Luftens fysiske egenskaber: massefylde, viskositet, specifik varmekapacitet. Hvor meget vejer luft At bestemme luftens vægt under givne forhold

Trykluft er luft under tryk større end atmosfærisk tryk.

Trykluft er en unik energibærer sammen med elektricitet, naturgas og vand. I industrielle omgivelser bruges trykluft hovedsageligt til at drive pneumatisk drevne enheder og mekanismer (pneumatisk drev).

I hverdagen, hverdagen lægger vi stort set ikke mærke til Luften omkring os. Men gennem menneskehedens historie har folk brugt unikke egenskaber luft. Opfindelsen af ​​sejlet og smedjen, vindmøllen og varmluftsballon blev de første skridt i at bruge luft som energibærer.

Opfindelsen af ​​kompressoren indledte æraen med industriel brug. trykluft. Og spørgsmålet: " Hvad er luft, og hvilke egenskaber har det? - blev langt fra ledig.

Når du begynder at designe et nyt pneumatisk system eller modernisere et eksisterende, ville det være nyttigt at huske om nogle egenskaber ved luft, udtryk og måleenheder.

Luft er en blanding af gasser, hovedsageligt bestående af nitrogen og oxygen.

Luftsammensætning
Element*	Betegnelse	Efter volumen, %	Efter vægt, %
Ilt
Kuldioxid	CO2
	CH 4
	H2O

Gennemsnitlig relativ molær masse-28.98. 10-3 kg/mol

*Luftsammensætning kan variere. Typisk i industriområder indeholder luften

HVAD ER DENSITETEN AF LUFT VED 150 GRADER C (temperatur Celsius), hvad er den lig i forskellige enheder kg/m3, g/cm3, g/ml, lb/m3. reference TABEL 1.

Hvad er densiteten af ​​luft ved 150 grader Celsius i kg/m3, g/cm3, g/ml, lb/m3 . Glem ikke, at dette er fysisk mængde, karakteristika for luft, som dens massefylde i kg/m3 (massen af ​​en enhedsvolumen af ​​atmosfærisk gas, hvor en volumenhed tages til at være 1 m3, 1 kubikmeter, 1 kubikmeter, 1 kubikcentimeter, 1 cm3, 1 milliliter, 1 ml eller 1 pund), afhænger af flere parametre. Blandt parametrene, der beskriver betingelserne for bestemmelse af lufttæthed ( specifik vægt luftgas), anser jeg følgende for at være det vigtigste og skal tages i betragtning:

1. Temperatur luft gas.
2. Tryk hvor densiteten af ​​luftgas blev målt.
3. Fugtighed luftgas eller procentdelen af ​​vand i den.

Når nogen af ​​disse forhold ændrer sig, vil værdien af ​​lufttætheden i kg/m3 (og derfor hvad dens volumetriske vægt, hvad dens specifikke vægt, hvad dens volumetriske masse) værdi ændres inden for visse grænser. Selvom de to andre parametre forbliver stabile (ændr ikke). Lad mig forklare mere detaljeret, for vores tilfælde, hvornår vi ønsker at finde ud af det hvad er densiteten af ​​luft ved 150 grader Celsius(i gram eller kilogram). Så luftgastemperaturen er specificeret og valgt af dig i anmodningen. Så for korrekt at beskrive, hvor meget tæthed der er i kg/m3, g/cm3, g/ml, lb/m3, skal vi enten angive den anden betingelse - trykket, som det måles ved. Eller lav en graf (tabel), der viser ændringen i massefylde (vægtfylde kg/m3, volumetrisk masse kg/m3, volumetrisk vægt kg/m3) af luft afhængigt af det tryk, der skabes under forsøget.

Hvis du er interesseret i den anden sag luftdensitet ved T = 150 grader C, så undskyld mig, men jeg har intet ønske om at kopiere tabeldata, en enorm speciel opslagsbog om lufttæthed kl. forskelligt tryk. Jeg kan endnu ikke beslutte mig for så kolossalt et arbejde, og jeg kan ikke se behovet for det. Se opslagsbogen. Snævre profiloplysninger eller sjældne specielle data, tæthedsværdier, skal søges i primære kilder. Det giver mere mening.

Det er mere realistisk, og sandsynligvis mere praktisk set fra vores synspunkt, at angive Hvad er tætheden af ​​luft ved 150 grader Celsius, for en situation, hvor trykket er givet af en konstant og dette er atmosfærisk tryk(på normale forhold- det mest populære spørgsmål). Kan du i øvrigt huske hvor meget normalt atmosfærisk tryk er? Hvad er det lig med? Lad mig minde dig om, at normalt atmosfærisk tryk anses for at være 760 mm kviksølv, eller 101325 Pa (101 kPa), i princippet er disse normale forhold justeret for temperatur. Mening, hvad er densiteten af ​​luft i kg/m3 ved en given temperatur luftgas, du vil se, finde, genkende i tabel 1.

Det skal dog siges, at værdierne angivet i tabellen lufttæthedsværdier ved 150 grader i kg/m3, g/cm3, g/ml, vil vise sig at være sandt ikke for nogen atmosfærisk gas, men kun for tør gas. Så snart vi ændrer startbetingelserne og ændrer luftgassens fugtighed, vil den straks have andre fysiske egenskaber. Og dens massefylde (vægt af 1 kube luft i kilogram) ved given temperatur i grader C (Celsius) (kg/m3) vil også afvige fra densiteten af ​​tør gas.

Referencetabel 1. Hvad er DENSITETEN AF LUFT VED 150 GRADER Celsius (C). HVOR MEGET VEJER 1 TERNING ATMOSFÆRISK GAS?(vægt 1 m3 i kilogram, vægt på 1 kubikmeter i kg, vægt på 1 kubikmeter gas i g).

Det vigtigste fysiske egenskaber luft: luftdensitet, dens dynamiske og kinematiske viskositet, specifik varme, termisk ledningsevne, termisk diffusivitet, Prandtl-tal og entropi. Luftens egenskaber er angivet i tabeller afhængig af temperatur ved normalt atmosfærisk tryk.

Luftdensitet afhængig af temperatur

En detaljeret tabel med værdier for tør lufttæthed ved forskellige temperaturer og normalt atmosfærisk tryk er præsenteret. Hvad er tætheden af ​​luft? Luftens massefylde kan bestemmes analytisk ved at dividere dens masse med det volumen, den optager. på givne forhold(tryk, temperatur og fugtighed). Du kan også beregne dens massefylde ved hjælp af formlen for den ideelle gasligning for tilstand. For at gøre dette skal du vide absolut pres og lufttemperatur, såvel som dens gaskonstant og molære volumen. Denne ligning giver dig mulighed for at beregne luftens tørre tæthed.

I praksis for at finde ud af, hvad luftens massefylde er ved forskellige temperaturer, det er praktisk at bruge færdiglavede borde. For eksempel viser tabellen nedenfor tætheden af ​​atmosfærisk luft afhængigt af dens temperatur. Luftdensiteten i tabellen er udtrykt i kilogram pr. kubikmeter og er angivet i temperaturområdet fra minus 50 til 1200 grader Celsius ved normalt atmosfærisk tryk (101325 Pa).

Luftdensitet afhængig af temperatur - tabel

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

Ved 25°C har luft en massefylde på 1,185 kg/m3. Ved opvarmning falder luftdensiteten - luften udvider sig (dens specifikke volumen øges). Ved stigende temperatur til f.eks. 1200°C opnås en meget lav lufttæthed svarende til 0,239 kg/m 3, hvilket er 5 gange mindre end dens værdi ved stuetemperatur. Generelt tillader reduktion under opvarmning en proces som naturlig konvektion at finde sted og bruges f.eks. i aeronautik.

Hvis vi sammenligner luftens tæthed i forhold til , så er luft tre størrelsesordener lettere - ved en temperatur på 4°C er vandtætheden 1000 kg/m3, og luftens massefylde er 1,27 kg/m3. Det er også nødvendigt at bemærke værdien af ​​lufttæthed under normale forhold. Normale betingelser for gasser er dem, hvor deres temperatur er 0°C, og trykket er lig med normalt atmosfærisk tryk. Således ifølge tabellen, luftdensiteten under normale forhold (ved NL) er 1,293 kg/m 3.

Dynamisk og kinematisk viskositet af luft ved forskellige temperaturer

Når du udfører termiske beregninger, er det nødvendigt at kende værdien af ​​luftviskositet (viskositetskoefficient) ved forskellige temperaturer. Denne værdi er påkrævet for at beregne Reynolds-, Grashof- og Rayleigh-tallene, hvis værdier bestemmer strømningsregimet for denne gas. Tabellen viser værdierne af de dynamiske koefficienter μ og kinematisk ν luftviskositet i temperaturområdet fra -50 til 1200°C ved atmosfærisk tryk.

Luftens viskositetskoefficient stiger markant med stigende temperatur. For eksempel er luftens kinematiske viskositet lig med 15,06 10 -6 m 2 /s ved en temperatur på 20 °C, og med en stigning i temperaturen til 1200 °C bliver luftens viskositet lig med 233,7 10 -6 m 2 /s, det vil sige, den stiger 15,5 gange! Luftens dynamiske viskositet ved en temperatur på 20°C er 18,1·10 -6 Pa·s.

Når luften opvarmes, er værdierne af både kinematisk og dynamisk viskositet. Disse to mængder er relateret til hinanden gennem luftdensiteten, hvis værdi falder, når denne gas opvarmes. En stigning i den kinematiske og dynamiske viskositet af luft (såvel som andre gasser) ved opvarmning er forbundet med en mere intens vibration af luftmolekyler omkring deres ligevægtstilstand (ifølge MKT).

Dynamisk og kinematisk viskositet af luft ved forskellige temperaturer - tabel

t, °С	μ·106, Pa·s	ν·106, m2/s	t, °С	μ·106, Pa·s	ν·106, m2/s	t, °С	μ·106, Pa·s	ν·106, m2/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

Bemærk: Vær forsigtig! Luftens viskositet er givet til potensen 10 6 .

Specifik varmekapacitet af luft ved temperaturer fra -50 til 1200°C

Der vises en tabel over luftens specifikke varmekapacitet ved forskellige temperaturer. Varmekapaciteten i tabellen er angivet ved konstant tryk (isobarisk varmekapacitet af luft) i temperaturområdet fra minus 50 til 1200°C for tør luft. Hvad er luftens specifikke varmekapacitet? Den specifikke varmekapacitet bestemmer mængden af ​​varme, der skal tilføres et kilogram luft ved konstant tryk for at øge dens temperatur med 1 grad. For eksempel, ved 20°C, for at opvarme 1 kg af denne gas med 1°C i en isobarisk proces, kræves der 1005 J varme.

Luftens specifikke varmekapacitet stiger med stigende temperatur. Imidlertid er afhængigheden af ​​luftens massevarmekapacitet af temperaturen ikke lineær. I området fra -50 til 120°C ændres dens værdi praktisk talt ikke - under disse forhold er luftens gennemsnitlige varmekapacitet 1010 J/(kg grader). Ifølge tabellen kan det ses, at temperaturen begynder at have en betydelig effekt fra en værdi på 130°C. Lufttemperaturen påvirker dog dens specifikke varmekapacitet meget mindre end dens viskositet. Ved opvarmning fra 0 til 1200°C øges luftens varmekapacitet således kun 1,2 gange – fra 1005 til 1210 J/(kg grader).

Det skal bemærkes, at varmekapaciteten af ​​fugtig luft er højere end for tør luft. Hvis vi sammenligner luft, er det indlysende, at vand har en højere værdi, og vandindholdet i luft fører til en stigning i den specifikke varmekapacitet.

Specifik varmekapacitet af luft ved forskellige temperaturer - tabel

t, °С	C p , J/(kg grader)	t, °С	C p , J/(kg grader)	t, °С	C p , J/(kg grader)	t, °С	C p , J/(kg grader)
-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

Termisk ledningsevne, termisk diffusivitet, Prandtl antal luft

Tabellen viser fysiske egenskaber ved atmosfærisk luft som termisk ledningsevne, termisk diffusivitet og dens Prandtl-tal afhængig af temperatur. Luftens termofysiske egenskaber er angivet i området fra -50 til 1200°C for tør luft. Ifølge tabellen kan det ses, at de angivne egenskaber af luft afhænger væsentligt af temperaturen, og temperaturafhængigheden af ​​de betragtede egenskaber af denne gas er anderledes.

Mange kan blive overrasket over, at luft har en vis vægt, der ikke er nul. Præcis værdi Denne vægt er ikke så let at bestemme, da den i høj grad er påvirket af faktorer som f.eks kemisk sammensætning, luftfugtighed, temperatur og tryk. Lad os se nærmere på spørgsmålet om, hvor meget luft vejer.

Hvad er luft

Før du besvarer spørgsmålet om, hvor meget luft vejer, er det nødvendigt at forstå, hvad dette stof er. Luft er en gasformig skal, der eksisterer omkring vores planet, og som er en homogen blanding af forskellige gasser. Luft indeholder følgende gasser:

• nitrogen (78,08%);
• oxygen (20,94%);
• argon (0,93%);
• vanddamp (0,40%);
• kuldioxid (0,035%).

Udover de ovennævnte gasser indeholder luften også minimumsmængder neon (0,0018%), helium (0,0005%), methan (0,00017%), krypton (0,00014%), brint (0,00005%), ammoniak (0,0003%).

Det er interessant at bemærke, at disse komponenter kan adskilles ved at kondensere luft, det vil sige at gøre den til en flydende tilstand ved at øge tryk og faldende temperatur. Da hver komponent af luft har sin egen kondensationstemperatur, er det på denne måde muligt at isolere alle komponenter fra luften, som bruges i praksis.

Luftvægt og faktorer, der påvirker den

Hvad forhindrer dig i at svare præcis på spørgsmålet om, hvor meget en kubikmeter luft vejer? Der er selvfølgelig en række faktorer, der kan have stor indflydelse på denne vægt.

For det første er dette den kemiske sammensætning. Ovenfor er dataene for sammensætningen ren luft Men i øjeblikket er denne luft mange steder på planeten stærkt forurenet, og derfor vil dens sammensætning være anderledes. I nærheden af ​​store byer rummer luften således mere kuldioxid, ammoniak, metan end i landlige luft.

For det andet fugtighed, det vil sige mængden af ​​vanddamp indeholdt i atmosfæren. Jo mere fugtig luften er, jo mindre vejer den alt andet lige.

For det tredje temperatur. Dette er en af vigtige faktorer, jo lavere dens værdi, desto højere lufttæthed, og følgelig dens større vægt.

For det fjerde atmosfærisk tryk, som direkte afspejler antallet af luftmolekyler i et bestemt volumen, det vil sige dens vægt.

For at forstå, hvordan kombinationen af ​​disse faktorer påvirker luftens vægt, lad os give et simpelt eksempel: massen af ​​en meter kubisk tør luft ved en temperatur på 25 ° C, beliggende nær jordens overflade, er 1,205 kg, hvis vi betragter et lignende volumen luft nær havets overflade ved en temperatur på 0 ° C, så vil dens masse allerede være lig med 1,293 kg, det vil sige, den vil stige med 7,3%.

Ændring i lufttæthed med højden

Når højden stiger, falder lufttrykket, og dets tæthed og vægt falder tilsvarende. Atmosfærisk luft ved de tryk, der observeres på Jorden, kan den til en første tilnærmelse betragtes som en ideel gas. Det betyder, at lufttryk og tæthed er matematisk relateret til hinanden gennem tilstandsligningen ideel gas: P = ρ*R*T/M, hvor P er tryk, ρ er tæthed, T er temperatur i Kelvin, M er luftens molære masse, R er den universelle gaskonstant.

Ud fra ovenstående formel kan man få en formel for lufttæthedens afhængighed af højden under hensyntagen til, at trykket varierer efter loven P = P 0 +ρ*g*h, hvor P 0 er trykket ved overfladen af jorden, g er tyngdeaccelerationen, h er højden. Ved at erstatte denne formel for tryk i det foregående udtryk og udtrykke densiteten, får vi: ρ(h) = P 0 *M/(R*T(h)+g(h)*M*h). Ved hjælp af dette udtryk kan du bestemme tætheden af ​​luft i enhver højde. Derfor er vægten af ​​luft (det ville være mere korrekt at sige masse) bestemt af formlen m(h) = ρ(h)*V, hvor V er det givne volumen.

I udtrykket for tæthedens afhængighed af højden kan det bemærkes, at temperatur og gravitationsacceleration også afhænger af højden. Den sidste afhængighed kan negligeres hvis vi taler om om højder på højst 1-2 km. Hvad angår temperatur, er dens afhængighed af højden godt beskrevet ved følgende empiriske udtryk: T(h) = T 0 -0,65*h, hvor T 0 er lufttemperaturen nær jordens overflade.

For ikke konstant at beregne tætheden for hver højde, giver vi nedenfor en tabel over afhængigheden af ​​luftens hovedkarakteristika af højden (op til 10 km).

Hvilken luft er den tungeste

Ved at overveje de vigtigste faktorer, der bestemmer svaret på spørgsmålet om, hvor meget luft vejer, kan du forstå, hvilken luft der vil være den tungeste. Kort sagt, kold luft vejer altid mere end varm luft, da densiteten af ​​sidstnævnte er lavere, og tør luft vejer mere end fugtig luft. Det sidste udsagn er let at forstå, da det er 29 g/mol, og molmassen af ​​et vandmolekyle er 18 g/mol, det vil sige 1,6 gange mindre.

Bestemmelse af luftvægt under givne forhold

Lad os nu løse et specifikt problem. Lad os besvare spørgsmålet om, hvor meget luft vejer, der optager et volumen på 150 liter, ved en temperatur på 288 K. Lad os tage i betragtning, at 1 liter er en tusindedel af en kubikmeter, det vil sige 1 liter = 0,001 m 3. Hvad angår temperaturen på 288 K, svarer den til 15 ° C, det vil sige, at den er typisk for mange områder af vores planet. Dernæst skal du bestemme lufttætheden. Du kan gøre dette på to måder:

1. Beregn ved hjælp af ovenstående formel for en højde på 0 meter over havets overflade. I dette tilfælde er den opnåede værdi ρ = ​​1,227 kg/m 3
2. Se ovenstående tabel, som er bygget ud fra T 0 = 288,15 K. Tabellen indeholder værdien ρ = 1,225 kg/m 3.

Vi har således to tal, der stemmer godt overens med hinanden. Den lille forskel skyldes en fejl på 0,15 K ved temperaturbestemmelsen, og også det faktum, at luft stadig ikke er en ideel gas, men en rigtig gas. Derfor vil vi til yderligere beregninger tage gennemsnittet af de to opnåede værdier, det vil sige ρ = 1,226 kg/m 3.

Nu ved at bruge formlen for forholdet mellem masse, tæthed og volumen, får vi: m = ρ*V = 1,226 kg/m 3 * 0,150 m 3 = 0,1839 kg eller 183,9 gram.

Du kan også svare på, hvor meget en liter luft vejer under givne forhold: m = 1,226 kg/m3 * 0,001 m3 = 0,001226 kg eller cirka 1,2 gram.

Hvorfor mærker vi ikke luften presse på os?

Hvor meget vejer 1 m3 luft? Lidt mere end 1 kg. Hele vores planets atmosfæriske bord lægger pres på en person med en vægt på 200 kg! Dette er en ret stor luftmasse, der kan forårsage mange problemer for en person. Hvorfor mærker vi det ikke? Det skyldes to årsager: For det første er der også et indre pres i personen selv, som modvirker det ydre atmosfærisk tryk for det andet udøver luft, som er en gas, tryk i alle retninger ligeligt, det vil sige, at tryk i alle retninger balancerer hinanden.