संपीड़ित हवा क्या वायु का दबाव वायुमंडलीय दबाव से अधिक है?

संपीड़ित हवा बिजली के साथ-साथ एक अद्वितीय ऊर्जा वाहक है, प्राकृतिक गैसऔर पानी. औद्योगिक सेटिंग्स में, संपीड़ित हवा का उपयोग मुख्य रूप से वायवीय रूप से संचालित उपकरणों और तंत्रों (वायवीय ड्राइव) को चलाने के लिए किया जाता है।

रोजमर्रा, रोजमर्रा की जिंदगी में, हम व्यावहारिक रूप से अपने आस-पास की हवा पर ध्यान नहीं देते हैं। हालाँकि, पूरे मानव इतिहास में, लोगों ने इसका उपयोग किया है अद्वितीय गुणवायु। पाल और जाली, पवनचक्की और का आविष्कार गर्म हवा का गुब्बाराऊर्जा वाहक के रूप में हवा का उपयोग करने की दिशा में पहला कदम बन गया।

कंप्रेसर के आविष्कार के साथ, संपीड़ित हवा के औद्योगिक उपयोग का युग शुरू हुआ। और प्रश्न: "वायु क्या है और इसमें क्या गुण हैं? - निष्क्रियता से दूर हो गया.

एक नई वायवीय प्रणाली को डिज़ाइन करना या किसी मौजूदा को आधुनिक बनाना शुरू करते समय, इसे याद रखना उपयोगी होगाहवा के कुछ गुणों, शर्तों और माप की इकाइयों के बारे में।

वायु गैसों का मिश्रण है, जिसमें मुख्य रूप से नाइट्रोजन और ऑक्सीजन होते हैं।

वायु रचना
तत्व*	पद का नाम	मात्रा के अनुसार, %	वजन से, %
ऑक्सीजन
कार्बन डाईऑक्साइड	सीओ 2
	सीएच 4
	H2O

औसत रिश्तेदार दाढ़ जन-28.98. 10 -3 किग्रा/मोल

*हवा की संरचना भिन्न हो सकती है। आमतौर पर, औद्योगिक क्षेत्रों में हवा में होता है

परिभाषा

वायुमंडलीय वायु कई गैसों का मिश्रण है. वायु की एक जटिल संरचना होती है। इसके मुख्य घटकों को तीन समूहों में विभाजित किया जा सकता है: स्थिर, परिवर्तनशील और यादृच्छिक। पहले में ऑक्सीजन (हवा में ऑक्सीजन की मात्रा मात्रा के हिसाब से लगभग 21% है), नाइट्रोजन (लगभग 86%) और तथाकथित अक्रिय गैसें (लगभग 1%) शामिल हैं।

सामग्री अवयवव्यावहारिक रूप से इस पर निर्भर नहीं है कि कहां ग्लोबशुष्क हवा का एक नमूना लिया गया। दूसरे समूह में कार्बन डाइऑक्साइड (0.02 - 0.04%) और जल वाष्प (3% तक) शामिल हैं। यादृच्छिक घटकों की सामग्री स्थानीय परिस्थितियों पर निर्भर करती है: धातुकर्म संयंत्रों के पास, सल्फर डाइऑक्साइड की ध्यान देने योग्य मात्रा अक्सर हवा में मिश्रित होती है, उन स्थानों पर जहां कार्बनिक अवशेष विघटित होते हैं - अमोनिया, आदि। विभिन्न गैसों के अलावा, हवा में हमेशा कम या ज्यादा धूल होती है।

वायु घनत्व पृथ्वी के वायुमंडल में गैस के द्रव्यमान को एक इकाई आयतन से विभाजित करने के बराबर मान है। यह दबाव, तापमान और आर्द्रता पर निर्भर करता है। वायु घनत्व के लिए एक मानक मान है - 1.225 किग्रा/मीटर 3, जो 15 डिग्री सेल्सियस के तापमान और 101330 पा के दबाव पर शुष्क हवा के घनत्व के अनुरूप है।

अनुभव से जानना कि एक लीटर वायु का द्रव्यमान कितना है सामान्य स्थितियाँ(1.293 ग्राम), हम उस आणविक भार की गणना कर सकते हैं जो हवा में होता यदि यह एक व्यक्तिगत गैस होती। चूँकि किसी भी गैस का एक ग्राम अणु सामान्य परिस्थितियों में 22.4 लीटर का आयतन घेरता है, वायु का औसत आणविक भार बराबर होता है

22.4 × 1.293 = 29.

यह संख्या - 29 - याद रखनी चाहिए: इसे जानकर, हवा के सापेक्ष किसी भी गैस के घनत्व की गणना करना आसान है।

तरल हवा का घनत्व

पर्याप्त रूप से ठंडा होने पर हवा तरल अवस्था में बदल जाती है। तरल हवा को दोहरी दीवारों वाले बर्तनों में काफी लंबे समय तक संग्रहीत किया जा सकता है, जिसके बीच की जगह से गर्मी हस्तांतरण को कम करने के लिए हवा को पंप किया जाता है। उदाहरण के लिए, थर्मोसेस में इसी तरह के बर्तनों का उपयोग किया जाता है।

सामान्य परिस्थितियों में स्वतंत्र रूप से वाष्पित होने वाली तरल हवा का तापमान लगभग (-190 o C) होता है। इसकी संरचना स्थिर नहीं है, क्योंकि नाइट्रोजन ऑक्सीजन की तुलना में अधिक आसानी से वाष्पित हो जाती है। जैसे ही नाइट्रोजन हटा दी जाती है, तरल हवा का रंग नीले से हल्का नीला (तरल ऑक्सीजन का रंग) में बदल जाता है।

तरल हवा में वे आसानी से परिवर्तित हो जाते हैं ठोस अवस्थाएथिल अल्कोहल, डायथाइल ईथर और कई गैसें। यदि, उदाहरण के लिए, कार्बन डाइऑक्साइड को तरल हवा के माध्यम से पारित किया जाता है, तो यह दिखने में समान सफेद गुच्छे में बदल जाता है। उपस्थितिबर्फ के लिए. तरल वायु में डूबा हुआ पारा कठोर और लचीला हो जाता है।

तरल वायु द्वारा ठंडे किए गए कई पदार्थ नाटकीय रूप से अपने गुणों को बदल देते हैं। इस प्रकार, चिंक और टिन इतने भंगुर हो जाते हैं कि वे आसानी से पाउडर में बदल जाते हैं, सीसे की घंटी स्पष्ट बजने वाली ध्वनि बनाती है, और जमी हुई रबर की गेंद फर्श पर गिराए जाने पर टूट जाती है।

समस्या समाधान के उदाहरण

उदाहरण 1

उदाहरण 2

व्यायाम	निर्धारित करें कि हाइड्रोजन सल्फाइड H 2 S हवा से कितना गुना भारी है।
समाधान	किसी दी गई गैस के द्रव्यमान और उसी आयतन, समान तापमान और समान दबाव पर ली गई दूसरी गैस के द्रव्यमान के अनुपात को पहली गैस से दूसरी गैस का सापेक्ष घनत्व कहा जाता है। यह मान दर्शाता है कि पहली गैस दूसरी गैस से कितनी गुना भारी या हल्की है। हवा का सापेक्ष आणविक भार 29 (हवा में नाइट्रोजन, ऑक्सीजन और अन्य गैसों की सामग्री को ध्यान में रखते हुए) लिया जाता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि "सापेक्ष" की अवधारणा आणविक वजनवायु" का प्रयोग सशर्त रूप से किया जाता है, क्योंकि वायु गैसों का मिश्रण है। डी वायु (एच 2 एस) = एम आर (एच 2 एस) / एम आर (वायु); डी वायु (एच 2 एस) = 34/29 = 1.17. एम आर (एच 2 एस) = 2 × ए आर (एच) + ए आर (एस) = 2 × 1 + 32 = 2 + 32 = 34।
उत्तर	हाइड्रोजन सल्फाइड एच 2 एस हवा से 1.17 गुना भारी है।

कई लोग इस तथ्य से आश्चर्यचकित हो सकते हैं कि हवा का एक निश्चित गैर-शून्य भार होता है। सही मूल्ययह वजन निर्धारित करना इतना आसान नहीं है, क्योंकि यह जैसे कारकों से काफी प्रभावित होता है रासायनिक संरचना, आर्द्रता, तापमान और दबाव। आइए इस प्रश्न पर करीब से नज़र डालें कि हवा का वजन कितना है।

हवा क्या है

हवा का वजन कितना है, इस सवाल का जवाब देने से पहले यह समझना जरूरी है कि यह पदार्थ क्या है। वायु एक गैसीय आवरण है जो हमारे ग्रह के चारों ओर मौजूद है, और जो विभिन्न गैसों का एक सजातीय मिश्रण है। वायु में निम्नलिखित गैसें होती हैं:

• नाइट्रोजन (78.08%);
• ऑक्सीजन (20.94%);
• आर्गन (0.93%);
• जल वाष्प (0.40%);
• कार्बन डाइऑक्साइड (0.035%).

ऊपर सूचीबद्ध गैसों के अलावा, हवा में भी शामिल हैं न्यूनतम मात्रानियॉन (0.0018%), हीलियम (0.0005%), मीथेन (0.00017%), क्रिप्टन (0.00014%), हाइड्रोजन (0.00005%), अमोनिया (0.0003%)।

यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि इन घटकों को हवा को संघनित करके अलग किया जा सकता है, यानी दबाव बढ़ाकर और तापमान घटाकर इसे तरल अवस्था में बदल दिया जा सकता है। चूँकि वायु के प्रत्येक घटक का अपना संघनन तापमान होता है, इस प्रकार वायु से सभी घटकों को अलग करना संभव होता है, जिसका प्रयोग व्यवहार में किया जाता है।

वायु का भार और इसे प्रभावित करने वाले कारक

आपको इस प्रश्न का सटीक उत्तर देने से कौन रोकता है कि एक घन मीटर हवा का वजन कितना होता है? बेशक, ऐसे कई कारक हैं जो इस वजन को बहुत प्रभावित कर सकते हैं।

सबसे पहले, यह रासायनिक संरचना है। ऊपर रचना के लिए डेटा हैं साफ़ हवाहालाँकि, वर्तमान में ग्रह पर कई स्थानों पर यह हवा अत्यधिक प्रदूषित है, और तदनुसार इसकी संरचना अलग होगी। इस प्रकार, बड़े शहरों के पास हवा में अधिक मात्रा होती है कार्बन डाईऑक्साइड, ग्रामीण हवा की तुलना में अमोनिया, मीथेन।

दूसरे, आर्द्रता, यानी वायुमंडल में निहित जलवाष्प की मात्रा। हवा जितनी अधिक आर्द्र होगी, उसका वजन उतना ही कम होगा, अन्य चीजें समान होंगी।

तीसरा, तापमान. ये एक है महत्वपूर्ण कारक, इसका मूल्य जितना कम होगा, हवा का घनत्व उतना अधिक होगा, और, तदनुसार, इसका वजन भी अधिक होगा।

चौथा, वायुमंडलीय दबाव, जो सीधे एक निश्चित मात्रा में वायु अणुओं की संख्या, यानी उसके वजन को दर्शाता है।

यह समझने के लिए कि इन कारकों का संयोजन हवा के वजन को कैसे प्रभावित करता है, आइए एक सरल उदाहरण दें: पृथ्वी की सतह के पास स्थित 25 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर एक मीटर घन शुष्क हवा का द्रव्यमान 1.205 किलोग्राम है, यदि हम 0 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर समुद्र की सतह के पास हवा की समान मात्रा पर विचार करते हैं, तो इसका द्रव्यमान पहले से ही 1.293 किलोग्राम के बराबर होगा, यानी इसमें 7.3% की वृद्धि होगी।

ऊंचाई के साथ वायु घनत्व में परिवर्तन

जैसे-जैसे ऊंचाई बढ़ती है, हवा का दबाव कम हो जाता है और उसी के अनुसार उसका घनत्व और वजन भी कम हो जाता है। पृथ्वी पर देखे गए दबाव पर वायुमंडलीय हवा को पहले अनुमान के अनुसार एक आदर्श गैस माना जा सकता है। इसका मतलब यह है कि हवा का दबाव और घनत्व गणितीय रूप से स्थिति के समीकरण के माध्यम से एक दूसरे से संबंधित हैं आदर्श गैस: P = ρ*R*T/M, जहां P दबाव है, ρ घनत्व है, T केल्विन में तापमान है, M हवा का दाढ़ द्रव्यमान है, R सार्वभौमिक गैस स्थिरांक है।

उपरोक्त सूत्र से, आप ऊंचाई पर वायु घनत्व की निर्भरता के लिए एक सूत्र प्राप्त कर सकते हैं, यह ध्यान में रखते हुए कि दबाव कानून पी = पी 0 + ρ * जी * एच के अनुसार भिन्न होता है, जहां पी 0 सतह पर दबाव है पृथ्वी का, g गुरुत्वाकर्षण का त्वरण है, h ऊँचाई है। पिछली अभिव्यक्ति में दबाव के लिए इस सूत्र को प्रतिस्थापित करने और घनत्व व्यक्त करने पर, हम प्राप्त करते हैं: ρ(h) = P 0 *M/(R*T(h)+g(h)*M*h)। इस अभिव्यक्ति का उपयोग करके, आप किसी भी ऊंचाई पर हवा का घनत्व निर्धारित कर सकते हैं। तदनुसार, हवा का वजन (द्रव्यमान कहना अधिक सही होगा) सूत्र m(h) = ρ(h)*V द्वारा निर्धारित किया जाता है, जहां V दिया गया आयतन है।

ऊंचाई पर घनत्व की निर्भरता की अभिव्यक्ति में, यह ध्यान दिया जा सकता है कि तापमान और गुरुत्वाकर्षण त्वरण भी ऊंचाई पर निर्भर करते हैं। यदि हम 1-2 किमी से अधिक की ऊंचाई के बारे में बात कर रहे हैं तो अंतिम निर्भरता को नजरअंदाज किया जा सकता है। जहां तक ​​तापमान का सवाल है, ऊंचाई पर इसकी निर्भरता को निम्नलिखित अनुभवजन्य अभिव्यक्ति द्वारा अच्छी तरह से वर्णित किया गया है: टी(एच) = टी 0 -0.65*एच, जहां टी 0 पृथ्वी की सतह के पास हवा का तापमान है।

प्रत्येक ऊंचाई के लिए घनत्व की लगातार गणना न करने के लिए, नीचे हम ऊंचाई (10 किमी तक) पर हवा की मुख्य विशेषताओं की निर्भरता की एक तालिका प्रदान करते हैं।

कौन सी हवा सबसे भारी है

हवा का वजन कितना है, इस प्रश्न का उत्तर निर्धारित करने वाले मुख्य कारकों पर विचार करके, आप समझ सकते हैं कि कौन सी हवा सबसे भारी होगी। संक्षेप में, ठंडी हवा का वजन हमेशा गर्म हवा से अधिक होता है, क्योंकि गर्म हवा का घनत्व कम होता है, और शुष्क हवा का वजन आर्द्र हवा से अधिक होता है। अंतिम कथन को समझना आसान है, क्योंकि यह 29 ग्राम/मोल है, और पानी के अणु का दाढ़ द्रव्यमान 18 ग्राम/मोल है, यानी 1.6 गुना कम।

दी गई शर्तों के तहत वायु भार का निर्धारण

आइए अब एक विशिष्ट समस्या का समाधान करें। आइए इस प्रश्न का उत्तर दें कि 288 K के तापमान पर 150 लीटर की मात्रा वाली हवा का वजन कितना होता है। आइए ध्यान रखें कि 1 लीटर एक घन मीटर का हजारवां हिस्सा है, यानी 1 लीटर = 0.001 मीटर 3। जहाँ तक 288 K के तापमान की बात है, यह 15°C से मेल खाता है, अर्थात यह हमारे ग्रह के कई क्षेत्रों के लिए विशिष्ट है। आगे आपको वायु घनत्व निर्धारित करने की आवश्यकता है। आप इसे दो तरीकों से कर सकते हैं:

1. समुद्र तल से 0 मीटर की ऊँचाई के लिए उपरोक्त सूत्र का उपयोग करके गणना करें। इस मामले में, प्राप्त मूल्य ρ = 1.227 किग्रा/मीटर 3 है
2. उपरोक्त तालिका को देखें, जो T 0 = 288.15 K के आधार पर बनाई गई थी। तालिका में मान ρ = 1.225 kg/m 3 है।

इस प्रकार, हमारे पास दो संख्याएँ हैं जो एक दूसरे से अच्छी तरह मेल खाती हैं। यह मामूली अंतर तापमान निर्धारित करने में 0.15 K की त्रुटि के कारण है, और इस तथ्य के कारण भी कि हवा अभी भी एक आदर्श गैस नहीं है, बल्कि एक वास्तविक गैस है। इसलिए, आगे की गणना के लिए, हम दो प्राप्त मूल्यों का औसत लेंगे, अर्थात, ρ = 1.226 किग्रा/मीटर 3।

अब, द्रव्यमान, घनत्व और आयतन के बीच संबंध के सूत्र का उपयोग करके, हम पाते हैं: m = ρ*V = 1.226 kg/m 3 * 0.150 m 3 = 0.1839 kg या 183.9 ग्राम।

आप यह भी उत्तर दे सकते हैं कि एक लीटर हवा का भार कब कितना होता है दी गई शर्तें: मी = 1.226 किग्रा/मीटर 3 * 0.001 मी 3 = 0.001226 किग्रा या लगभग 1.2 ग्राम।

हमें अपने ऊपर हवा का दबाव महसूस क्यों नहीं होता?

1 m3 हवा का वजन कितना होता है? 1 किलोग्राम से थोड़ा अधिक. हमारे ग्रह की संपूर्ण वायुमंडलीय तालिका 200 किलोग्राम वजन वाले व्यक्ति पर दबाव डालती है! यह हवा का एक काफी बड़ा द्रव्यमान है जो किसी व्यक्ति के लिए बहुत परेशानी का कारण बन सकता है। हम इसे महसूस क्यों नहीं करते? इसे दो कारणों से समझाया गया है: सबसे पहले, व्यक्ति के भीतर आंतरिक दबाव भी होता है, जो बाहरी दबाव का प्रतिकार करता है वायु - दाब, दूसरे, वायु, एक गैस होने के कारण, सभी दिशाओं में समान रूप से दबाव डालती है, अर्थात सभी दिशाओं में दबाव एक दूसरे को संतुलित करती है।

हर कदम पर भौतिकी पेरेलमैन याकोव इसिडोरोविच

कमरे में हवा का वजन कितना है?

क्या आप कम से कम लगभग बता सकते हैं कि आपके कमरे में मौजूद हवा कितने भार का प्रतिनिधित्व करती है? कुछ ग्राम या कुछ किलोग्राम? क्या आप एक उंगली से इतना भार उठाने में सक्षम हैं, या आप इसे मुश्किल से अपने कंधों पर रख पाएंगे?

अब, शायद, ऐसे लोग नहीं हैं जो सोचते हों, जैसा कि पूर्वजों का मानना ​​था, कि हवा का कोई वजन नहीं होता है। लेकिन अब भी बहुत से लोग यह नहीं बता पाएंगे कि हवा की एक निश्चित मात्रा का वजन कितना होता है।

याद रखें कि एक लीटर मग में उसी घनत्व की हवा होनी चाहिए जो उसके पास है पृथ्वी की सतहसामान्य के साथ कमरे का तापमान, का वजन लगभग 1.2 ग्राम है। चूँकि एक घन मीटर में 1 हजार लीटर होता है, एक घन मीटर हवा का वजन 1.2 ग्राम से एक हजार गुना अधिक होता है, अर्थात 1.2 किलोग्राम। अब पहले पूछे गए प्रश्न का उत्तर देना कठिन नहीं है। ऐसा करने के लिए, आपको बस यह पता लगाना होगा कि आपके कमरे में कितने घन मीटर हैं, और फिर उसमें मौजूद हवा का वजन निर्धारित किया जाएगा।

माना कि कमरे का क्षेत्रफल 10 वर्ग मीटर और ऊंचाई 4 मीटर है। ऐसे कमरे में 40 घन मीटर हवा है, जिसका वजन चालीस गुना 1.2 किलोग्राम है। यह 48 किलो का होगा.

तो इतने छोटे से कमरे में भी हवा का वजन आपसे थोड़ा कम है। आप मुश्किल से इतना बोझ अपने कंधों पर उठा पाएंगे. और दोगुने विशाल कमरे की हवा, आपकी पीठ पर लदी हुई, आपको कुचल सकती है।

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घनत्वऔर नम हवा की विशिष्ट मात्रातापमान और के आधार पर परिवर्तनशील मात्राएँ हैं वायु पर्यावरण. पंखे का चयन करते समय, वायु नलिकाओं के माध्यम से सुखाने वाले एजेंट की गति से संबंधित समस्याओं को हल करते समय, पंखे की इलेक्ट्रिक मोटर की शक्ति का निर्धारण करते समय इन मूल्यों को जानने की आवश्यकता होती है।

यह एक निश्चित तापमान पर वायु और जल वाष्प के मिश्रण के 1 घन मीटर का द्रव्यमान (वजन) है सापेक्षिक आर्द्रता. विशिष्ट आयतन प्रति 1 किलोग्राम शुष्क वायु में वायु और जलवाष्प की मात्रा है।

नमी और गर्मी की मात्रा

शुष्क वायु के प्रति इकाई द्रव्यमान (1 किग्रा) को उनके कुल आयतन में ग्राम में द्रव्यमान कहा जाता है हवा में नमी की मात्रा. यह हवा में मौजूद जलवाष्प के घनत्व को ग्राम में व्यक्त शुष्क हवा के घनत्व को किलोग्राम में विभाजित करके प्राप्त किया जाता है।

नमी के लिए ताप की खपत निर्धारित करने के लिए, आपको मूल्य जानने की आवश्यकता है नम हवा की ताप सामग्री. यह मान वायु और जलवाष्प के मिश्रण में निहित समझा जाता है। यह संख्यात्मक रूप से योग के बराबर है:

हवा के शुष्क भाग की ऊष्मा सामग्री को सुखाने की प्रक्रिया के तापमान तक गर्म किया जाता है

0°C पर वायु में जलवाष्प की ऊष्मा सामग्री

इस भाप की ऊष्मा सामग्री को सुखाने की प्रक्रिया के तापमान तक गर्म किया जाता है

नम हवा की गर्मी सामग्रीप्रति 1 किलो शुष्क हवा या जूल में किलोकैलोरी में व्यक्त किया जाता है। किलोकैलोरीव्यय की गई ऊष्मा की एक तकनीकी इकाई है गर्मी 1 किलो पानी प्रति 1°C (14.5 से 15.5°C के तापमान पर)। एसआई प्रणाली में