 20 | 1,205 | 150 | 0,835 | 600 | 0,404 |
| -45 | 1,549 | 30 | 1,165 | 160 | 0,815 | 650 | 0,383 |
| -40 | 1,515 | 40 | 1,128 | 170 | 0,797 | 700 | 0,362 |
| -35 | 1,484 | 50 | 1,093 | 180 | 0,779 | 750 | 0,346 |
| -30 | 1,453 | 60 | 1,06 | 190 | 0,763 | 800 | 0,329 |
| -25 | 1,424 | 70 | 1,029 | 200 | 0,746 | 850 | 0,315 |
| -20 | 1,395 | 80 | 1 | 250 | 0,674 | 900 | 0,301 |
| -15 | 1,369 | 90 | 0,972 | 300 | 0,615 | 950 | 0,289 |
| -10 | 1,342 | 100 | 0,946 | 350 | 0,566 | 1000 | 0,277 |
| -5 | 1,318 | 110 | 0,922 | 400 | 0,524 | 1050 | 0,267 |
| 0 | 1,293 | 120 | 0,898 | 450 | 0,49 | 1100 | 0,257 |
| 10 | 1,247 | 130 | 0,876 | 500 | 0,456 | 1150 | 0,248 |
| 15 | 1,226 | 140 | 0,854 | 550 | 0,43 | 1200 | 0,239 |
W temperaturze 25°C powietrze ma gęstość 1,185 kg/m3. Po podgrzaniu gęstość powietrza maleje - powietrze rozszerza się (zwiększa się jego objętość właściwa). Wraz ze wzrostem temperatury np. do 1200°C osiąga się bardzo niską gęstość powietrza, wynoszącą 0,239 kg/m 3, czyli 5 razy mniej niż jej wartość w temperaturze pokojowej. Ogólnie rzecz biorąc, redukcja podczas ogrzewania umożliwia zajście procesu takiego jak konwekcja naturalna i jest stosowana na przykład w lotnictwie.
Jeżeli porównamy gęstość powietrza względem , to powietrze jest o trzy rzędy wielkości lżejsze – w temperaturze 4°C gęstość wody wynosi 1000 kg/m3, a gęstość powietrza 1,27 kg/m3. Należy również zwrócić uwagę na wartość gęstości powietrza w normalnych warunkach. Warunki normalne dla gazów to takie, w których ich temperatura wynosi 0°C, a ciśnienie jest równe normalnemu ciśnieniu atmosferycznemu. Zatem, zgodnie z tabelą, gęstość powietrza w normalnych warunkach (w NL) wynosi 1,293 kg/m 3.
Lepkość dynamiczna i kinematyczna powietrza w różnych temperaturach
Wykonując obliczenia termiczne, należy znać wartość lepkości powietrza (współczynnika lepkości) w różnych temperaturach. Wartość ta jest wymagana do obliczenia liczb Reynoldsa, Grashofa i Rayleigha, których wartości określają reżim przepływu tego gazu. Tabela pokazuje wartości współczynników dynamicznych μ i kinematyczny ν lepkość powietrza w zakresie temperatur od -50 do 1200°C pod ciśnieniem atmosferycznym.
Współczynnik lepkości powietrza znacznie wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Przykładowo lepkość kinematyczna powietrza wynosi 15,06 10 -6 m 2 /s w temperaturze 20°C, a wraz ze wzrostem temperatury do 1200°C lepkość powietrza staje się równa 233,7 10 -6 m 2 /s, czyli wzrasta 15,5 razy! Lepkość dynamiczna powietrza w temperaturze 20°C wynosi 18,1·10 -6 Pa·s.
Gdy powietrze jest podgrzewane, wzrastają zarówno wartości lepkości kinematycznej, jak i dynamicznej. Te dwie wielkości powiązane są ze sobą poprzez gęstość powietrza, której wartość maleje w miarę ogrzewania tego gazu. Wzrost lepkości kinematycznej i dynamicznej powietrza (i innych gazów) po ogrzaniu wiąże się z intensywniejszymi drganiami cząsteczek powietrza wokół ich stanu równowagi (wg MKT).
| t, °С | μ·10 6 , Pa·s | ν·10 6, m 2 /s | t, °С | μ·10 6 , Pa·s | ν·10 6, m 2 /s | t, °С | μ·10 6 , Pa·s | ν·10 6, m 2 /s |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 14,6 | 9,23 | 70 | 20,6 | 20,02 | 350 | 31,4 | 55,46 |
| -45 | 14,9 | 9,64 | 80 | 21,1 | 21,09 | 400 | 33 | 63,09 |
| -40 | 15,2 | 10,04 | 90 | 21,5 | 22,1 | 450 | 34,6 | 69,28 |
| -35 | 15,5 | 10,42 | 100 | 21,9 | 23,13 | 500 | 36,2 | 79,38 |
| -30 | 15,7 | 10,8 | 110 | 22,4 | 24,3 | 550 | 37,7 | 88,14 |
| -25 | 16 | 11,21 | 120 | 22,8 | 25,45 | 600 | 39,1 | 96,89 |
| -20 | 16,2 | 11,61 | 130 | 23,3 | 26,63 | 650 | 40,5 | 106,15 |
| -15 | 16,5 | 12,02 | 140 | 23,7 | 27,8 | 700 | 41,8 | 115,4 |
| -10 | 16,7 | 12,43 | 150 | 24,1 | 28,95 | 750 | 43,1 | 125,1 |
| -5 | 17 | 12,86 | 160 | 24,5 | 30,09 | 800 | 44,3 | 134,8 |
| 0 | 17,2 | 13,28 | 170 | 24,9 | 31,29 | 850 | 45,5 | 145 |
| 10 | 17,6 | 14,16 | 180 | 25,3 | 32,49 | 900 | 46,7 | 155,1 |
| 15 | 17,9 | 14,61 | 190 | 25,7 | 33,67 | 950 | 47,9 | 166,1 |
| 20 | 18,1 | 15,06 | 200 | 26 | 34,85 | 1000 | 49 | 177,1 |
| 30 | 18,6 | 16 | 225 | 26,7 | 37,73 | 1050 | 50,1 | 188,2 |
| 40 | 19,1 | 16,96 | 250 | 27,4 | 40,61 | 1100 | 51,2 | 199,3 |
| 50 | 19,6 | 17,95 | 300 | 29,7 | 48,33 | 1150 | 52,4 | 216,5 |
| 60 | 20,1 | 18,97 | 325 | 30,6 | 51,9 | 1200 | 53,5 | 233,7 |
Uwaga: bądź ostrożny! Lepkość powietrza podaje się do potęgi 10 6 .
Ciepło właściwe powietrza w temperaturach od -50 do 1200°C
Zaprezentowano tabelę pojemności cieplnej właściwej powietrza w różnych temperaturach. Pojemność cieplna w tabeli podana jest przy stałym ciśnieniu (izobaryczna pojemność cieplna powietrza) w zakresie temperatur od minus 50 do 1200°C dla powietrza w stanie suchym. Jakie jest ciepło właściwe powietrza? Ciepło właściwe określa ilość ciepła, jaką należy dostarczyć kilogramowi powietrza pod stałym ciśnieniem, aby jego temperatura wzrosła o 1 stopień. Przykładowo, aby w temperaturze 20°C ogrzać 1 kg tego gazu o 1°C w procesie izobarycznym, potrzeba 1005 J ciepła.
Ciepło właściwe powietrza wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Zależność masowej pojemności cieplnej powietrza od temperatury nie jest jednak liniowa. W zakresie od -50 do 120°C jego wartość praktycznie się nie zmienia – w tych warunkach średnia pojemność cieplna powietrza wynosi 1010 J/(kg·stopień). Z tabeli widać, że temperatura zaczyna mieć znaczący wpływ od wartości 130°C. Jednak temperatura powietrza wpływa na jego pojemność cieplną właściwą w znacznie mniejszym stopniu niż na lepkość. Zatem po podgrzaniu od 0 do 1200°C pojemność cieplna powietrza wzrasta tylko 1,2 razy – od 1005 do 1210 J/(kg·stopień).
Należy zauważyć, że pojemność cieplna wilgotnego powietrza jest większa niż powietrza suchego. Jeśli porównamy powietrze, oczywiste jest, że woda ma większą wartość, a zawartość wody w powietrzu powoduje wzrost ciepła właściwego.
| t, °С | C p, J/(kg stopnie) | t, °С | C p, J/(kg stopnie) | t, °С | C p, J/(kg stopnie) | t, °С | C p, J/(kg stopnie) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1013 | 20 | 1005 | 150 | 1015 | 600 | 1114 |
| -45 | 1013 | 30 | 1005 | 160 | 1017 | 650 | 1125 |
| -40 | 1013 | 40 | 1005 | 170 | 1020 | 700 | 1135 |
| -35 | 1013 | 50 | 1005 | 180 | 1022 | 750 | 1146 |
| -30 | 1013 | 60 | 1005 | 190 | 1024 | 800 | 1156 |
| -25 | 1011 | 70 | 1009 | 200 | 1026 | 850 | 1164 |
| -20 | 1009 | 80 | 1009 | 250 | 1037 | 900 | 1172 |
| -15 | 1009 | 90 | 1009 | 300 | 1047 | 950 | 1179 |
| -10 | 1009 | 100 | 1009 | 350 | 1058 | 1000 | 1185 |
| -5 | 1007 | 110 | 1009 | 400 | 1068 | 1050 | 1191 |
| 0 | 1005 | 120 | 1009 | 450 | 1081 | 1100 | 1197 |
| 10 | 1005 | 130 | 1011 | 500 | 1093 | 1150 | 1204 |
| 15 | 1005 | 140 | 1013 | 550 | 1104 | 1200 | 1210 |
Przewodność cieplna, dyfuzyjność cieplna, liczba Prandtla powietrza
W tabeli przedstawiono takie właściwości fizyczne powietrza atmosferycznego, jak przewodność cieplna, dyfuzyjność cieplna oraz jej liczba Prandtla w zależności od temperatury. Właściwości termofizyczne powietrza podawane są w zakresie od -50 do 1200°C dla powietrza suchego. Z tabeli widać, że wskazane właściwości powietrza zależą w istotny sposób od temperatury, przy czym zależność temperaturowa rozpatrywanych właściwości tego gazu jest odmienna.
DEFINICJA
Powietrze atmosferyczne jest mieszaniną wielu gazów. Powietrze ma złożony skład. Jego główne składniki można podzielić na trzy grupy: stałe, zmienne i losowe. Do tych pierwszych zalicza się tlen (zawartość tlenu w powietrzu wynosi ok. 21% obj.), azot (ok. 86%) oraz tzw. gazy obojętne (ok. 1%).
Treść składniki praktycznie nie zależy od tego, gdzie na świecie pobierana jest próbka suchego powietrza. Do drugiej grupy zalicza się dwutlenek węgla (0,02 – 0,04%) i parę wodną (do 3%). Zawartość składników przypadkowych zależy od warunków lokalnych: w pobliżu zakładów metalurgicznych często do powietrza dodawane są zauważalne ilości dwutlenku siarki, w miejscach rozkładu pozostałości organicznych – amoniaku itp. Oprócz różnych gazów powietrze zawsze zawiera mniej lub więcej pyłu.
Gęstość powietrza to wartość równa masie gazu w atmosferze ziemskiej podzielonej przez jednostkę objętości. Zależy to od ciśnienia, temperatury i wilgotności. Istnieje standardowa wartość gęstości powietrza - 1,225 kg/m 3, odpowiadająca gęstości suchego powietrza w temperaturze 15 o C i ciśnieniu 101330 Pa.
Znając z doświadczenia masę litra powietrza w normalnych warunkach (1,293 g), możemy obliczyć masę cząsteczkową, jaką miałoby powietrze, gdyby było pojedynczym gazem. Ponieważ gram cząsteczka dowolnego gazu zajmuje w normalnych warunkach objętość 22,4 litra, średnia masa cząsteczkowa powietrza jest równa
22,4 × 1,293 = 29.
Należy zapamiętać tę liczbę - 29: znając ją, łatwo jest obliczyć gęstość dowolnego gazu w stosunku do powietrza.
Gęstość ciekłego powietrza
Po wystarczającym ochłodzeniu powietrze przechodzi w stan ciekły. Ciekłe powietrze można przechowywać dość długo w naczyniach o podwójnych ściankach, z przestrzeni pomiędzy którymi jest wypompowywane powietrze w celu ograniczenia wymiany ciepła. Podobne naczynia stosuje się na przykład w termosach.
Ciekłe powietrze, które w normalnych warunkach swobodnie paruje, ma temperaturę około (-190 o C). Jego skład nie jest stały, ponieważ azot odparowuje łatwiej niż tlen. W miarę usuwania azotu kolor ciekłego powietrza zmienia się z niebieskawego na bladoniebieski (kolor ciekłego tlenu).
W ciekłym powietrzu alkohol etylowy, eter dietylowy i wiele gazów łatwo zamienia się w ciała stałe. Jeśli na przykład dwutlenek węgla przepuści się przez ciekłe powietrze, zamienia się on w białe płatki o podobnym wyglądzie. wygląd na śnieg. Rtęć zanurzona w ciekłym powietrzu staje się twarda i plastyczna.
Wiele substancji chłodzonych ciekłym powietrzem radykalnie zmienia swoje właściwości. W ten sposób szczelina i cyna stają się tak kruche, że łatwo zamieniają się w proszek, ołowiany dzwonek wydaje wyraźny dźwięk, a zamarznięta gumowa kulka rozbija się, jeśli upadnie na podłogę.
Przykłady rozwiązywania problemów
PRZYKŁAD 1
PRZYKŁAD 2
| Ćwiczenia | Określ, ile razy cięższy od powietrza jest siarkowodór H 2 S. |
| Rozwiązanie | Stosunek masy danego gazu do masy innego gazu w tej samej objętości, w tej samej temperaturze i pod tym samym ciśnieniem nazywa się gęstością względną pierwszego gazu do drugiego. Wartość ta pokazuje, ile razy pierwszy gaz jest cięższy lub lżejszy od drugiego gazu. Przyjmuje się, że względna masa cząsteczkowa powietrza wynosi 29 (biorąc pod uwagę zawartość azotu, tlenu i innych gazów w powietrzu). Należy zauważyć, że pojęcie „względnej masy cząsteczkowej powietrza” jest stosowane warunkowo, ponieważ powietrze jest mieszaniną gazów. D powietrze (H 2 S) = M r (H 2 S) / M r (powietrze); D powietrze (H 2 S) = 34 / 29 = 1,17. M r (H 2 S) = 2 × ZA r (H) + ZA r (S) = 2 × 1 + 32 = 2 + 32 = 34. |
| Odpowiedź | Siarkowodór H 2 S jest 1,17 razy cięższy od powietrza. |
Jest to masa (waga) 1 metra sześciennego mieszaniny powietrza i pary wodnej w określonej temperaturze i wilgotności względnej. Objętość właściwa to objętość powietrza i pary wodnej przypadająca na 1 kg suchego powietrza.
Wilgotność i ciepło
Nazywa się masę suchego powietrza w gramach na jednostkę masy (1 kg) w ich całkowitej objętości zawartość wilgoci w powietrzu. Otrzymuje się go dzieląc gęstość pary wodnej zawartej w powietrzu, wyrażoną w gramach, przez gęstość suchego powietrza w kilogramach.Aby określić zużycie ciepła dla wilgoci, musisz znać wartość zawartość ciepła w wilgotnym powietrzu. Wartość tę rozumie się jako wartość zawartą w mieszaninie powietrza i pary wodnej. Jest liczbowo równy sumie:
