Watu wengi wanaweza kushangazwa na ukweli kwamba hewa ina uzito fulani usio sifuri. Thamani halisi ya uzani huu sio rahisi kuamua, kwani inathiriwa sana na mambo kama vile muundo wa kemikali, unyevu, joto na shinikizo. Hebu tuangalie kwa undani swali la uzito wa hewa kiasi gani.
Hewa ni nini
Kabla ya kujibu swali la ni kiasi gani cha uzito wa hewa, ni muhimu kuelewa dutu hii ni nini. Hewa ni ganda la gesi ambalo lipo karibu na sayari yetu, na ambayo ni mchanganyiko wa homogeneous wa gesi anuwai. Hewa ina gesi zifuatazo:
- nitrogen (78.08%);
- oksijeni (20.94%);
- argon (0.93%);
- mvuke wa maji (0.40%);
- kaboni dioksidi (0.035%).
Mbali na gesi zilizoorodheshwa hapo juu, hewa pia ina kiasi kidogo cha neon (0.0018%), heliamu (0.0005%), methane (0.00017%), kriptoni (0.00014%), hidrojeni (0.00005%), amonia (0.0003%).
Inapendeza kutambua hiloUnaweza kutenganisha vipengele hivi ikiwa unapunguza hewa, yaani, kuigeuza kuwa hali ya kioevu kwa kuongeza shinikizo na kupungua kwa joto. Kwa kuwa kila sehemu ya hewa ina joto lake la condensation, kwa njia hii inawezekana kutenganisha vipengele vyote kutoka kwa hewa, ambayo hutumiwa katika mazoezi.
Uzito wa hewa na mambo yanayoathiri
Ni nini kinakuzuia kujibu swali haswa, je, mita ya ujazo ya hewa ina uzito gani? Bila shaka, baadhi ya vipengele vinavyoweza kuathiri pakubwa uzito huu.
Kwanza, ni muundo wa kemikali. Hapo juu ni data ya muundo wa hewa safi, hata hivyo, kwa sasa hewa hii imechafuliwa sana katika maeneo mengi kwenye sayari, kwa mtiririko huo, muundo wake utakuwa tofauti. Kwa hivyo, karibu na miji mikubwa, hewa ina kaboni dioksidi, amonia, methane zaidi kuliko hewa ya vijijini.
Pili, unyevu, yaani, kiasi cha mvuke wa maji uliomo kwenye angahewa. Kadiri hewa inavyokuwa na unyevunyevu ndivyo inavyopungua uzito, ndivyo vitu vingine vikiwa sawa.
Tatu, halijoto. Hii ni mojawapo ya vipengele muhimu, jinsi thamani yake inavyopungua, ndivyo msongamano wa hewa unavyoongezeka, na, ipasavyo, uzito wake mkubwa zaidi.
Nne, shinikizo la angahewa, ambalo huakisi moja kwa moja idadi ya molekuli za hewa katika ujazo fulani, yaani, uzito wake.
Ili kuelewa jinsi mchanganyiko wa vipengele hivi unavyoathiri uzito wa hewa, hebu tuchukue mfano rahisi: wingi wa mita moja ya hewa kavu ya ujazo kwenye joto la 25 ° C, iko karibu na uso wa dunia;ni kilo 1.205, lakini ikiwa tunazingatia kiasi sawa cha hewa karibu na uso wa bahari kwa joto la 0 ° C, basi uzito wake utakuwa sawa na kilo 1.293, yaani, itaongezeka kwa 7.3%.
Badilisha msongamano wa hewa na urefu
Kadiri urefu unavyoongezeka, shinikizo la hewa hupungua, mtawalia, msongamano wake na uzito hupungua. Hewa ya angahewa kwa shinikizo inayozingatiwa Duniani inaweza kuzingatiwa kama gesi bora kama makadirio ya kwanza. Hii ina maana kwamba shinikizo na msongamano wa hewa vinahusiana kihisabati kwa kila mmoja kwa njia ya equation ya hali ya gesi bora: P=ρRT/M, ambapo P ni shinikizo, ρ ni msongamano, T ni joto katika kelvins, M ni molekuli ya molar ya hewa, R ni gesi ya ulimwengu wote isiyobadilika.
Kutoka kwa fomula iliyo hapo juu, unaweza kupata fomula ya utegemezi wa msongamano wa hewa kwa urefu, ikizingatiwa kuwa shinikizo linabadilika kulingana na sheria P=P0+ρ gh, ambapo P 0 - shinikizo kwenye uso wa dunia, g - kuongeza kasi ya kuanguka bila malipo, h - urefu. Kubadilisha fomula hii kwa shinikizo kwenye usemi uliopita, na kuonyesha msongamano, tunapata: ρ(h)=P0M/(RT(h)+g(h) M h). Kutumia usemi huu, unaweza kuamua wiani wa hewa kwa urefu wowote. Ipasavyo, uzito wa hewa (kwa usahihi zaidi, wingi) huamuliwa na fomula m(h)=ρ(h)V, ambapo V ni kiasi kilichotolewa.
Katika usemi wa utegemezi wa msongamano kwenye urefu, mtu anaweza kutambua kwamba halijoto na kuongeza kasi ya kuanguka bila malipo hutegemea urefu. Utegemezi wa mwisho unaweza kupuuzwa ikiwa tunazungumza juu ya urefu wa si zaidi ya kilomita 1-2. Kuhusu hali ya joto, niutegemezi wa mwinuko unaelezewa vyema na usemi ufuatao wa kitaalamu: T(h)=T0-0, 65h, ambapo T0 ni halijoto ya hewa karibu na ardhi.
Ili usihesabu msongamano kila mara kwa kila urefu, hapa chini kuna jedwali la utegemezi wa sifa kuu za hewa kwenye urefu (hadi kilomita 10).
Ni hewa gani nzito zaidi
Baada ya kuzingatia sababu kuu zinazoamua jibu la swali la uzito wa hewa kiasi gani, unaweza kuelewa ni hewa gani itakuwa nzito zaidi. Kwa kifupi, hewa baridi daima ina uzito zaidi kuliko hewa ya joto, kwa kuwa wiani wa mwisho ni wa chini, na hewa kavu ina uzito zaidi kuliko hewa yenye unyevu. Taarifa ya mwisho ni rahisi kuelewa, kwa kuwa molekuli ya molar ya hewa ni 29 g/mol, na molekuli ya molekuli ya maji ni 18 g/mol, yaani, mara 1.6 chini.
Kuamua uzito wa hewa chini ya masharti husika
Sasa hebu tutatue tatizo mahususi. Hebu tujibu swali la kiasi gani cha uzito wa hewa, kuchukua kiasi cha lita 150, kwa joto la 288 K. Fikiria kwamba lita 1 ni elfu ya mita za ujazo, yaani, 1 lita=0.001 m3.. Kwa joto la 288 K, inalingana na 15 ° C, yaani, ni ya kawaida kwa mikoa mingi ya sayari yetu. Hatua inayofuata ni kuamua wiani wa hewa. Kuna njia mbili za kufanya hivi:
- Hesabu kwa kutumia fomula iliyo hapo juu kwa urefu wa mita 0 juu ya usawa wa bahari. Katika hali hii, thamani ρ=1.227 kg/m inapatikana3
- Angalia jedwali lililo hapo juu, ambalo msingi wake ni T0=288.15 K. Jedwali lina thamani ρ=1.225 kg/m 3.
Kwa hivyo, tulipata nambari mbili ambazo zinakubaliana vizuri. Tofauti kidogo ni kutokana na kosa la 0.15 K katika kuamua joto, na pia kwa ukweli kwamba hewa bado sio bora, lakini gesi halisi. Kwa hiyo, kwa mahesabu zaidi, tunachukua wastani wa maadili mawili yaliyopatikana, yaani, ρ=1, 226 kg/m3..
Sasa, kwa kutumia fomula ya uhusiano kati ya uzito, msongamano na sauti, tunapata: m=ρV=1.226 kg/m30.150 m3=0.1839 kg au gramu 183.9.
Pia unaweza kujibu ni kiasi gani lita moja ya hewa ina uzito chini ya hali fulani: m=1.226 kg/m30.001 m3=0.001226 kg au takriban gramu 1.2.
Kwa nini hatuhisi hewa ikitukandamiza
Je, m3 m3 ya hewa ina uzito gani? Zaidi ya kilo 1 kidogo. Jedwali zima la anga la sayari yetu huweka shinikizo kwa mtu mwenye uzito wa kilo 200! Hii ni wingi wa kutosha wa hewa ambayo inaweza kusababisha shida nyingi kwa mtu. Kwa nini hatujisikii? Hii ni kutokana na sababu mbili: kwanza, pia kuna shinikizo la ndani ndani ya mtu mwenyewe, ambalo linapinga shinikizo la anga la nje, na pili, hewa, kuwa gesi, hutoa shinikizo kwa pande zote kwa usawa, yaani, shinikizo katika pande zote kusawazisha kila mmoja. nyingine.
