Плотность воды и плотность воздуха – Плотность воздуха, его удельная теплоемкость, вязкость и другие физические свойства: таблицы при различных температурах

Содержание

Плотность воздуха, его удельная теплоемкость, вязкость и другие физические свойства: таблицы при различных температурах

Рассмотрены основные физические свойства воздуха: плотность воздуха, его динамическая и кинематическая вязкость, удельная теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность, число Прандтля и энтропия. Свойства воздуха даны в таблицах в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении.

Плотность воздуха в зависимости от температуры

Представлена подробная таблица значений плотности воздуха в сухом состоянии при различных температурах и нормальном атмосферном давлении. Чему равна плотность воздуха? Аналитически определить плотность воздуха можно, если разделить его массу на объем, который он занимает при заданных условиях (давление, температура и влажность). Также можно вычислить его плотность по формуле уравнения состояния идеального газа. Для этого необходимо знать абсолютное давление и температуру воздуха, а также его газовую постоянную и молярный объем. Это уравнение позволяет вычислить плотность воздуха в сухом состоянии.

На практике, чтобы узнать какова плотность воздуха при различных температурах

, удобно воспользоваться готовыми таблицами. Например, приведенной таблицей значений плотности атмосферного воздуха в зависимости от его температуры. Плотность воздуха в таблице выражена в килограммах на кубический метр и дана в интервале температуры от минус 50 до 1200 градусов Цельсия при нормальном атмосферном давлении (101325 Па).

Плотность воздуха в зависимости от температуры — таблица
t, °С ρ, кг/м3 t, °С ρ, кг/м3 t, °С ρ, кг/м3 t, °С ρ, кг/м3
-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

При 25°С воздух имеет плотность 1,185 кг/м3. При нагревании плотность воздуха снижается — воздух расширяется (его удельный объем увеличивается). С ростом температуры, например до 1200°С, достигается очень низкая плотность воздуха, равная 0,239 кг/м3, что в 5 раз меньше ее значения при комнатной температуре. В общем случае, снижение плотности газов при нагреве позволяет проходить такому процессу, как естественная конвекция и применяется, например, в воздухоплавании.

Если сравнить плотность воздуха относительно плотности воды, то воздух легче на три порядка — при температуре 4°С плотность воды равна 1000 кг/м

3, а плотность воздуха составляет 1,27 кг/м3. Необходимо также отметить значение плотности воздуха при нормальных условиях. Нормальными условиями для газов являются такие, при которых их температура равна 0°С, а давление равно нормальному атмосферному. Таким образом, согласно таблице, плотность воздуха при нормальных условиях (при НУ) равна 1,293 кг/м3.

Динамическая и кинематическая вязкость воздуха при различных температурах

При выполнении тепловых расчетов необходимо знать значение вязкости воздуха (коэффициента вязкости) при различной температуре. Эта величина требуется для вычисления числа Рейнольдса, Грасгофа, Релея, значения которых определяют режим течения этого газа. В таблице даны значения коэффициентов динамической μ и кинематической ν вязкости воздуха в диапазоне температуры от -50 до 1200°С при атмосферном давлении.

Коэффициент вязкости воздуха с ростом его температуры значительно увеличивается.

Например, кинематическая вязкость воздуха равна 15,06·10-6 м2/с при температуре 20°С, а с ростом температуры до 1200°С вязкость воздуха становиться равной 233,7·10-6 м2/с, то есть увеличивается в 15,5 раз! Динамическая вязкость воздуха при температуре 20°С равна 18,1·10-6 Па·с.

При нагревании воздуха увеличиваются значения как кинематической, так и динамической вязкости. Эти две величины связаны между собой через величину плотности воздуха, значение которой уменьшается при нагревании этого газа. Увеличение кинематической и динамической вязкости воздуха (как и других газов) при нагреве связано с более интенсивным колебанием молекул воздуха вокруг их равновесного состояния (согласно МКТ).

Динамическая и кинематическая вязкость воздуха при различных температурах — таблица
t, °С μ·106, Па·с ν·106, м2 t, °С μ·106, Па·с ν·106, м2 t, °С μ·106, Па·с ν·106, м2
-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

Примечание: Будьте внимательны! Вязкость воздуха дана в степени 106.

Удельная теплоемкость воздуха при температуре от -50 до 1200°С

Представлена таблица удельной теплоемкости воздуха при различных температурах. Теплоемкость в таблице дана при постоянном давлении (изобарная теплоемкость воздуха) в интервале температуры от минус 50 до 1200°С для воздуха в сухом состоянии. Чему равна удельная теплоемкость воздуха? Величина удельной теплоемкости определяет количество тепла, которое необходимо подвести к одному килограмму воздуха при постоянном давлении для увеличения его температуры на 1 градус. Например, при 20°С для нагревания 1 кг этого газа на 1°С в изобарном процессе, требуется подвести 1005 Дж тепла.

Удельная теплоемкость воздуха увеличивается с ростом его температуры. Однако, зависимость массовой теплоемкости воздуха от температуры не линейная. В интервале от -50 до 120°С ее величина практически не меняется — в этих условиях средняя теплоемкость воздуха равна 1010 Дж/(кг·град). По данным таблицы видно, что значительное влияние температура начинает оказывать со значения 130°С. Однако, температура воздуха влияет на его удельную теплоемкость намного слабее, чем на вязкость. Так, при нагреве с 0 до 1200°С теплоемкость воздуха увеличивается лишь в 1,2 раза – с 1005 до 1210 Дж/(кг·град).

Следует отметить, что теплоемкость влажного воздуха выше, чем сухого. Если сравнить теплоемкость воды и воздуха, то очевидно, что вода обладает более высоким ее значением и содержание воды в воздухе приводит к увеличению удельной теплоемкости.

Удельная теплоемкость воздуха при различных температурах — таблица
t, °С Cp, Дж/(кг·град) t, °С Cp, Дж/(кг·град) t, °С Cp, Дж/(кг·град) t, °С Cp, Дж/(кг·град)
-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

Теплопроводность, температуропроводность, число Прандтля воздуха

В таблице представлены такие физические свойства атмосферного воздуха, как теплопроводность, температуропроводность и его число Прандтля в зависимости от температуры. Теплофизические свойства воздуха даны в интервале от -50 до 1200°С для сухого воздуха. По данным таблицы видно, что указанные свойства воздуха существенно зависят от температуры и температурная зависимость рассмотренных свойств этого газа различна.

Теплопроводность воздуха λ при повышении температуры увеличивается во всем диапазоне, достигая при 1200°С величины 0,0915 Вт/(м·град). Другие теплофизические свойства воздуха такие, как его температуропроводность a и число Прандтля Pr, по-разному реагируют на изменение температуры. Температуропроводность, как и вязкость воздуха сильно зависит от температуры и при нагревании, например с 0 до 1200°С, ее значение увеличивается почти в 17 раз.

Число Прандтля воздуха слабо зависит от температуры и при нагревании этого газа его величина сначала снижается до величины 0,674, а затем начинает расти, и при температуре 1200°С достигает значения 0,724.

Физические свойства атмосферного воздуха — таблица
t, °С λ·102, Вт/(м·град) а·106, м2 Pr t, °С λ·102, Вт/(м·град) а·106, м2 Pr
-50 2,04 12,7 0,728 170 3,71 45,7 0,682
-40 2,12 13,8 0,728 180 3,78 47,5 0,681
-30 2,2 14,9 0,723 190 3,86 49,5 0,681
-20 2,28 16,2 0,716 200 3,93 51,4 0,68
-10 2,36 17,4 0,712 250 4,27 61 0,677
0 2,44 18,8 0,707 300 4,6 71,6 0,674
10 2,51 20 0,705 350 4,91 81,9 0,676
20 2,59 21,4 0,703 400 5,21 93,1 0,678
30 2,67 22,9 0,701 450 5,48 104,2 0,683
40 2,76 24,3 0,699 500 5,74 115,3 0,687
50 2,83 25,7 0,698 550 5,98 126,8 0,693
60 2,9 27,2 0,696 600 6,22 138,3 0,699
70 2,96 28,6 0,694 650 6,47 150,9 0,703
80 3,05 30,2 0,692 700 6,71 163,4 0,706
90 3,13 31,9 0,69 750 6,95 176,1 0,71
100 3,21 33,6 0,688 800 7,18 188,8 0,713
110 3,28 35,2 0,687 850 7,41 202,5 0,715
120 3,34 36,8 0,686 900 7,63 216,2 0,717
130 3,42 38,6 0,685 950 7,85 231,1 0,718
140 3,49 40,3 0,684 1000 8,07 245,9 0,719
150 3,57 42,1 0,683 1100 8,5 276,2 0,722
160 3,64 43,9 0,682 1200 9,15 316,5 0,724

Будьте внимательны! Теплопроводность воздуха в таблице указана в степени 102. Не забудьте разделить на 100! Температуропроводность воздуха указана в степени 106. Допускается интерполяция значений физических свойств воздуха в приведенных таблицах.

Энтропия сухого воздуха

В таблице представлены значения такого теплофизического свойства воздуха, как удельная энтропия. Значения энтропии даны для сухого воздуха в  размерности кДж/(кг·град) в зависимости от температуры и давления. Удельная энтропия указана в таблице в интервале температуры от -50 до 50°С при давлении воздуха от 90 до 110 кПа. Следует отметить, что при нормальном атмосферном давлении (101,325 кПа) и температуре, например 30°С, удельная энтропия воздуха равна 0,1044 кДж/(кг·град).

Источники:

  1. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.
  2. Богданов С.Н., Бурцев С.И., Иванов О.П., Куприянова А.В. Холодильная теника. Кондиционирование воздуха. Свойства веществ: Справ./ Под ред. С.Н. Богданова. 4-е изд., перераб. и доп. — СПб.: СПбГАХПТ, 1999.- 320 с.

thermalinfo.ru

Плотность воздуха при нормальных условиях и ее определение

Плотность воздуха3 комментария к записи Что такое плотность воздуха и чему она равна при нормальных условиях?

Плотность воздуха — это физическая величина, характеризующая удельную массу воздуха при естественных условиях или массу газа атмосферы Земли на единицу объема. Величина плотности воздуха представляет собой функцию от высоты производимых измерений, от его влажности и температуры.

Содержание статьи

За стандарт плотности воздуха принята величина, равная 1,29 кг/м3, которая вычисляется как отношение его молярной массы (29 г/моль) к молярному объему, одинаковому для всех газов (22,413996 дм3), соответствующая плотности сухого воздуха при 0°С (273,15°К) и давлении 760 мм ртутного столба (101325 Па) на уровне моря (то есть при нормальных условиях).

Не так давно сведения о плотности воздуха получали косвенно за счет наблюдений за полярными сияниями, распространением радиоволн, метеорами. С момента появления искусственных спутников Земли плотность воздуха начали вычислять благодаря данным, полученным от их торможения.

Еще один метод заключается в наблюдениях за расплыванием искусственных облаков из паров натрия, создаваемых метеорологическими ракетами. В Европе плотность воздуха у поверхности Земли составляет 1,258 кг/м3, на высоте пяти км — 0,735, на высоте двадцати км — 0,087, на высоте сорока км — 0,004 кг/м3.

Различают два вида плотности воздуха: массовая и весовая (удельный вес).

Как выбрать освежители воздуха для комнаты, какие они бывают?

Если вам стало тяжело дышать, какие могут быть причины этого явления? Об этом можно прочитать здесь. Бережем свое здоровье!

Весовая плотность определяет вес 1 м3 воздуха и вычисляется по формуле γ = G/V, где γ – весовая плотность, кгс/м3; G — вес воздуха, измеряемый в кгс; V – объем воздуха, измеряемый в м3. Установлено, что 1 м3 воздуха при стандартных условиях (барометрическое давление 760 мм ртутного столба, t=15°С) весит 1,225 кгс, исходя из этого, весовая плотность (удельный вес) 1 м3 воздуха равна γ =1,225 кгс/м3.

Следует принять во внимание, что вес воздуха – это величина изменчивая и меняется в зависимости от различных условий, таких как географическая широта и сила инерции, которая возникает при вращении Земли вокруг своей оси. На полюсах вес воздуха на 5% больше, чем в зоне экватора.

Массовая плотность воздуха – это масса 1 м3 воздуха, обозначаемая греческой буквой ρ. Как известно, масса тела – величина постоянная. За единицу массы принято считать массу гири из иридистой платины, которая находится в Международной палате мер и весов в Париже.

Массовая плотность воздуха ρ вычисляется по следующей формуле: ρ = m / v. Здесь m – масса воздуха, измеряемая в кг×с2/м; ρ – его массовая плотность, измеряемая в кгс×с2/м4.

Массовая и весовая плотности воздуха находятся в зависимости: ρ = γ / g, где g – коэффициент ускорения свободного падения, равный 9,8 м/с². Откуда следует, что массовая плотность воздуха при стандартных условиях равна 0,1250 кг×с2/м4.

При изменении барометрического давления и температуры плотность воздуха изменяется. Исходя из закона Бойля-Мариотта, чем больше давление, тем больше будет плотность воздуха. Однако с уменьшением давления с высотой, уменьшается и плотности воздуха, что привносит свои коррективы, в результате чего закон изменения давления по вертикали становится сложнее.

Уравнение, которое выражает данный закон изменения давления с высотой в атмосфере, находящейся в покое, называется основным уравнением статики.

Оно гласит, что с увеличением высоты давление изменяется в меньшую сторону и при подъеме на одну и ту же высоту уменьшение давления тем больше, чем больше сила тяжести и плотность воздуха.

Важная роль в этом уравнении принадлежит изменениям плотности воздуха. В итоге можно сказать, что чем выше подниматься, тем меньше будет падать давление при подъеме на одинаковую высоту. Плотность воздуха от температуры зависит следующим образом: в теплом воздухе давление уменьшается менее интенсивно, чем в холодном, следовательно, на одинаково равной высоте в теплой воздушной массе давление более высокое, чем в холодной.

При изменяющихся значениях температуры и давления массовая плотность воздуха вычисляется по формуле: ρ = 0,0473хВ / Т. Здесь В – это барометрическое давление, измеряемое в мм ртутного столба, Т — температура воздуха, измеряемая в Кельвинах.

Как выбирают газовые обогреватели для дачи, по каким характеристикам, параметрам?

Что такое промышленный осушитель сжатого воздуха? Читайте про это здесь, наиболее интересная и актуальная информация.

Какие сейчас цены на озонотерапию? Вы узнаете об этом в данной статье:
http://about-air.ru/sostav-vozduha/ozon/ozonoterapiya-otzyvy.html. Отзывы, показания и противопоказания при озонотерапии.

Также плотность определяется и влажностью воздуха. Наличие водяных поров приводит к уменьшению плотности воздуха, что объясняется низкой молярной массой воды (18 г/моль) на фоне молярной массы сухого воздуха (29 г/моль). Влажный воздух можно рассмотреть как смесь идеальных газов, в каждом из которых комбинация плотностей позволяет получить требуемое значение плотности для их смеси.

Такая, своего рода, интерпретация позволяет определять значения плотности с уровнем погрешности менее 0,2% в диапазоне температур от −10 °C до 50 °C. Плотность воздуха позволяет получить величину его влагосодержания, которая вычисляется путем деления плотности водяного пара (в граммах), который содержится в воздухе, на показатель плотности сухого воздуха в килограммах.

Основное уравнение статики не позволяет решать постоянно возникающие практические задачи в реальных условиях изменяющейся атмосферы. Поэтому его решают при различных упрощенных предположениях, которые соответствуют фактическим реальным условиям, за счет выдвижения ряда частных предположений.

Основное уравнение статики дает возможность получить значение вертикального градиента давления, который выражает изменение давления при подъеме или спуске на единицу высоты, т. е. изменение давления на единицу расстояния по вертикали.

Вместо вертикального градиента нередко используют обратную ему величину — барическую ступень в метрах на миллибар (иногда еще встречается устаревший вариант термина «градиент давления» — барометрический градиент).

Низкая плотность воздуха определяет незначительное сопротивление передвижению. Многими наземными животными, в ходе эволюции, использовались экологические выгоды этого свойства воздушной среды, за счет чего они приобрели способность к полету. 75% всех видов наземных животных способны к активному полету. По большей части это насекомые и птицы, но встречаются млекопитающие и рептилии.

Видео на тему «Определение плотности воздуха»

Еще интересные статьи:

about-air.ru

Физические свойства воздуха :: HighExpert.RU

Воздух — это смесь различных газов (% по объему): азот — 78,03; кислород — 20,95; озон и другие инертные газы: аргон, гелий, неон, криптон, ксенон, радон — 0,94; углекислый газ — 0,03; водяной пар — 0,05. Содержание углекислого газа в атмосферном воздухе принимается равным (% по объему): в сельской местности — 0,03, в городах — 0,04—0,07. Содержание водяных паров в воздухе зависит от его температуры. Озон присутствует в лесном, горном и морском воздухе. Наружный воздух загрязняется отходящими от промышленных предприятий вредными для здоровья человека газами и пылью.

Плотность воздуха при нормальном атмосферном давлении 101,325 кПа (1 атм) и различной температуре

Температура воздуха Плотность воздуха, ρ
оС кг/м3
-20 1,395
0 1,293
5 1,269
10 1,247
15 1,225
20 1,204
25 1,184
30 1,165
40 1,127
50 1,109
60 1,060
70 1,029
80 0,9996
90 0,9721
100 0,9461

Динамическая и кинематическая вязкость воздуха при нормальном атмосферном давлении и различной температуре

Температура воздуха Динамическая вязкость воздуха, μ Кинематическая вязкость воздуха, ν
оС (Н • c / м2) x 10-5 2 / с) x 10-5
-20 1,63 1,17
0 1,71 1,32
5 1,73 1,36
10 1,76 1,41
15 1,80 1,47
20 1,82 1,51
25 1,85 1,56
30 1,86 1,60
40 1,87 1,66
50 1,95 1,76
60 1,97 1,86
70 2,03 1,97
80 2,07 2,07
90 2,14 2,20
100 2,17 2,29

Основные физические своqства воздуха при различной температуре

Температура Плотность, ρ Удельная теплоёмкость, Cp Теплопроводность, λ Кинематическая вязкость, ν Коэффициент температурного линейного расширения, α Число Прандтля, Pr
оС кг/м3 кДж / (кг • К) Вт / (м • К) 2 / с) x 10-6 (1 / K) x 10-3
0 1,293 1,005 0,0243 13,30 3,67 0,715
20 1,205 1,005 0,0257 15,11 3,43 0,713
40 1,127 1,005 0,0271 16,97 3,20 0,711
60 1,067 1,009 0,0285 18,90 3,00 0,709
80 1,000 1,009 0,0299 20,94 2,83 0,708
100 0,946 1,009 0,0314 23,06 2,68 0,703


Формулы физических свойств воздуха

При проведении инженерных расчетов удобнее использовать приближённые формулы для определения физических свойств воздуха⋆:

Плотность воздуха
[ кг/м3 ]

Теплоёмкость воздуха
⋆ [ Дж/(кг • К) ]

Теплопроводность воздуха
⋆ [ Вт/(м • K) ]

Динамическая вязкость воздуха
⋆ [ Па • c ]

Кинематическая вязкость воздуха
⋆ [ м2/с ]

Температуропроводность воздуха
⋆ [ м2/с ]

Число Прандтля воздуха
[ — ]

⋆ Приближённые формулы физических свойств воздуха получены авторами настоящего сайта.

Размерность величин: температура — К (Кельвин).

Приближённые формулы действительны в диапазоне температур воздуха от 273 К до 473 К.

www.highexpert.ru

Что такое плотность? Какие факторы влияют на нее? Плотность воздуха: описание :: SYL.ru

Если разделить массу тела на объем или площадь, которую она занимает, то получим плотность тела (поверхности). Некоторые вещества состоят из нескольких компонентов. У каждого из них своя плотность. При расчетах используется их сумма. Полученный результат и является плотностью всего вещества (соединения). Данный показатель может определяться для разных тел. Во многих случаях именно плотность является определяющим параметром при расчетах, осуществлении работ и при прочих важных обстоятельствах. Далее в статье рассмотрим общее значение понятия. Выясним, какое значение имеет плотность воздуха. Рассмотрим также влияние тех или иных факторов на показатель.

Виды плотности

Тела существуют различные. Так же, как и бывают разные состояния веществ. Есть, например, жидкости и газы. Есть сыпучие и пористые тела. Для них существуют такие плотности: истинная (не берут во внимание учет пустот), удельная (отношение массы всего вещества к объему, которое она занимает). Существует коэффициент пористости (часть объема пустот, которые есть во всем объеме). Именно с помощью этого коэффициента получают истинную плотность.

Зависимость от температуры

Много ли факторов способны изменить плотность? Рассмотрим основные внешние явления, которые могут обладать такой способностью. Плотность увеличивается, когда уменьшается температура. Хотя некоторые вещества являются исключениями. К ним относятся, например, вода, чугун и бронза. В этом случае изменения происходят по-другому. Самая высока плотность у воды, когда жидкость достигает 4 градусов тепла, а если температура становится выше или ниже, то она уменьшается.

Важность агрегатного состояния

Агрегатное состояние тела определяет многие его характеристики. Так, к примеру, жидкости обладают одними свойствами, газы — другими. Отличие отмечается и в характере взаимодействия тел друг с другом. Бывает и такое, что меняется агрегатное состояние. В таком случае плотность изменяется по-разному. Если состояние переходит с газообразного в жидкое, то она растет. Вода и кремний, например, ведут себя особенным образом. Как только они переходят в твердое состояние, плотность уменьшается. Такими свойствами еще обладает германий. Они являются исключениями за счет своих свойств.

Прочие факторы

Плотность воздуха играет большую роль в жизни всего живого на планете, хотя мало кто задумывается об этом явлении. Почему парят птицы в воздухе, летают самолеты, а какой-то предмет падает на землю, а не задерживается в пространстве? Кроме того, в этом всем участвует и плотность воздуха. Однако это соединение обладает и прочими свойствами. Так, когда говорят о погодных условиях, то используют такое определение, как влажность воздуха. Если он сухой, то человеку тяжелее дышать и передвигаться, любое существо испытывает дискомфорт. Как только хоть немного появляется влаги, то эти ощущения пропадают. А ведь все это зависит от того, что сухой воздух имеет большую плотность, а судя из соотношения, и массу. Все это изучалось еще в школьные годы на уроках физики.

Исследования Ньютона

Если задуматься, то такие явления, перечисленные выше, могут показаться непонятными. Ведь как сухой воздух может быть тяжелее того, который насыщен влагой? А именно водой в газообразном состоянии. Но это парадоксальное явление давно доказали ученые, да еще и подтвердили многими исследованиями. Первый, кто об этом начал говорить, был Исаак Ньютон. Все свои мысли и доводы он написал в книге «Оптика». Ученый говорил о том, что именно плотность влажного воздуха ниже, чем у сухого. В 1717 году эта книга вышла в свет в Лондоне. Но, к сожалению, гипотезы известного ученого не взяли во внимание, «Оптика» не имела большого успеха.

Опыт Авогадро

Амадео Авогардо доказал, что в равных объемах идеальных газов число молекул будет одинаковым вне зависимости от изменений температуры. Позднее такую величину молекул назвали константой Авогадро. А саму гипотезу — законом, которому также присвоили имя ученого. Часто приводят пример, который показывает, как зависит плотность воздуха от температуры и прочих факторов. Приведем несколько показателей. Обычно чистый воздух имеет примерно 78% азотных молекул (атомный вес – 28). Остальные 21% — это кислород. Его атомный вес равняется 32. Еще один процент считается несущественным, так как он принадлежит разным газам, которые тоже входят в состав воздуха.

Молекулы самого газа могут выйти за пределы емкости, в которой находятся. Именно Авогадро сделал эксперимент: в абсолютно сухой воздух добавил молекулы воды. Это показало, что он стал менее плотным. А все из-за того, что азот и водород тяжелее H2O, которая вытеснила некоторое количество атомов. Таким образом и было установлено, что плотность воздуха сухого больше, чем насыщенного водой. А это значит, все, что доказывал Авогадро, является правдой. Хотя многое зависит больше не от влаги, а от температуры, например. Немаловажное значение имеет и давление.

Как определить плотность воздуха

Провести непосредственные измерения не представляется возможным. Для расчетов существуют конкретные формулы, чтобы получить нужный показатель. Есть 2 вида плотностей: весовая и массовая. В основном используют последнюю.

1. Буквой g обозначают весовую плотность воздуха (это вес на один кубометр). Измеряется он соотношением веса соединения (который вымеряют в кгс) на его объем (м3).

2. Из-за многих нюансов показатели могут меняться. Влияет на это вращение Земли, географическая широта, сила инерции. Так, например, на экваторе вес будет меньше на 5% по сравнению с полюсами. Было измерено то, что если давление будет 769 мм рт. ст, а температура будет +15, то один кубометр будет иметь весовую плотность около 1,225 кгс.

3. В формулах используются различные обозначения. Буквой р обозначают массовую плотность воздуха — это масса на один кубометр воздуха. Известно, что она не меняется от внешних факторов, всегда равняется одному показателю. За единицу массы плотности принята масса гири из иридистой платины, хранящейся в Международной палате мер и весов в Париже. Если же говорить о формуле, то эта плотность равняется отношению массы к плотности воздуха.

4. Когда происходят какие-то изменения (то ли в температуре, то ли в давлении воздуха), то и сама плотность изменяется. При изменяющихся показателях массовая плотность воздуха вычисляется по формуле: p = 0,0473 х В / Т. Здесь В — барометрическое давление, измеряется в мм рт. ст., Т — температура воздуха, измеряется в Кельвинах.

5. Если давление увеличится, а температура, наоборот, понизится, то плотность воздуха будет расти. Исходя из такого утверждения можно сделать вывод, что в зимние морозы она будет самая высокая. Чем выше подниматься в пространстве, тем больше будет уменьшаться плотность, ведь давление становится меньше.

Заключение

Итак, судя по всем вышеперечисленным примерам, плотность воздуха — это довольно-таки изменчивый показатель. Ведь много факторов влияет на ее понижение или повышение. Для того чтобы ее правильно измерять, нужно их учитывать. Какие-либо изменения в природе оказывают активное влияние на показатель. Ведь воздух меняет свои свойства во влажную погоду или сухую, в морозные или жаркие летние дни, со сменой давления. Это было неоднократно доказано известными учеными.

www.syl.ru

Плотность воздуха

В повседневной жизни мало кто задумывается над тем, что такое плотность воздуха и какое значение этот показатель имеет вообще в существовании всего сущего на планете. А между тем, мы каждодневно видим летящие самолеты, парящих птиц, взлетающие ввысь и падающие вниз предметы и совсем не задумываемся над тем, что именно параметр плотности воздуха определяет наличие этих явлений.

Часто, проводя отдых в различных местах, мы говорим, что в одном месте был влажный воздух, а в другом — сухой. При этом добавляем, что в первом случае вам было легко передвигаться, дышать, а во втором вы испытывали тяжесть при движении, дискомфорт, который не испытывали при пребывании в обычной для вас климатической среде. В это время, мы забываем то, что нам говорили учителя еще во время обучения в школе на уроках физики – влажный воздух имеет плотность меньшую, чем воздух сухой, а, следовательно, и масса его меньше, чем у сухого.

На первый взгляд, это кажется парадоксальным, если принимать во внимание наши чувственные ощущения, о которых речь шла выше. Ведь действительно, как воздух, к которому еще добавляется вода в виде пара, может быть легче того, который воды не содержит?

Но это действительно так, и ответ на этот, парадоксальный, на первый взгляд, вопрос, ученые знали довольно давно.

Впервые гипотезу о том, что плотность влажного воздуха ниже, чем у воздуха сухого, высказал великий Исаак Ньютон в своей знаменитой книге «Оптика», которая была издана в Лондоне еще в 1717 году. Тем не менее, гипотеза великого англичанина не умела успеха – до самого восемнадцатого века ученые не просто не принимали ее, но и вообще не испытывали особого интереса к данной проблеме.

Чтобы хоть как-то приблизиться к пониманию проблемы – почему плотность воздуха зависит от его влажности — следует вспомнить несколько известных природных законов.

Например, в самом начале прошлого века  Амадео Авогадро, знаменитый итальянский физик, установил, что независимо от вида газа, если взять его фиксированный объем, то при одинаковой температуре и одинаковом давлении, количество молекул в этом газе будет величиной постоянной. Эта величина и получила позднее названия константы Авогадро, так же стал называться  и открытый им закон для газов.

Как проявляет себя этот закон, как зависит плотность воздуха от температуры, давления и влажности можно убедиться на довольно простом примере.

Как правило, сухой чистый (в химическом смысле) воздух, содержит в своем составе примерно 78% молекул азота, при этом атомный вес каждой из этих молекул равен 28. В составе воздуха еще 21% принадлежит молекулам кислорода, атомный вес молекул которого, равняется 32. Один процент в составе воздуха приходится на некоторые другие газы, которые присутствуют в нем, но для нашего расчета этот показатель будем считать несущественным.

Молекулы газа, как известно, обладают свойством свободного выхода за пределы резервуара, в котором находится газ. Так вот, Авогадро установил следующую закономерность: если в наш объем сухого газа, содержащего, как мы условились, молекулы азота и кислорода, добавить молекулы воды, то они и сделают наш воздух менее плотным. Объясняется это очень просто – молекулы воды имеют атомный вес меньше, чем у молекул азота и водорода, он равняется 18. А так как  количество молекул в заданном объеме газа должно быть постоянным, то молекулы воды просто вытеснили молекулы азота и кислорода в составе воздуха, заменив их собой. Таким вот способом и становится плотность воздуха влажного меньшей, чем у сухого.

В этом примере, правда, есть одно противоречие. Оно состоит в том, что любой обыватель может воскликнуть, как же такое может быть, если плотность воды выше плотности воздуха. Ответ тут тоже прост: вода присутствует в воздухе в форме пара, который легче и азота и кислорода, а потому  на такую «воду»  распространяются все закономерности, выведенные гениальным Авогадро.

Важно учитывать, что в большей степени зависит плотность воздуха от температуры и давления, чем от влажности. Потому влажный воздух имеет меньшую плотность, чем сухой только при условии сохранения одинаковых значений температуры и давления.

fb.ru

Атмосферное давление и плотность воздуха

Давление, температура и плотность — важнейшие характеристики любого газа, в том числе и воздуха, составляющего атмосферу

атмосферное давление -Давление, производимое атмосферой на находящиеся в ней предметы и на земную поверхность. Атмосферное давление обусловлено давлением верхних слоев воздуха на нижележащие слои вследствие притяжения к Земле.

Атмосфера не имеет четкой границы, плотность ее изменяется с высотой. Поэтому рассчитать величину атмосферного давления по формуле для вычисления давления столба жидкости нельзя.

 

Атмосферное давление измеряют с помощью ртутного барометра, в котором давление столба ртути уравновешивается атмосферным давлением.

Атмосферное давление выражают в граммах на см2 или в килограммах на м2. На уровне моря давление воздуха составляет около 1 кг 33 г на 1 см2.

Атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты подъема над Землей.

Это объясняется тем, что с увеличением высоты толщина сжимающего слоя атмосферы уменьшается.

плотность воздуха — масса газа атмосферы земли на единицу объема или удельная масса воздуха при естественных условиях. плотность воздуха — это количество воздуха, содержащегося в 1 м3 объема. В физике существует понятие двух видов плотности — весовая (удельный вес) и массовая. В аэродинамике чаще всего пользуются массовой плотностью. Весовая плотность (удельный вес) воздуха — это вес воздуха в объеме 1 м3.

Установлено, что 1 м3 воздуха при стандартных атмосферных условиях (барометрическое давление 760 мм рт. ст., t=+15°С) весит 1,225 кгс, следовательно, весовая плотность (удельный вес) 1 м3 объема воздуха в этом случае равна =1,225 кгс/мg3.

Массовая плотность воздуха — это масса воздуха в объеме 1 м3. Обозначается греческой буквой р. Масса тела — величина постоянная. За единицу массы принята масса гири из иридистой платины, хранящейся в Международной палате мер и весов в Париже. Величина плотности воздуха является функцией от высоты производимых измерений, от его температуры и влажности. Обычно стандартной величиной считается значение 1,225 кг⁄м3, которая соответствует плотности сухого воздуха при 15°С на уровне моря.

 

 

Виды воды в атмосфере, показатели влажности.

Вода в атмосфере находится в виде пара, льда, снежинок и капель воды. Содержание водяного пара в воздухе — важная характеристика погоды и климата. Чем выше температура воздуха, тем больше в нем может быть пара. Так при плюс 20°С один кубический метр воздуха может содержать 17 граммов водяного пара, при минус 20°С — всего один грамм.

Влажность воздуха характеризуется несколькими показателями:

а) абсолютная влажность («absolut» по-латински значит «полный») — это количество водяного пара, содержащегося в воздухе. Показатель абсолютной влажности выражается либо в 1 г/м3, либо в единицах давления воздуха, которые показывают то давление, которое производил бы пар, если бы он один занимал объем всего воздуха, — так называемое парциальное давление.

б) относительная влажность показывает отношение количества водяного пара, содержащегося в воздухе, к наибольшему его количеству, которое может содержаться при данной температуре. Данные выражаются в процентах.

 

В зависимости от содержания водяного пара различают насыщенный и ненасыщенный воздух. Воздух, который больше не может вместить влагу, называется насыщенным. Из этого воздуха при малейшем охлаждении выпадают атмосферные осадки в виде росы или туманов. Это происходит потому, что вода при охлаждении переходит из газообразного состояния (водяной пар) в жидкое — процесс получил название конденсация (от латинского «сгущение»). Температура, при которой водяной пар насыщает воздух и начинается конденсация, называется точкой росы.

Воздух, находящийся над сухой и теплой поверхностью, обычно содержит водяного пара меньше, чем мог бы содержать при данной температуре. Такой воздух называется ненасыщенным. При его охлаждении не всегда выделяются атмосферные осадки.

Расчет влажности воздуха имеет большое значение не только для определения погоды, но и для проведения технических мероприятий, при хранении книг и музейных картин, лечении многих болезней, орошении полей.

 

Воздушные массы и фронты

Нижний слой атмосферы, соприкасаясь с разнообразной поверхностью, приобретает от нее некоторые свойства. Над разогретой поверхностью формируются теплые массы, над охлажденной — холодные. Кроме того, в нижний слой постоянно поступает то или иное количество водяных паров. Чем дольше воздушная масса находится над поверхностью, с которой испаряется влага, тем она влажнее. Воздушная масса — это огромный движущийся объем воздуха с определенными физическими свойствами: температурой, плотностью, влажностью и прозрачностью. В зависимости от того, где массы воздуха формируются, их подразделяют на арктические, умеренные, тропические и экваториальные.

Над ледяными просторами Арктики формируется арктическая масса — холодная, сухая, имеющая большую прозрачность и плотность.

В умеренные широты поступают арктические и тропические массы воздуха. Из них формируются умеренные воздушные массы (умеренный воздух). Если формирование этих масс происходит над океаном, то их называют морскими. Морская воздушная масса, теплая зимой и прохладная летом, отличается большой влажностью.

В субтропических и тропических широтах (в условиях повышенного атмосферного давления, большого поступления солнечной радиации) возникают тропические массы воздуха. В основном они с малой относительной влажностью, плотные, с высокой температурой. Если они возникают над океанами, их называют морскими, а над материками — континентальным и. Континентальная масса отличается от морской меньшей относительной влажностью, более высокими температурами и сильной запыленностью.

В экваториальном поясе (в условиях пониженного атмосферного давления и большой влажности) формируется экваториальная масса. Поскольку экваториальный пояс на больших пространствах покрыт лесами, которые испаряют влагу не меньше, чем океан, большого различия между морской и континентальными массами в этих районах не возникает.

Россия расположена в умеренном поясе, поэтому в западных районах преобладают умеренные морские массы, а в восточных над большей частью территории — континентальные.

Границы разделов воздушных масс, образовавшихся над природными поясами, называют атмосферными фронтам и.

Между умеренными и тропическими массами воздуха проходит фронт умеренных широт. Он также перемещается, на отдельных участках материка «размывается» ввиду того, что умеренный воздух по своим физическим свойствам мало чем отличается от тропического. Тропический воздух отделяется от экваториального тропическим фронтом.

Главным физическим свойством воздушной массы является температура. Поэтому при наблюдениях прежде всего подмечают, какая поступила масса воздуха: теплая или холодная. Теплой массой называют такую, которая, поступив в данный район, начинает охлаждаться. Холодной массой называют такую, которая, поступив в данный район, начинает прогреваться.

 

 

Климатообразующие процессы


Существуют три основных цикла атмосферных процессов, участвующих в формировании погоды и определяющих климат. Это так называемые климатообразующие процессы – теплооборот, влагооборот и атмосферная циркуляция.

«теплооборот» описывает сложные процессы получения, передачи, переноса и потери тепла в системе «земля-атмосфера». Поток солнечной радиации, идущий от Солнца к Земле, частично отражается воздухом, облаками и примесями назад в мировое пространство. Эта энергия безвозвратно теряется для Земли. Другая часть проходит сквозь атмосферу. Атмосфера частично и в сравнительно небольшой степени поглощает солнечную радиацию, преобразуя ее в теплоту, частично рассеивает ее, изменяя спектральный состав.

Прямая солнечная радиация, прошедшая сквозь атмосферу, и рассеянная радиация, падая на земную поверхность, частично от нее отражаются, но в большей части поглощаются ею и нагре-вают верхние слои почвы и водоемов. Земная поверхность сама испускает невидимую инфракрасную радиацию, которую в большей части поглощает атмосфера, и нагревается. Атмосфера в свою очередь излучает инфракрасную радиацию, большую часть которой поглощает земная поверхность..

 

Значительная часть солнечного тепла, поступающего на земную поверхность, затрачивается на испарение воды, т.е. переходит в скрытую форму. Потом, при конденсации водяного пара в атмосфере и, как правило, в районе, удаленном от места испарения, это тепло, выделяясь, нагревает воздух.

Важнейшим процессом в теплообороте является горизонтальный перенос тепла воздушными течениями, направленными из одних мест земли в другие.

Между земной поверхностью и атмосферой происходит постоянный оборот воды, или влагооборот. С поверхности океанов и морей, а также других водоемов, с влажной почвы и растительности в атмосферу испаряется вода. На испарение затрачивается большое количество тепла из почвы и верхних слоев воды. Водяной пар – вода в газообразном состоянии – важная составная часть атмосферного воздуха.

При существующих в атмосфере условиях водяной пар может испытывать и обратное преоб-разование: он конденсируется (сгущается) и превращается в капельки воды или кристаллики льда, вследствие чего возникают облака и туманы. В процессе конденсации атмосфера получает большие количества скрытого тепла. Из облаков при определенных условиях выпадают осадки. Возвращающиеся на земную поверхность осадки в целом уравновешивают испарение.

Количество выпадающих осадков и их распределение по сезонам влияют на растительный покров и земледелие. От распределения и колебания количества осадков зависят также условия стока, режим рек, уровень озер и другие гидрологические явления. Большая или меньшая высота снежного покрова определяет промерзание почвы и режим многолетней мерзлоты.

Неравномерное распределение тепла в атмосфере приводит к неравномерному распределению атмосферного давления, от распределения давления зависит движение воздуха, т.е. воздушные течения.

Движение воздуха относительно земной поверхности ощущается нами как ветер. Следовательно, причиной появления ветров является неравномерное распределение давления . Систему крупномасштабных воздушных течений на Земле называют общей циркуляцией атмосферы. Основными элементами общей циркуляции атмосферы являются циклоны и антициклоны, т.е. волны и вихри размером в несколько тысяч километров, постоянно возникающие и разрушающиеся в атмосфере.

С воздушными течениями в системе общей циркуляции атмосферы связаны основные изме-нения погоды: воздушные массы, перемещаясь из одних областей Земли в другие, приносят с собой свойственные им характеристики. Системы воздушных течений общей циркуляции атмосферы, определяющие преобладание тех или иных воздушных масс в том или ином районе, являются также важнейшим фактором климатообразования.

Ветер вызывает волнение водных поверхностей, многие океанические течения, дрейф льдов; он является важным фактором эрозии и рельефообразования.

 

Классификация климата

климат является одной из физико-географических характеристик местности, и, таким образом, он определяется прежде всего географическим положением последней, то есть широтой, распределением суши и моря, характером суши.
В формировании климата любой местности большую роль играет ее высота над уровнем моря, а климата морских побережий и островных стран – течения в океане.

Сочетание климатообразующих факторов в различных географических условиях создает разные типы климата. Классификаций климата имеется много. По классификации В. Кеппена по температурному режиму выделяют 6 классов климата:

А. Тропические – среднемесячные температуры больше 17° С в течение всего года.

Б. Субтропические – среднемесячные температуры больше 9° С в течение 8-12 месяцев.

В. Умеренные – среднемесячные температуры больше 9° С в течение 4-7 месяцев.

Г. Субарктические – среднемесячные температуры больше 9° С в течение 1-3 месяцев.

Д. Полярные – среднемесячные температуры ни в одном месяце не превышают 9° С.

Е. Сухие – испарение превышает осадки.

Различают климаты холодный, умеренный и жаркий – по режиму температуры, кроме того, каждую из трех основных разновидностей климата можно в зависимости от режима осадков и влажности дополнительно характеризовать как морской (влажный, с ровным ходом температуры) или континентальный (сухой, с резкими колебаниями температуры).
Это упрощенная, приблизительная классификация земных климатов, не включающая многие важные климатические особенности, например, зону муссонов или высокогорные районы и т.п..




infopedia.su

20. Давление и плотность воздуха

ДАВЛЕНИЕ ВОЗДУХА

Давление — это сила, действующая на единицу площади перпендикулярно к ней. Всякое тело, находящееся в неподвижном воздухе, испытывает со стороны последнего давление, одинаковое со всех сторон (закон Паскаля). Атмосферное давление объясняется тем, что воздух подобно всем другим веществам обладает весом и притягивается землей.

Атмосферным давлением называется давление, вызываемое весом вышележащих слоев воздуха и ударами его хаотически движущихся молекул. За единицу давления принята техническая атмосфера (атм.) — давление, равное одному килограмму силы на один квадратный сантиметр (кгс/см2).Давление обозначается буквой Р, на уровне моря — Ро.

По международной системе СИ давление измеряется в Паскалях,т. е. ньютонах на квадратный метр (Н/м2).

Барометрическое давление — это давление, измеренное в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). Обозначается буквой В, на уровне моря — Во.

Стандартным барометрическим давлением называется давление на уровне моря в мм рт. ст. Оно в зависимости от температуры и влажности колеблется от 700 до 800 мм рт. ст. и в среднем равно 760 мм. рт. ст.

Давление по международной системе единиц СИ определяемся по формуле:

где Р — давление, кгс/см2;

р — сила, с которой давит 1 м3 воздуха;

S— площадь, см2

.Давление в 1 кгс/см2 равнозначно столбу ртути высотой 735,6 мм и называется технической атмосферой. Перевод давления из размерности мм рт. ст. в кгс/см2 производится по формуле:

где В — барометрическое давление.

В физике под барометрическим давлением 1 атм. подразумевается давление воздуха, равное 1,0332 кгс/см2 или стандартному барометрическому давлению 760 мм рт. ст.

При аэродинамических исследованиях часто приходится измерять разность давлений. Для этого используются ртутные приборы — манометры (Рис. 3). Для определения очень малых разностей давлений применяется чувствительный прибор — микроманометр, в котором используется жидкость более легкая, чем ртуть. Принцип работы следующий: один конец трубки (например, правый) подсоединяется к пространству с атмосферным давлением, второй — к поверхности измеряемого участка (там, где давление больше или меньше атмосферного) допустим, что меньше. Уровень ртути в левом колене повысится, так как на поверхность ртути давит меньшее давление. Разность уровней и покажет разность давления:

h=PoP1.

ПЛОТНОСТЬ ВОЗДУХА

Плотность воздуха — это количество воздуха, содержащегося в 1 м3 объема. В физике существует понятие двух видов плотности — весовая (удельный вес) и массовая. В аэродинамике чаще всего пользуются массовой плотностью. Весовая плотность (удельный вес) воздуха — это вес воздуха в объеме 1 м3. Обозначается буквой g.

где g— удельный вес, кгс/м3;

G— вес воздуха, кгс;

v— объем воздуха, м3.

Вес воздуха G — величина непостоянная и изменяется в зависимости от географической широты и силы инерции, возникающей от вращения Земли вокруг своей оси. На полюсах вес воздуха на 5% больше, чем на экваторе.

Установлено, что 1 м3 воздуха при стандартных атмосферных условиях (барометрическое давление 760 мм рт. ст., t=+15°С) весит 1,225 кгс, следовательно, весовая плотность (удельный вес) 1 м3 объема воздуха в этом случае равна g=1,225 кгс/м3.

Массовая плотность воздуха — это масса воздуха в объеме 1 м3.Обозначается греческой буквой р. Масса тела — величина постоянная. За единицу массы принята масса гири из иридистой платины, хранящейся в Международной палате мер и весов в Париже.

Согласно второму закону Ньютона определим, что масса воздуха равна его весу, деленному на ускорение силы тяжести.

где m -масса тела, кг с2/м.

Массовая плотность воздуха (в кг с2/м4) равна

Массовая плотность и весовая плотность (удельный вес) воздуха связаны зависимостью

studfiles.net

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.