Combien pèse un air occupant un volume de 1 m3 ? Qu'est-ce que la densité de l'air et à quoi correspond-elle dans des conditions normales ? Détermination du poids de l'air dans des conditions données
Beaucoup pourraient être surpris par le fait que l’air ait un certain poids non nul. Valeur exacte Ce poids n'est pas si facile à déterminer, car il est fortement influencé par des facteurs tels que composition chimique, humidité, température et pression. Examinons de plus près la question du poids de l'air.
Qu'est-ce que l'air
Avant de répondre à la question de savoir combien pèse l'air, il est nécessaire de comprendre ce qu'est cette substance. L'air est une coquille gazeuse qui existe autour de notre planète et qui est un mélange homogène de divers gaz. L'air contient les gaz suivants :
- azote (78,08 %) ;
- oxygène (20,94 %) ;
- argon (0,93 %) ;
- vapeur d'eau (0,40 %) ;
- dioxyde de carbone (0,035%).
En plus des gaz énumérés ci-dessus, l'air contient également des quantités minimes de néon (0,0018 %), d'hélium (0,0005 %), de méthane (0,00017 %), de krypton (0,00014 %), d'hydrogène (0,00005 %) et d'ammoniac (0,0003 %). .
Il est intéressant de noter que ces composants peuvent être séparés en condensant l’air, c’est-à-dire en le transformant en un état liquide en augmentant la pression et en diminuant la température. Étant donné que chaque composant de l'air a sa propre température de condensation, il est ainsi possible d'isoler tous les composants de l'air utilisé dans la pratique.
Poids de l'air et facteurs qui l'affectent
Qu'est-ce qui vous empêche de répondre exactement à la question de savoir combien pèse un mètre cube d'air ? Bien entendu, un certain nombre de facteurs peuvent grandement influencer ce poids.
Tout d’abord, c’est la composition chimique. Les données ci-dessus concernent la composition de l'air pur, cependant, actuellement, cet air est fortement pollué dans de nombreux endroits de la planète et, par conséquent, sa composition sera différente. Oui, ferme grandes villes l'air contient plus de dioxyde de carbone, d'ammoniac et de méthane que l'air des zones rurales.
Deuxièmement, l’humidité, c’est-à-dire la quantité de vapeur d’eau contenue dans l’atmosphère. Plus l’air est humide, moins il pèse, toutes choses étant égales par ailleurs.
Troisièmement, la température. C'est l'un des facteurs importants : plus sa valeur est faible, plus la densité de l'air est élevée et, par conséquent, plus son poids est important.
Quatrièmement, Pression atmosphérique, qui reflète directement le nombre de molécules d'air dans un certain volume, c'est-à-dire son poids.
Pour comprendre comment la combinaison de ces facteurs affecte le poids de l'air, donnons un exemple simple : la masse d'un mètre cube d'air sec à une température de 25°C, situé près de la surface de la terre, est de 1,205 kg, si on considère un volume d'air similaire près de la surface de la mer à une température de 0°C, alors sa masse sera déjà égale à 1,293 kg, c'est-à-dire qu'elle augmentera de 7,3 %.
Changement de la densité de l'air avec l'altitude
À mesure que l’altitude augmente, la pression de l’air diminue et sa densité et son poids diminuent en conséquence. L'air atmosphérique aux pressions observées sur Terre peut, en première approximation, être considéré comme un gaz parfait. Cela signifie que la pression et la densité de l'air sont mathématiquement liées l'une à l'autre via l'équation d'état d'un gaz parfait : P = ρ*R*T/M, où P est la pression, ρ est la densité, T est la température en kelvins, M est masse molaire d'air, R est la constante universelle des gaz.
À partir de la formule ci-dessus, vous pouvez obtenir une formule pour la dépendance de la densité de l'air à la hauteur, en tenant compte du fait que la pression change selon la loi P = P 0 +ρ*g*h, où P 0 est la pression à la surface de la terre, g est l'accélération de la gravité, h est la hauteur. En substituant cette formule de pression à l'expression précédente et en exprimant la densité, nous obtenons : ρ(h) = P 0 *M/(R*T(h)+g(h)*M*h). En utilisant cette expression, vous pouvez déterminer la densité de l'air à n'importe quelle altitude. En conséquence, le poids de l'air (il serait plus correct de dire masse) est déterminé par la formule m(h) = ρ(h)*V, où V est le volume donné.
Dans l'expression de la dépendance de la densité à la hauteur, on peut noter que la température et l'accélération gravitationnelle dépendent également de la hauteur. La dernière dépendance peut être négligée si nous parlons de hauteurs ne dépassant pas 1 à 2 km. Quant à la température, sa dépendance à l'altitude est bien décrite par l'expression empirique suivante : T(h) = T 0 -0,65*h, où T 0 est la température de l'air près de la surface terrestre.
Afin de ne pas calculer en permanence la densité pour chaque altitude, nous présentons ci-dessous un tableau de la dépendance des principales caractéristiques de l'air à l'altitude (jusqu'à 10 km).
Quel air est le plus lourd
En considérant les principaux facteurs qui déterminent la réponse à la question du poids de l'air, vous pouvez comprendre quel air sera le plus lourd. Pour le dire brièvement, air froid pèse toujours plus que l'air chaud, car la densité de ce dernier est plus faible, et l'air sec pèse plus que l'air humide. La dernière affirmation est facile à comprendre puisqu’elle est de 29 g/mol, et la masse molaire d’une molécule d’eau est de 18 g/mol, soit 1,6 fois inférieure.
Détermination du poids de l'air dans des conditions données
Résolvons maintenant un problème spécifique. Répondons à la question de savoir combien pèse l'air, occupant un volume de 150 litres, à une température de 288 K. Prenons en compte que 1 litre équivaut à un millième de mètre cube, soit 1 litre = 0,001 m 3. Quant à la température de 288 K, elle correspond à 15°C, c'est-à-dire qu'elle est typique de nombreuses régions de notre planète. Ensuite, vous devez déterminer la densité de l'air. Vous pouvez le faire de deux manières :
- Calculez en utilisant la formule ci-dessus pour une altitude de 0 mètre au-dessus du niveau de la mer. Dans ce cas, la valeur obtenue est ρ = 1,227 kg/m 3
- Regardez le tableau ci-dessus, qui a été construit sur la base de T 0 = 288,15 K. Le tableau contient la valeur ρ = 1,225 kg/m 3.
Nous avons donc deux nombres qui s’accordent bien. La légère différence est due à une erreur de 0,15 K dans la détermination de la température, mais aussi au fait que l'air n'est toujours pas un gaz parfait, mais un gaz réel. Par conséquent, pour la suite des calculs, nous prendrons la moyenne des deux valeurs obtenues, c'est-à-dire ρ = 1,226 kg/m 3.
Maintenant, en utilisant la formule de la relation entre la masse, la densité et le volume, nous obtenons : m = ρ*V = 1,226 kg/m 3 * 0,150 m 3 = 0,1839 kg ou 183,9 grammes.
Vous pouvez également répondre combien pèse un litre d'air dans des conditions données : m = 1,226 kg/m3 * 0,001 m3 = 0,001226 kg ou environ 1,2 grammes.
Pourquoi ne sentons-nous pas l’air se presser sur nous ?
Combien pèse 1 m3 d’air ? Un peu plus de 1 kilogramme. L'ensemble du tableau atmosphérique de notre planète exerce une pression sur une personne avec son poids de 200 kg ! Il s'agit d'une masse d'air assez importante qui pourrait causer beaucoup de problèmes à une personne. Pourquoi ne le sent-on pas ? Cela s'explique par deux raisons : premièrement, il existe également une pression interne à l'intérieur de la personne elle-même, qui s'oppose à la pression atmosphérique externe, et deuxièmement, l'air, étant un gaz, exerce une pression égale dans toutes les directions, c'est-à-dire que les pressions dans toutes les directions s'équilibrent. autre.
Air comprimé est de l'air sous une pression supérieure à la pression atmosphérique.
L'air comprimé est un vecteur énergétique unique avec l'électricité, gaz naturel et de l'eau. En milieu industriel, l'air comprimé est principalement utilisé pour entraîner des appareils et des mécanismes à entraînement pneumatique (entraînement pneumatique).
Dans la vie de tous les jours, nous ne remarquons pratiquement pas l'air qui nous entoure. Cependant, tout au long de l’histoire de l’humanité, les hommes ont utilisé propriétés uniques air. L'invention de la voile et de la forge, du moulin à vent et montgolfière sont devenus les premières étapes de l'utilisation de l'air comme vecteur d'énergie.
Avec l’invention du compresseur, commence l’ère de l’utilisation industrielle de l’air comprimé. Et la question : « Qu’est-ce que l’Air et quelles sont ses propriétés ? - est devenu loin d'être inactif.
Lorsque l’on commence à concevoir un nouveau système pneumatique ou à moderniser un système existant, il serait utile de se rappeler sur certaines propriétés de l'air, termes et unités de mesure.
L'air est un mélange de gaz composé principalement d'azote et d'oxygène.
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Composition de l'air |
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Élément* |
Désignation |
Par volume, % |
Par poids, % |
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Oxygène |
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Gaz carbonique |
CO2 |
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CH4 |
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H2O |
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La masse molaire relative moyenne est de -28,98. 10 -3 kg/mole
*La composition de l'air peut varier. Généralement, dans les zones industrielles, l'air contient
La densité de l'air est une grandeur physique qui caractérise la densité de l'air dans des conditions naturelles ou la masse de gaz dans l'atmosphère terrestre par unité de volume. La valeur de la densité de l'air est fonction de la hauteur des mesures effectuées, de son humidité et de sa température.
La densité standard de l'air est considérée comme étant de 1,29 kg/m3, calculée comme le rapport de sa masse molaire (29 g/mol) au volume molaire, le même pour tous les gaz (22,413996 dm3), correspondant à la densité de l'air sec. un air à 0°C (273,15°K) et une pression de 760 mmHg (101325 Pa) au niveau de la mer (c'est-à-dire dans des conditions normales).
Il n’y a pas si longtemps, les informations sur la densité de l’air étaient obtenues indirectement grâce à l’observation des aurores, de la propagation des ondes radio et des météores. Depuis sa création satellites artificiels La densité de l'air terrestre a commencé à être calculée grâce aux données obtenues lors de leur freinage.
Une autre méthode consiste à observer la propagation des nuages artificiels de vapeur de sodium créés par des fusées météorologiques. En Europe, la densité de l'air à la surface de la Terre est de 1,258 kg/m3, à une altitude de cinq km - 0,735, à une altitude de vingt km - 0,087, à une altitude de quarante km - 0,004 kg/m3.
Il existe deux types de densité de l'air : la masse et le poids (densité spécifique).
La densité de poids détermine le poids de 1 m3 d'air et est calculée par la formule γ = G/V, où γ est la densité de poids, kgf/m3 ; G est le poids de l'air, mesuré en kgf ; V est le volume d'air, mesuré en m3. Déterminé que 1 m3 d'air dans des conditions standards(pression barométrique 760 mmHg, t=15°С) pèse 1,225 kgf, sur cette base, la densité pondérale (densité spécifique) de 1 m3 d'air est γ = 1,225 kgf/m3.
Il faut tenir compte du fait que le poids de l'air est une quantité variable et change en fonction diverses conditions, comme la latitude géographique et la force d'inertie qui se produit lorsque la Terre tourne autour de son axe. Aux pôles, le poids de l’air est 5 % plus élevé qu’à l’équateur.
La densité de la masse d'air est la masse de 1 m3 d'air, désignée par la lettre grecque ρ. Comme vous le savez, le poids corporel est une quantité constante. L'unité de masse est considérée comme la masse d'un poids en platine iridure, situé à la Chambre internationale des poids et mesures à Paris.
La densité de la masse d'air ρ est calculée à l'aide de la formule suivante : ρ = m / v. Ici m est la masse d'air, mesurée en kg×s2/m ; ρ est sa masse volumique, mesurée en kgf×s2/m4.
Les densités de masse et de poids de l'air dépendent de : ρ = γ / g, où g est le coefficient d'accélération gravitationnelle égal à 9,8 m/s². Il s’ensuit que la densité massique de l’air dans des conditions standard est de 0,1250 kg×s2/m4.
À mesure que la pression barométrique et la température changent, la densité de l'air change. Selon la loi de Boyle-Marriott, plus la pression est élevée, plus la densité de l'air est élevée. Cependant, à mesure que la pression diminue avec l'altitude, la densité de l'air diminue également, ce qui introduit ses propres ajustements, ce qui rend la loi des changements de pression verticale plus complexe.
L'équation qui exprime cette loi de changement de pression avec l'altitude dans une atmosphère au repos s'appelle équation de base de la statique.
Il indique qu'avec l'augmentation de l'altitude, la pression diminue et lorsqu'on monte à la même hauteur, plus la diminution de pression est importante, plus la force de gravité et la densité de l'air sont grandes.
Les changements dans la densité de l’air jouent un rôle important dans cette équation. De ce fait, on peut dire que plus on monte haut, moins la pression chutera en montant à la même hauteur. La densité de l'air dépend de la température comme suit : dans l'air chaud, la pression diminue moins intensément que dans l'air froid, donc à même hauteur, la pression dans une masse d'air chaud est plus élevée que dans une masse d'air froid.
Avec des valeurs changeantes de température et de pression, la densité massique de l'air est calculée par la formule : ρ = 0,0473xB / T. Ici B est la pression barométrique, mesurée en mm de mercure, T est la température de l'air, mesurée en Kelvin .
Comment choisir, selon quelles caractéristiques, paramètres ?
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La densité est également déterminée par l'humidité de l'air. La présence de pores d'eau entraîne une diminution de la densité de l'air, qui s'explique par la faible masse molaire de l'eau (18 g/mol) sur fond de masse molaire de l'air sec (29 g/mol). L'air humide peut être considéré comme un mélange de gaz parfaits, dans chacun desquels une combinaison de densités permet d'obtenir la valeur de densité requise pour leur mélange.
Ce type d'interprétation permet de déterminer des valeurs de densité avec un niveau d'erreur inférieur à 0,2 % dans la plage de température allant de −10 °C à 50 °C. La densité de l'air permet d'obtenir la valeur de son taux d'humidité, qui se calcule en divisant la densité de vapeur d'eau (en grammes) contenue dans l'air par la densité de l'air sec en kilogrammes.
L'équation de base de la statique ne nous permet pas de résoudre des problèmes pratiques qui se posent constamment dans les conditions réelles d'une atmosphère changeante. Par conséquent, il est résolu sous diverses hypothèses simplifiées qui correspondent aux conditions réelles réelles en faisant un certain nombre d’hypothèses partielles.
L'équation de base de la statique permet d'obtenir la valeur du gradient de pression vertical, qui exprime la variation de pression lors de la montée ou de la descente par unité de hauteur, c'est-à-dire la variation de pression par unité de distance verticale.
Au lieu d'un gradient vertical, ils utilisent souvent sa valeur inverse - le niveau de pression en mètres par millibar (parfois une version obsolète du terme « gradient de pression » est également utilisée - gradient barométrique).
La faible densité de l’air détermine peu de résistance au mouvement. De nombreux animaux terrestres ont évolué pour profiter des avantages environnementaux de cette propriété. environnement aérien, grâce à quoi ils ont acquis la capacité de voler. 75 % de toutes les espèces d'animaux terrestres sont capables de voler activement. Ce sont principalement des insectes et des oiseaux, mais il existe également des mammifères et des reptiles.
Vidéo sur le thème « Détermination de la densité de l'air »
L'air est une quantité intangible, on ne peut pas le toucher ni le sentir, il est partout, mais pour l'homme il est invisible, il n'est pas facile de savoir combien pèse l'air, mais c'est possible. Si la surface de la Terre, comme dans un jeu d'enfant, est dessinée en petits carrés mesurant 1x1 cm, alors le poids de chacun d'eux sera égal à 1 kg, c'est-à-dire que 1 cm 2 d'atmosphère contient 1 kg d'air.
Cela peut-il être prouvé ? Assez. Si vous construisez une échelle à partir d'un crayon ordinaire et de deux des ballons, après avoir fixé la structure au fil, le crayon sera en équilibre, puisque le poids des deux boules gonflées est le même. Une fois l’un des ballons percé, l’avantage sera en direction du ballon gonflé, car l’air du ballon endommagé s’est échappé. Ainsi, une simple expérience physique prouve que l’air a un certain poids. Mais si vous pesez l'air sur une surface plane et dans les montagnes, sa masse s'avérera différente - l'air des montagnes est beaucoup plus léger que celui que nous respirons près de la mer. Les raisons différents poids quelques:
Le poids de 1 m 3 d'air est de 1,29 kg.
- plus l'air monte haut, plus il se raréfie, c'est-à-dire qu'en haute montagne, la pression de l'air ne sera pas de 1 kg par cm 2, mais deux fois moins, mais la teneur en oxygène nécessaire à la respiration diminue également exactement de moitié , qui peut provoquer des étourdissements, des nausées et des douleurs aux oreilles ;
- teneur en eau de l'air.
Le mélange d'air comprend :
1.Azote – 75,5 % ;
2. Oxygène – 23,15 % ;
3. Argon – 1,292 % ;
4. Dioxyde de carbone – 0,046 % ;
5. Néon – 0,0014 % ;
6. Méthane – 0,000084 % ;
7. Hélium – 0,000073 % ;
8. Krypton – 0,003 % ;
9. Hydrogène – 0,00008 % ;
10. Xénon – 0,00004 %.
La quantité d'ingrédients dans l'air peut changer et, par conséquent, la masse d'air subit également des changements dans le sens d'une augmentation ou d'une diminution.
- l'air contient toujours de la vapeur d'eau. La loi physique veut que plus la température de l'air est élevée, plus plus d'eau il contient. Cet indicateur s'appelle l'humidité de l'air et affecte son poids.
Dans quel poids l’air est-il mesuré ? Il existe plusieurs indicateurs qui déterminent sa masse.
Combien pèse un cube d’air ?
À une température de 0° Celsius, le poids de 1 m 3 d'air est de 1,29 kg. Autrement dit, si vous allouez mentalement un espace dans une pièce d'une hauteur, d'une largeur et d'une longueur égales à 1 m, alors ce cube d'air contiendra exactement cette quantité d'air.
Si l'air a un poids et un poids tout à fait perceptible, pourquoi une personne ne ressent-elle pas de lourdeur ? Ce phénomène physique, comme la pression atmosphérique, implique que chaque habitant de la planète est pressé par une colonne d'air pesant 250 kg. La superficie moyenne des paumes d'un adulte est de 77 cm2. Autrement dit, conformément aux lois physiques, chacun de nous détient 77 kg d'air dans la paume de sa main ! Cela équivaut au fait que nous portons constamment des poids de 5 livres dans chaque main. DANS vrai vie Même un haltérophile ne peut pas le faire, cependant, chacun de nous peut facilement gérer une telle charge, car la pression atmosphérique appuie des deux côtés, à la fois de l'extérieur du corps humain et de l'intérieur, c'est-à-dire que la différence est finalement nulle.
Les propriétés de l’air sont telles qu’il affecte différemment le corps humain. En haute montagne, en raison du manque d'oxygène, les gens éprouvent des hallucinations visuelles, et à de grandes profondeurs, la combinaison d'oxygène et d'azote dans un mélange spécial - le « gaz hilarant » - peut créer une sensation d'euphorie et d'apesanteur.
Connaissant ces grandeurs physiques, nous pouvons calculer la masse de l’atmosphère terrestre – la quantité d’air retenue dans l’espace proche de la Terre par les forces gravitationnelles. La limite supérieure de l'atmosphère se termine à une altitude de 118 km, c'est-à-dire qu'en connaissant le poids de m 3 d'air, vous pouvez diviser toute la surface en colonnes d'air, avec une base de 1x1 m, et additionner la masse résultante de telles colonnes. A terme, il sera égal à 5,3 * 10 à la quinzième puissance de tonnes. Le poids du blindage aérien de la planète est assez important, mais il ne représente qu'un millionième de la masse totale. globe. L'atmosphère terrestre sert en quelque sorte de tampon qui protège la Terre des mauvaises surprises cosmiques. Rien qu’aux tempêtes solaires qui atteignent la surface de la planète, l’atmosphère perd jusqu’à 100 000 tonnes de sa masse par an ! Un tel bouclier invisible et fiable est l’air.
Combien pèse un litre d’air ?
Une personne ne remarque pas qu'elle est constamment entourée d'air transparent et presque invisible. Est-il possible de voir cet élément intangible de l’atmosphère ? Visuellement, émouvant masses d'air diffusé quotidiennement sur l'écran de télévision - chaud ou front froid apporte un réchauffement tant attendu ou de fortes chutes de neige.
Que savons-nous d’autre sur l’air ? Probablement, c'est d'une importance vitale pour tous les êtres vivants vivant sur la planète. Chaque jour, une personne inspire et expire environ 20 kg d'air, dont un quart est consommé par le cerveau.
Le poids de l’air peut être mesuré en différentes unités physiques, dont les litres. Le poids d'un litre d'air sera égal à 1,2930 grammes, à une pression de 760 mm Hg. colonne et une température de 0°C. En plus de l’état gazeux habituel, l’air peut également se trouver sous forme liquide. Pour qu'une substance passe à cet état d'agrégation, elle devra être exposée à une pression énorme et à des pressions très élevées. basses températures. Les astronomes suggèrent qu'il existe des planètes dont la surface est entièrement recouverte d'air liquide.
Les sources d'oxygène nécessaires à l'existence humaine sont les forêts amazoniennes, qui en produisent jusqu'à 20 %. élément important partout sur la planète.
Les forêts sont véritablement le poumon « vert » de la planète, sans lequel l’existence humaine est tout simplement impossible. Ainsi, les plantes d'intérieur vivantes dans un appartement ne sont pas qu'un simple meuble, elles purifient l'air intérieur, dont la pollution est des dizaines de fois supérieure à celle de l'extérieur.
L'air pur est depuis longtemps une pénurie dans les mégapoles ; la pollution de l'air est si grande que les gens sont prêts à acheter de l'air pur. Les « vendeurs aériens » sont apparus pour la première fois au Japon. Ils produisaient et vendaient de l'air pur dans des canettes, et n'importe quel habitant de Tokyo pouvait ouvrir une canette d'air pur pour le dîner et profiter de son arôme le plus frais.
La pureté de l’air a un impact significatif non seulement sur la santé humaine, mais aussi sur la santé animale. Dans les zones polluées des eaux équatoriales, à proximité des zones peuplées par l'homme, des dizaines de dauphins meurent. La cause de la mort des mammifères est une atmosphère polluée ; lors des autopsies d'animaux, les poumons des dauphins ressemblent aux poumons des mineurs, obstrués par de la poussière de charbon. Les habitants de l'Antarctique, les manchots, sont également très sensibles à la pollution de l'air si l'air contient un grand nombre de impuretés nocives, ils commencent à respirer fortement et par intermittence.
Pour une personne, l'air pur est également très important, c'est pourquoi après avoir travaillé au bureau, les médecins recommandent de faire des promenades quotidiennes d'une heure dans le parc, la forêt ou en dehors de la ville. Après une telle thérapie « aérienne », vitalité le corps est restauré et le bien-être s'améliore considérablement. La recette de ce médicament gratuit et efficace est connue depuis l'Antiquité. De nombreux scientifiques et dirigeants la considéraient comme un rituel obligatoire ; promenades quotidiennesà l'air frais.
Pour un citadin moderne, le traitement de l'air est très pertinent : une petite portion d'air vital, pesant 1 à 2 kg, est une panacée à de nombreux maux modernes !
