Շատերին կարող է զարմացնել այն փաստը, որ օդն ունի որոշակի ոչ զրոյական քաշ։ Այս քաշի ճշգրիտ արժեքը այնքան էլ հեշտ չէ որոշել, քանի որ դրա վրա մեծ ազդեցություն ունեն այնպիսի գործոններ, ինչպիսիք են քիմիական բաղադրությունը, խոնավությունը, ջերմաստիճանը և ճնշումը: Եկեք մանրամասն նայենք այն հարցին, թե որքան օդ է կշռում:
Ինչ է օդը
Մինչ օդի քաշի մասին հարցին պատասխանելը պետք է հասկանալ, թե ինչ է իրենից ներկայացնում այս նյութը։ Օդը գազային պատյան է, որը գոյություն ունի մեր մոլորակի շուրջը, և որը տարբեր գազերի միատարր խառնուրդ է։ Օդը պարունակում է հետևյալ գազերը՝
- ազոտ (78,08%);
- թթվածին (20,94%);
- արգոն (0,93%);
- ջրային գոլորշի (0,40%);
- ածխածնի երկօքսիդ (0,035%).
Բացի վերը թվարկված գազերից, օդը պարունակում է նաև նվազագույն քանակությամբ նեոն (0,0018%), հելիում (0,0005%), մեթան (0,00017%), կրիպտոն (0,00014%), ջրածին (0,00005%), ամոնիակ (0,0003%).
Հետաքրքիր է նշել, որԴուք կարող եք առանձնացնել այս բաղադրիչները, եթե օդը խտացնեք, այսինքն՝ այն վերածեք հեղուկ վիճակի՝ բարձրացնելով ճնշումը և նվազեցնելով ջերմաստիճանը։ Քանի որ օդի յուրաքանչյուր բաղադրիչ ունի իր խտացման ջերմաստիճանը, այս կերպ հնարավոր է օդից մեկուսացնել բոլոր բաղադրիչները, ինչը գործնականում կիրառվում է։
Օդի քաշը և դրա վրա ազդող գործոնները
Ի՞նչն է խանգարում ձեզ կոնկրետ պատասխանել հարցին, թե որքան է կշռում մեկ խորանարդ մետր օդը: Իհարկե, մի շարք գործոններ, որոնք կարող են մեծապես ազդել այս քաշի վրա:
Նախ, դա քիմիական կազմն է: Վերևում ներկայացված են մաքուր օդի բաղադրության տվյալները, սակայն ներկայումս այս օդը խիստ աղտոտված է մոլորակի շատ վայրերում, համապատասխանաբար, նրա բաղադրությունը տարբեր կլինի։ Այսպիսով, խոշոր քաղաքների մոտ օդը պարունակում է ավելի շատ ածխաթթու գազ, ամոնիակ, մեթան, քան գյուղական բնակավայրերի օդը։
Երկրորդ՝ խոնավությունը, այսինքն՝ մթնոլորտում պարունակվող ջրի գոլորշիների քանակը։ Որքան խոնավ է օդը, այնքան քիչ է այն կշռում, մյուսները հավասար են։
Երրորդ՝ ջերմաստիճան. Սա կարևոր գործոններից մեկն է՝ որքան ցածր է դրա արժեքը, այնքան բարձր է օդի խտությունը և, համապատասխանաբար, ավելի մեծ է նրա քաշը։
Չորրորդ՝ մթնոլորտային ճնշում, որն ուղղակիորեն արտացոլում է որոշակի ծավալում օդի մոլեկուլների քանակը, այսինքն՝ նրա քաշը։
Որպեսզի հասկանանք, թե ինչպես է այս գործոնների համակցությունն ազդում օդի քաշի վրա, բերենք մի պարզ օրինակ՝ մեկ մետր չոր խորանարդ օդի զանգվածը 25 °C ջերմաստիճանում, որը գտնվում է երկրի մակերեսին մոտ,կազմում է 1,205 կգ, բայց եթե դիտարկենք ծովի մակերևույթի մոտ օդի համանման ծավալը 0 °C ջերմաստիճանում, ապա նրա զանգվածն արդեն հավասար կլինի 1,293 կգ-ի, այսինքն՝ կավելանա 7,3%-ով։։
Օդի խտության փոփոխություն բարձրությամբ
Բարձրության բարձրացման հետ օդի ճնշումը նվազում է, համապատասխանաբար նվազում է նրա խտությունը և քաշը։ Մթնոլորտային օդը ճնշման տակ, որը դիտվում է Երկրի վրա, առաջին մոտավորմամբ կարելի է համարել իդեալական գազ: Սա նշանակում է, որ օդի ճնշումը և խտությունը մաթեմատիկորեն կապված են միմյանց հետ իդեալական գազի վիճակի հավասարման միջոցով՝ P=ρRT/M, որտեղ P ճնշումն է, ρ՝ խտությունը, T՝ ջերմաստիճանը կելվիններով, M-ը օդի մոլային զանգվածն է, R-ը գազի համընդհանուր հաստատունն է:
Վերոնշյալ բանաձևից կարող եք ստանալ օդի խտության բարձրությունից կախվածության բանաձևը, հաշվի առնելով, որ ճնշումը փոխվում է P=P0+ρ օրենքի համաձայն: gh, որտեղ P 0 - ճնշում երկրի մակերեսին, g - ազատ անկման արագացում, h - բարձրություն: Ճնշման այս բանաձևը փոխարինելով նախորդ արտահայտությամբ և արտահայտելով խտությունը՝ կստանանք՝ ρ(h)=P0M/(RT(h)+g(h) Մ ժ). Օգտագործելով այս արտահայտությունը, դուք կարող եք որոշել օդի խտությունը ցանկացած բարձրության վրա: Ըստ այդմ, օդի կշիռը (ավելի ճիշտ՝ զանգվածը) որոշվում է m(h)=ρ(h)V բանաձևով, որտեղ V-ը տրված ծավալն է։
Բարձրությունից խտության կախվածության արտահայտության մեջ կարելի է նկատել, որ ազատ անկման ջերմաստիճանը և արագացումը նույնպես կախված են բարձրությունից։ Վերջին կախվածությունը կարելի է անտեսել, եթե խոսքը 1–2 կմ-ից ոչ ավելի բարձրությունների մասին է։ Ինչ վերաբերում է ջերմաստիճանին, ապաբարձրությունից կախվածությունը լավ նկարագրվում է հետևյալ էմպիրիկ արտահայտությամբ. T(h)=T0-0, 65h, որտեղ T0 է. օդի ջերմաստիճանը գետնի մակերևույթի մոտ։
Յուրաքանչյուր բարձրության համար անընդհատ խտությունը չհաշվելու համար ստորև ներկայացված է օդի հիմնական բնութագրերի կախվածության աղյուսակը բարձրությունից (մինչև 10 կմ):
Ո՞ր օդն է ամենածանրը
Հաշվի առնելով հիմնական գործոնները, որոնք որոշում են այն հարցի պատասխանը, թե որքան օդ է կշռում, կարող եք հասկանալ, թե որ օդն է լինելու ամենածանրը: Մի խոսքով, սառը օդը միշտ ավելի շատ է կշռում, քան տաք օդը, քանի որ վերջինիս խտությունն ավելի ցածր է, իսկ չոր օդը ավելի շատ է, քան խոնավ օդը։ Վերջին պնդումը հեշտ է հասկանալ, քանի որ օդի մոլային զանգվածը 29 գ/մոլ է, իսկ ջրի մոլեկուլի մոլային զանգվածը՝ 18 գ/մոլ, այսինքն՝ 1,6 անգամ պակաս։
Օդի քաշի որոշում տվյալ պայմաններում
Հիմա լուծենք կոնկրետ խնդիր։ Պատասխանենք հարցին, թե որքան օդ է կշռում, զբաղեցնելով 150 լիտր ծավալ, 288 Կ ջերմաստիճանում։ Համարենք, որ 1 լիտրը խորանարդ մետրի հազարերորդականն է, այսինքն՝ 1 լիտր=0,001 մ3։. Ինչ վերաբերում է 288 Կ ջերմաստիճանին, ապա այն համապատասխանում է 15°C-ի, այսինքն՝ բնորոշ է մեր մոլորակի շատ շրջանների։ Հաջորդ քայլը օդի խտությունը որոշելն է: Դա անելու երկու եղանակ կա՝
- Հաշվարկեք վերը նշված բանաձևով ծովի մակարդակից 0 մետր բարձրության համար: Այս դեպքում ստացվում է ρ=1,227 կգ/մ արժեքը3
- Նայեք վերը նշված աղյուսակին, որը հիմնված է T0=288,15 K: Աղյուսակը պարունակում է ρ=1,225 կգ/մ 3 արժեքը:.
Այսպիսով, մենք ստացանք երկու թիվ, որոնք լավ համընկնում են միմյանց հետ: Մի փոքր տարբերությունը պայմանավորված է ջերմաստիճանը որոշելիս 0,15 Կ սխալով, ինչպես նաև այն փաստով, որ օդը դեռ իդեալական չէ, այլ իրական գազ: Ուստի հետագա հաշվարկների համար վերցնում ենք ստացված երկու արժեքների միջինը, այսինքն՝ ρ=1, 226 կգ/մ3.
Այժմ, օգտագործելով զանգվածի, խտության և ծավալի միջև կապի բանաձևը, մենք ստանում ենք. m=ρV=1,226 կգ/մ30,150 մ3=0,1839 կգ կամ 183,9 գրամ:
Կարող եք նաև պատասխանել, թե որքան է մեկ լիտր օդը կշռում տվյալ պայմաններում. m=1,226 կգ/մ30,001 մ3=0,001226 կգ կամ մոտավորապես 1,2 գրամ:
Ինչու չենք զգում, որ օդը ճնշում է մեզ
Որքա՞ն է կշռում 1 մ3 օդը: 1 կիլոգրամից մի փոքր ավելի: Մեր մոլորակի ողջ մթնոլորտային աղյուսակը ճնշում է մարդուն իր 200 կգ քաշով։ Սա բավականաչափ մեծ օդի զանգված է, որը կարող է մեծ անհանգստություն պատճառել մարդուն։ Ինչո՞ւ մենք դա չենք զգում: Դա պայմանավորված է երկու պատճառով՝ նախ՝ անձի ներսում կա նաև ներքին ճնշում, որը հակադրվում է արտաքին մթնոլորտային ճնշմանը, և երկրորդ՝ օդը, լինելով գազ, ճնշում է գործադրում բոլոր ուղղություններով հավասարապես, այսինքն՝ բոլոր ուղղություններով ճնշումները հավասարակշռում են յուրաքանչյուրը։ այլ:
