Proprietà fisiche dell'aria: densità, viscosità, calore specifico. Quanto pesa l'aria? Determinare il peso dell'aria in determinate condizioni

Aria compressaè l'aria sotto pressione maggiore della pressione atmosferica.

L’aria compressa è un vettore energetico unico insieme all’elettricità, gas naturale e acqua. Negli ambienti industriali, l'aria compressa viene utilizzata principalmente per azionare dispositivi e meccanismi azionati pneumaticamente (azionamento pneumatico).

Nella vita di tutti i giorni, praticamente non notiamo l'aria che ci circonda. Tuttavia, nel corso della storia umana, le persone hanno utilizzato proprietà uniche aria. L'invenzione della vela e della fucina, del mulino a vento e mongolfiera sono diventati i primi passi nell'utilizzo dell'aria come vettore energetico.

L'invenzione del compressore ha inaugurato l'era dell'uso industriale. aria compressa. E la domanda: “ Cos'è l'Aria e quali proprietà ha? - è diventato tutt'altro che inattivo.

Quando si inizia a progettare un nuovo sistema pneumatico o ad ammodernarne uno esistente, sarebbe utile ricordarlo su alcune proprietà dell'aria, termini e unità di misura.

L'aria è una miscela di gas, costituita principalmente da azoto e ossigeno.

Composizione dell'aria
Elemento*	Designazione	In volume,%	A peso, %

Ossigeno

Diossido di carbonio	CO2

	CAP 4




	H2O

Parente medio massa molare-28.98. 10 -3 kg/mol

*La composizione dell'aria può variare. Tipicamente, nelle aree industriali l'aria contiene

QUAL È LA DENSITÀ DELL'ARIA A 150 GRADI C (temperatura Celsius), a cosa equivale in diverse unità kg/m3, g/cm3, g/ml, lb/m3. riferimento TABELLA 1.

Qual è la densità dell'aria a 150 gradi Celsius in kg/m3, g/cm3, g/ml, lb/m3 . Non dimenticare che questo è quantità fisica, caratteristiche dell'aria, come la sua densità in kg/m3 (la massa di un'unità di volume di gas atmosferico, dove per unità di volume si intende 1 m3, 1 metro cubo, 1 metro cubo, 1 centimetro cubo, 1 cm3, 1 millilitro, 1 ml o 1 libbra), dipende da diversi parametri. Tra i parametri che descrivono le condizioni per determinare la densità dell'aria ( peso specifico gas aria), ritengo che i seguenti siano i più importanti e debbano essere presi in considerazione:

Temperatura gas d'aria.
Pressione al quale è stata misurata la densità del gas nell'aria.
Umidità gas dell'aria o la percentuale di acqua in essa contenuta.

Al variare di una qualsiasi di queste condizioni, il valore della densità dell'aria in kg/m3 (e quindi qual è il suo peso volumetrico, quale il suo peso specifico, quale la sua massa volumetrica) cambierà entro certi limiti. Anche se gli altri due parametri rimangono stabili (non cambiano). Lasciatemi spiegare più in dettaglio, per il nostro caso, quando vogliamo scoprirlo qual è la densità dell'aria a 150 gradi Celsius(in grammi o chilogrammi). Pertanto, la temperatura del gas dell'aria viene specificata e selezionata da voi nella richiesta. Quindi, per descrivere correttamente la densità in kg/m3, g/cm3, g/ml, lb/m3, dobbiamo indicare la seconda condizione: la pressione alla quale viene misurata. Oppure disegna un grafico (tabella) che mostri la variazione di densità (peso specifico kg/m3, massa volumetrica kg/m3, peso volumetrico kg/m3) dell'aria a seconda della pressione creata durante l'esperimento.

Se ti interessa il secondo caso densità dell'aria a T = 150 gradi C, quindi scusatemi, ma non ho voglia di copiare i dati tabulari, un enorme libro di consultazione speciale sulla densità dell'aria pressione diversa. Non riesco ancora a decidere su una mole di lavoro così colossale e non ne vedo la necessità. Vedi il libro di consultazione. Informazioni di profilo ristretto o dati speciali rari, valori di densità, devono essere ricercati in fonti primarie. Ha più senso.

È più realistico, e probabilmente più pratico dal nostro punto di vista, indicare Qual è la densità dell'aria a 150 gradi Celsius, per una situazione in cui la pressione è data da una costante e questa è la pressione atmosferica(A condizioni normali- la domanda più popolare). A proposito, ti ricordi qual è la normale pressione atmosferica? A cosa è uguale? Permettetemi di ricordarvi che la normale pressione atmosferica è considerata 760 mm mercurio, o 101325 Pa (101 kPa), in linea di principio si tratta di condizioni normali adeguate alla temperatura. Senso, qual è la densità dell'aria in kg/m3 ad una data temperatura aria gas vedrai, troverai, riconoscerai nella tabella 1.

Va comunque detto che restano rispettati i valori indicati in tabella valori di densità dell'aria a 150 gradi in kg/m3, g/cm3, g/ml, risulterà vero non per qualsiasi gas atmosferico, ma solo per il gas secco. Non appena modifichiamo le condizioni iniziali e cambiamo l'umidità del gas dell'aria, avrà immediatamente proprietà fisiche diverse. E la sua densità (peso di 1 cubo d'aria in chilogrammi) a data temperatura anche in gradi C (Celsius) (kg/m3) differiranno dalla densità del gas secco.

Tabella di riferimento 1. Qual è la DENSITÀ DELL'ARIA A 150 GRADI Celsius (C). QUANTO PESA 1 CUBO DI GAS ATMOSFERICO?(peso di 1 m3 in chilogrammi, peso di 1 metro cubo in kg, peso di 1 metro cubo di gas in g).

Il principale Proprietà fisiche aria: densità dell'aria, sua viscosità dinamica e cinematica, calore specifico, conducibilità termica, diffusività termica, numero di Prandtl ed entropia. Le proprietà dell'aria sono riportate nelle tabelle in base alla temperatura alla pressione atmosferica normale.

Densità dell'aria a seconda della temperatura

Viene presentata una tabella dettagliata dei valori di densità dell'aria secca a varie temperature e pressione atmosferica normale. Qual è la densità dell'aria? La densità dell'aria può essere determinata analiticamente dividendo la sua massa per il volume che occupa. A date condizioni(pressione, temperatura e umidità). Puoi anche calcolarne la densità utilizzando la formula dell'equazione di stato dei gas ideali. Per fare questo devi sapere pressione assoluta e la temperatura dell'aria, nonché la sua costante gassosa e il volume molare. Questa equazione consente di calcolare la densità secca dell'aria.

In pratica, per scoprire qual è la densità dell'aria a diverse temperature, è conveniente utilizzare tabelle già pronte. Ad esempio, la tabella seguente mostra la densità dell'aria atmosferica in base alla sua temperatura. La densità dell'aria nella tabella è espressa in chilogrammi per metro cubo ed è indicata nell'intervallo di temperatura da meno 50 a 1200 gradi Celsius alla pressione atmosferica normale (101325 Pa).

Densità dell'aria in base alla temperatura - tabella

t, °С	ρ, kg/m3	t, °С	ρ, kg/m3	t, °С	ρ, kg/m3	t, °С	ρ, kg/m3
-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

A 25°C l'aria ha una densità di 1.185 kg/m3. Quando riscaldata, la densità dell'aria diminuisce: l'aria si espande (il suo volume specifico aumenta). All'aumentare della temperatura, ad esempio, fino a 1200°C, si raggiunge una densità dell'aria molto bassa, pari a 0,239 kg/m 3, ovvero 5 volte inferiore al suo valore temperatura ambiente. In generale, la riduzione durante il riscaldamento consente un processo come la convezione naturale e viene utilizzata, ad esempio, in aeronautica.

Se confrontiamo la densità dell'aria rispetto a , l'aria è tre ordini di grandezza più leggera: a una temperatura di 4°C la densità dell'acqua è di 1000 kg/m3 e la densità dell'aria è di 1,27 kg/m3. È inoltre necessario annotare il valore della densità dell'aria in condizioni normali. Le condizioni normali per i gas sono quelle alle quali la loro temperatura è pari a 0°C e la pressione è uguale alla normale pressione atmosferica. Quindi, secondo la tabella, la densità dell'aria in condizioni normali (a NL) è 1.293 kg/m 3.

Viscosità dinamica e cinematica dell'aria a diverse temperature

Quando si eseguono calcoli termici, è necessario conoscere il valore della viscosità dell'aria (coefficiente di viscosità) a diverse temperature. Questo valore è necessario per calcolare i numeri di Reynolds, Grashof e Rayleigh, i cui valori determinano il regime di flusso di questo gas. Nella tabella sono riportati i valori dei coefficienti dinamici μ e cinematico ν viscosità dell'aria nell'intervallo di temperatura da -50 a 1200°C a pressione atmosferica.

Il coefficiente di viscosità dell'aria aumenta significativamente con l'aumentare della temperatura. Ad esempio, la viscosità cinematica dell'aria è pari a 15,06 10 -6 m 2 /s alla temperatura di 20°C, e con un aumento della temperatura fino a 1200°C la viscosità dell'aria diventa pari a 233,7 10 -6 m 2 /s, cioè aumenta di 15,5 volte! La viscosità dinamica dell'aria alla temperatura di 20°C è 18,1·10 -6 Pa·s.

Quando l'aria viene riscaldata, i valori sia di cinematica che viscosità dinamica. Queste due grandezze sono legate tra loro attraverso la densità dell'aria, il cui valore diminuisce quando questo gas viene riscaldato. Un aumento della viscosità cinematica e dinamica dell'aria (così come di altri gas) quando riscaldata è associata a una vibrazione più intensa delle molecole d'aria attorno al loro stato di equilibrio (secondo MKT).

Viscosità dinamica e cinematica dell'aria a diverse temperature - tabella

t, °С	μ·10 6 , Pa·s	ν·10 6, m2/s	t, °С	μ·10 6 , Pa·s	ν·10 6, m2/s	t, °С	μ·10 6 , Pa·s	ν·10 6, 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

Nota: fai attenzione! La viscosità dell'aria è espressa alla potenza di 10 6 .

Capacità termica specifica dell'aria a temperature da -50 a 1200°C

Viene presentata una tabella della capacità termica specifica dell'aria a varie temperature. La capacità termica nella tabella è data a pressione costante (capacità termica isobarica dell'aria) nell'intervallo di temperature da meno 50 a 1200°C per l'aria secca. Qual è la capacità termica specifica dell'aria? La capacità termica specifica determina la quantità di calore che deve essere fornita a un chilogrammo di aria a pressione costante per aumentare la sua temperatura di 1 grado. Ad esempio, a 20°C, per riscaldare 1 kg di questo gas di 1°C in un processo isobarico, sono necessari 1005 J di calore.

La capacità termica specifica dell'aria aumenta con l'aumentare della temperatura. Tuttavia, la dipendenza della capacità termica di massa dell’aria dalla temperatura non è lineare. Nell'intervallo da -50 a 120°C, il suo valore praticamente non cambia: in queste condizioni, la capacità termica media dell'aria è 1010 J/(kg deg). Dalla tabella si vede che la temperatura inizia ad avere un effetto significativo a partire dal valore di 130°C. Tuttavia, la temperatura dell’aria influisce sulla sua capacità termica specifica molto meno della sua viscosità. Pertanto, quando riscaldata da 0 a 1200°C, la capacità termica dell'aria aumenta solo di 1,2 volte - da 1005 a 1210 J/(kg gradi).

Va notato che la capacità termica dell'aria umida è superiore a quella dell'aria secca. Se confrontiamo l'aria, è ovvio che l'acqua ha un valore più alto e il contenuto di acqua nell'aria porta ad un aumento della capacità termica specifica.

Capacità termica specifica dell'aria a diverse temperature - tabella

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

Conducibilità termica, diffusività termica, numero di Prandtl dell'aria

La tabella presenta proprietà fisiche dell'aria atmosferica come conduttività termica, diffusività termica e il suo numero di Prandtl in base alla temperatura. Le proprietà termofisiche dell'aria sono indicate nell'intervallo da -50 a 1200°C per l'aria secca. Secondo la tabella si può vedere che le proprietà indicate dell'aria dipendono in modo significativo dalla temperatura e la dipendenza dalla temperatura delle proprietà considerate di questo gas è diversa.

Molti potrebbero essere sorpresi dal fatto che l’aria abbia un certo peso diverso da zero. Valore esatto Questo peso non è così facile da determinare, poiché è fortemente influenzato da fattori come Composizione chimica, umidità, temperatura e pressione. Diamo uno sguardo più da vicino alla questione di quanto pesa l'aria.

Cos'è l'aria

Prima di rispondere alla domanda su quanto pesa l'aria, è necessario capire cos'è questa sostanza. L'aria è un guscio gassoso che esiste attorno al nostro pianeta e che è una miscela omogenea di vari gas. L'aria contiene i seguenti gas:

azoto (78,08%);
ossigeno (20,94%);
argon (0,93%);
vapore acqueo (0,40%);
anidride carbonica (0,035%).

Oltre ai gas sopra elencati, l'aria contiene anche quantità minime neon (0,0018%), elio (0,0005%), metano (0,00017%), cripton (0,00014%), idrogeno (0,00005%), ammoniaca (0,0003%).

È interessante notare che questi componenti possono essere separati condensando l'aria, cioè trasformandola allo stato liquido aumentando la pressione e diminuendo la temperatura. Poiché ogni componente dell'aria ha una propria temperatura di condensazione, in questo modo è possibile isolare tutti i componenti dall'aria, che nella pratica viene utilizzata.

Peso dell'aria e fattori che lo influenzano

Cosa ti impedisce di rispondere esattamente alla domanda quanto pesa un metro cubo d'aria? Naturalmente, ci sono una serie di fattori che possono influenzare notevolmente questo peso.

Innanzitutto, questa è la composizione chimica. Sopra sono riportati i dati per la composizione aria pulita Tuttavia, attualmente quest'aria in molti luoghi del pianeta è altamente inquinata e di conseguenza la sua composizione sarà diversa. Pertanto, vicino alle grandi città, l'aria ne contiene di più diossido di carbonio, ammoniaca, metano che nell'aria rurale.

In secondo luogo, l'umidità, cioè la quantità di vapore acqueo contenuto nell'atmosfera. Più l'aria è umida, meno pesa, a parità di altre condizioni.

In terzo luogo, la temperatura. Questo è uno dei fattori importanti, minore è il suo valore, maggiore è la densità dell'aria e, di conseguenza, maggiore è il suo peso.

In quarto luogo, la pressione atmosferica, che riflette direttamente il numero di molecole d'aria in un determinato volume, cioè il suo peso.

Per capire come la combinazione di questi fattori influisce sul peso dell'aria, facciamo un semplice esempio: la massa di un metro cubo di aria secca alla temperatura di 25°C, situato in prossimità della superficie terrestre, è di 1.205 kg, se consideriamo un volume d'aria simile vicino alla superficie del mare alla temperatura di 0 ° C, allora la sua massa sarà già pari a 1.293 kg, cioè aumenterà del 7,3%.

Variazione della densità dell'aria con l'altitudine

All’aumentare dell’altitudine, la pressione dell’aria diminuisce e la sua densità e il suo peso diminuiscono di conseguenza. Aria atmosferica alle pressioni osservate sulla Terra può, in prima approssimazione, essere considerato un gas ideale. Ciò significa che la pressione e la densità dell'aria sono matematicamente correlate tra loro attraverso l'equazione di stato gas ideale: P = ρ*R*T/M, dove P è la pressione, ρ è la densità, T è la temperatura in Kelvin, M è la massa molare dell'aria, R è la costante universale dei gas.

Dalla formula precedente è possibile ottenere una formula per la dipendenza della densità dell'aria dall'altezza, tenendo conto che la pressione cambia secondo la legge P = P 0 +ρ*g*h, dove P 0 è la pressione sulla superficie della terra, g è l'accelerazione di gravità, h è l'altezza. Sostituendo questa formula per la pressione nell'espressione precedente ed esprimendo la densità, otteniamo: ρ(h) = P 0 *M/(R*T(h)+g(h)*M*h). Usando questa espressione, puoi determinare la densità dell'aria a qualsiasi altitudine. Pertanto il peso dell'aria (sarebbe più corretto dire massa) è determinato dalla formula m(h) = ρ(h)*V, dove V è il volume dato.

Nell'espressione per la dipendenza della densità dall'altezza, si può notare che anche la temperatura e l'accelerazione gravitazionale dipendono dall'altezza. L'ultima dipendenza può essere trascurata se stiamo parlando circa altezze non superiori a 1-2 km. Per quanto riguarda la temperatura, la sua dipendenza dall'altezza è ben descritta dalla seguente espressione empirica: T(h) = T 0 -0,65*h, dove T 0 è la temperatura dell'aria in prossimità della superficie terrestre.

Per non calcolare costantemente la densità per ciascuna altitudine, di seguito forniamo una tabella sulla dipendenza delle principali caratteristiche dell'aria dall'altitudine (fino a 10 km).

Qual è l'aria più pesante?

Considerando i principali fattori che determinano la risposta alla domanda su quanto pesa l'aria, puoi capire quale sarà l'aria più pesante. Insomma, l'aria fredda pesa sempre più dell'aria calda, poiché la densità di quest'ultima è inferiore, e l'aria secca pesa più dell'aria umida. L'ultima affermazione è facile da capire, poiché è 29 g/mol e la massa molare di una molecola d'acqua è 18 g/mol, ovvero 1,6 volte inferiore.

Determinazione del peso dell'aria in determinate condizioni

Ora risolviamo un problema specifico. Rispondiamo alla domanda su quanto pesa l'aria, occupando un volume di 150 litri, ad una temperatura di 288 K. Teniamo presente che 1 litro è un millesimo di metro cubo, cioè 1 litro = 0,001 m 3. Per quanto riguarda la temperatura di 288 K, corrisponde a 15°C, cioè è tipica di molte zone del nostro pianeta. Successivamente è necessario determinare la densità dell'aria. Puoi farlo in due modi:

Calcolare utilizzando la formula precedente per un'altitudine di 0 metri sul livello del mare. In questo caso il valore ottenuto è ρ = 1,227 kg/m 3
Osservate la tabella qui sopra, che è stata costruita sulla base di T 0 = 288,15 K. La tabella contiene il valore ρ = 1,225 kg/m 3.

Quindi, abbiamo due numeri che concordano bene tra loro. La leggera differenza è dovuta ad un errore di 0,15 K nella determinazione della temperatura, e anche al fatto che l'aria non è ancora un gas ideale, ma un gas reale. Pertanto, per i calcoli successivi, prenderemo la media dei due valori ottenuti, ovvero ρ = 1,226 kg/m 3.

Ora, utilizzando la formula per il rapporto tra massa, densità e volume, otteniamo: m = ρ*V = 1,226 kg/m 3 * 0,150 m 3 = 0,1839 kg ovvero 183,9 grammi.

Puoi anche rispondere quanto pesa un litro d'aria in determinate condizioni: m = 1,226 kg/m3 * 0,001 m3 = 0,001226 kg o circa 1,2 grammi.

Perché non sentiamo l'aria che ci preme?

Quanto pesa 1 m3 di aria? Poco più di 1 chilogrammo. L'intera tavola atmosferica del nostro pianeta mette sotto pressione una persona con il suo peso di 200 kg! Questa è una massa d'aria abbastanza grande che potrebbe causare molti problemi a una persona. Perché non lo sentiamo? Ciò è dovuto a due ragioni: in primo luogo esiste anche una pressione interna nella persona stessa, che contrasta quella esterna pressione atmosferica, in secondo luogo, l'aria, essendo un gas, esercita la pressione in tutte le direzioni allo stesso modo, cioè le pressioni in tutte le direzioni si bilanciano a vicenda.