Quanto pesa o ar que ocupa um volume de 1 m3? O que é a densidade do ar e a que ela é igual em condições normais? Determinação do peso do ar sob determinadas condições

Muitos podem se surpreender com o fato de o ar ter um certo peso diferente de zero. Valor exato Este peso não é tão fácil de determinar, pois é muito influenciado por fatores como composição química, umidade, temperatura e pressão. Vamos dar uma olhada mais de perto na questão de quanto pesa o ar.

O que é ar

Antes de responder à questão de quanto pesa o ar, é necessário entender o que é essa substância. O ar é uma concha gasosa que existe ao redor do nosso planeta e que é uma mistura homogênea de vários gases. O ar contém os seguintes gases:

nitrogênio (78,08%);
oxigênio (20,94%);
argônio (0,93%);
vapor d'água (0,40%);
dióxido de carbono (0,035%).

Além dos gases listados acima, também estão presentes no ar néon (0,0018%), hélio (0,0005%), metano (0,00017%), criptônio (0,00014%), hidrogênio (0,00005%), amônia ( 0,0003%).

É interessante notar que esses componentes podem ser separados pela condensação do ar, ou seja, transformando-o no estado líquido aumentando a pressão e diminuindo a temperatura. Como cada componente do ar possui sua própria temperatura de condensação, desta forma é possível isolar todos os componentes do ar, o que é utilizado na prática.

Peso do ar e fatores que o afetam

O que o impede de responder exatamente à questão de quanto pesa um metro cúbico de ar? É claro que há uma série de fatores que podem influenciar bastante esse peso.

Em primeiro lugar, esta é a composição química. Os dados acima referem-se à composição do ar limpo, porém, atualmente esse ar em muitos lugares do planeta está fortemente poluído e, consequentemente, sua composição será diferente. Sim, perto grandes cidades o ar contém mais dióxido de carbono, amônia e metano do que o ar nas áreas rurais.

Em segundo lugar, a umidade, ou seja, a quantidade de vapor d'água contida na atmosfera. Quanto mais úmido o ar, menos ele pesa, sendo outras coisas iguais.

Em terceiro lugar, a temperatura. Este é um dos fatores importantes; quanto menor for o seu valor, maior será a densidade do ar e, consequentemente, maior será o seu peso.

Em quarto lugar, Pressão atmosférica, que reflete diretamente o número de moléculas de ar em um determinado volume, ou seja, seu peso.

Para entender como a combinação desses fatores afeta o peso do ar, vamos dar um exemplo simples: a massa de um metro cúbico de ar seco a uma temperatura de 25 ° C, localizado próximo à superfície da terra, é de 1,205 kg, se considerarmos um volume semelhante de ar próximo à superfície do mar a uma temperatura de 0 ° C, então sua massa já será igual a 1,293 kg, ou seja, aumentará 7,3%.

Mudança na densidade do ar com a altitude

À medida que a altitude aumenta, a pressão do ar cai e a sua densidade e peso diminuem correspondentemente. O ar atmosférico nas pressões observadas na Terra pode, numa primeira aproximação, ser considerado um gás ideal. Isso significa que a pressão e a densidade do ar estão matematicamente relacionadas entre si através da equação de estado de um gás ideal: P = ρ*R*T/M, onde P é a pressão, ρ é a densidade, T é a temperatura em Kelvin, M é massa molar do ar, R é a constante universal dos gases.

A partir da fórmula acima, você pode obter uma fórmula para a dependência da densidade do ar com a altura, levando em consideração que a pressão muda de acordo com a lei P = P 0 +ρ*g*h, onde P 0 é a pressão na superfície da terra, g é a aceleração da gravidade, h é a altura. Substituindo esta fórmula de pressão na expressão anterior e expressando a densidade, obtemos: ρ(h) = P 0 *M/(R*T(h)+g(h)*M*h). Usando esta expressão, você pode determinar a densidade do ar em qualquer altitude. Assim, o peso do ar (seria mais correto dizer massa) é determinado pela fórmula m(h) = ρ(h)*V, onde V é o volume dado.

Na expressão da dependência da densidade com a altura, nota-se que a temperatura e a aceleração gravitacional também dependem da altura. A última dependência pode ser negligenciada se estivermos falando de alturas não superiores a 1-2 km. Quanto à temperatura, a sua dependência da altura é bem descrita pela seguinte expressão empírica: T(h) = T 0 -0,65*h, onde T 0 é a temperatura do ar próximo à superfície terrestre.

Para não calcular constantemente a densidade para cada altitude, apresentamos a seguir uma tabela da dependência das principais características do ar com a altitude (até 10 km).

Qual ar é o mais pesado

Considerando os principais fatores que determinam a resposta à questão de quanto pesa o ar, você pode entender qual ar será mais pesado. Para resumir, ar frio pesa sempre mais que o ar quente, pois a densidade deste é menor, e o ar seco pesa mais que o ar úmido. A última afirmação é fácil de entender, pois é 29 g/mol, e a massa molar de uma molécula de água é 18 g/mol, ou seja, 1,6 vezes menor.

Determinação do peso do ar sob determinadas condições

Agora vamos resolver um problema específico. Vamos responder à questão de quanto pesa o ar, ocupando um volume de 150 litros, a uma temperatura de 288 K. Vamos levar em consideração que 1 litro é um milésimo de metro cúbico, ou seja, 1 litro = 0,001 m 3. Já a temperatura de 288 K corresponde a 15 ° C, ou seja, é típica de muitas regiões do nosso planeta. Em seguida, você precisa determinar a densidade do ar. Você pode fazer isso de duas maneiras:

Calcule usando a fórmula acima para uma altitude de 0 metros acima do nível do mar. Neste caso, o valor obtido é ρ = 1,227 kg/m 3
Veja a tabela acima, que foi construída com base em T 0 = 288,15 K. A tabela contém o valor ρ = 1,225 kg/m 3.

Assim, temos dois números que concordam bem entre si. A ligeira diferença se deve a um erro de 0,15 K na determinação da temperatura, e também ao fato do ar ainda não ser um gás ideal, mas sim um gás real. Portanto, para cálculos posteriores, tomaremos a média dos dois valores obtidos, ou seja, ρ = 1,226 kg/m 3.

Agora, usando a fórmula da relação entre massa, densidade e volume, obtemos: m = ρ*V = 1,226 kg/m 3 * 0,150 m 3 = 0,1839 kg ou 183,9 gramas.

Você também pode responder quanto pesa um litro de ar sob determinadas condições: m = 1,226 kg/m3 * 0,001 m3 = 0,001226 kg ou aproximadamente 1,2 gramas.

Por que não sentimos o ar nos pressionando?

Quanto pesa 1 m3 de ar? Um pouco mais de 1 quilo. Toda a tabela atmosférica do nosso planeta pressiona uma pessoa com peso de 200 kg! Esta é uma massa de ar bastante grande que pode causar muitos problemas a uma pessoa. Por que não sentimos isso? Isso se explica por dois motivos: em primeiro lugar, dentro da própria pessoa também existe uma pressão interna, que neutraliza a pressão atmosférica externa, e em segundo lugar, o ar, sendo um gás, exerce pressão igualmente em todas as direções, ou seja, as pressões em todas as direções se equilibram. outro.

Ar comprimidoé o ar sob pressão maior que a pressão atmosférica.

O ar comprimido é um transportador de energia único, juntamente com a eletricidade, gás natural e água. Em ambientes industriais, o ar comprimido é usado principalmente para acionar dispositivos e mecanismos acionados pneumaticamente (acionamento pneumático).

No dia a dia, praticamente não percebemos o Ar que nos rodeia. No entanto, ao longo da história humana, as pessoas usaram propriedades únicas ar. A invenção da vela e da forja, do moinho de vento e balão de ar quente tornaram-se os primeiros passos no uso do ar como transportador de energia.

Com a invenção do compressor, iniciou-se a era do uso industrial do ar comprimido. E a pergunta: " O que é o ar e quais propriedades ele possui? - ficou longe de estar ocioso.

Ao começar a projetar um novo sistema pneumático ou modernizar um existente, seria útil lembrar sobre algumas propriedades do ar, termos e unidades de medida.

O ar é uma mistura de gases, consistindo principalmente de nitrogênio e oxigênio.

Composição do ar
Elemento*	Designação	Por volume, %	Por peso, %

Oxigênio

Dióxido de carbono	CO2

	Capítulo 4




	H2O

A massa molar relativa média é -28,98. 10-3kg/mol

*A composição do ar pode variar. Normalmente, em áreas industriais o ar contém

A densidade do ar é uma quantidade física que caracteriza a gravidade específica do ar em condições naturais ou a massa de gás na atmosfera terrestre por unidade de volume. O valor da densidade do ar é função da altura das medições realizadas, sua umidade e temperatura.

A densidade padrão do ar é considerada 1,29 kg/m3, que é calculada como a razão entre sua massa molar (29 g/mol) e o volume molar, o mesmo para todos os gases (22,413996 dm3), correspondente à densidade do ar seco. ar a 0° C (273,15° K) e uma pressão de 760 mmHg (101325 Pa) ao nível do mar (ou seja, em condições normais).

Não muito tempo atrás, informações sobre a densidade do ar eram obtidas indiretamente por meio de observações de auroras, propagação de ondas de rádio e meteoros. Desde o seu início satélites artificiais A densidade do ar da Terra começou a ser calculada graças aos dados obtidos na sua frenagem.

Outro método é observar a propagação de nuvens artificiais de vapor de sódio criadas por foguetes meteorológicos. Na Europa, a densidade do ar na superfície da Terra é de 1,258 kg/m3, a uma altitude de cinco km - 0,735, a uma altitude de vinte km - 0,087, a uma altitude de quarenta km - 0,004 kg/m3.

Existem dois tipos de densidade do ar: massa e peso (gravidade específica).

A densidade de peso determina o peso de 1 m3 de ar e é calculada pela fórmula γ = G/V, onde γ é a densidade de peso, kgf/m3; G é o peso do ar, medido em kgf; V é o volume de ar, medido em m3. Determinado que 1 m3 de ar em condições padrão(pressão barométrica 760 mmHg, t=15°С) pesa 1,225 kgf, com base nisso, a densidade de peso (gravidade específica) de 1 m3 de ar é γ = 1,225 kgf/m3.

Deve-se levar em conta que o peso do ar é uma quantidade variável e mudanças dependendo várias condições, como a latitude geográfica e a força de inércia que ocorre quando a Terra gira em torno de seu eixo. Nos pólos, o peso do ar é 5% maior que no equador.

A densidade de massa do ar é a massa de 1 m3 de ar, denotada pela letra grega ρ. Como você sabe, o peso corporal é uma quantidade constante. A unidade de massa é considerada a massa de um peso de irideto de platina, localizado na Câmara Internacional de Pesos e Medidas em Paris.

A densidade de massa do ar ρ é calculada usando a seguinte fórmula: ρ = m/v. Aqui m é a massa de ar, medida em kg×s2/m; ρ é a sua densidade de massa, medida em kgf×s2/m4.

As densidades de massa e peso do ar dependem de: ρ = γ/g, onde g é o coeficiente de aceleração gravitacional igual a 9,8 m/s². Segue-se que a densidade de massa do ar sob condições padrão é 0,1250 kg×s2/m4.

À medida que a pressão barométrica e a temperatura mudam, a densidade do ar muda. Baseado na lei de Boyle-Marriott, quanto maior a pressão, maior a densidade do ar. Porém, à medida que a pressão diminui com a altitude, a densidade do ar também diminui, o que introduz seus próprios ajustes, como resultado dos quais a lei das mudanças de pressão vertical se torna mais complexa.

A equação que expressa esta lei da mudança de pressão com a altura em uma atmosfera em repouso é chamada equação básica da estática.

Afirma que com o aumento da altitude, a pressão muda para baixo e ao subir para a mesma altura, quanto maior a diminuição da pressão, maior será a gravidade e a densidade do ar.

Mudanças na densidade do ar desempenham um papel importante nesta equação. Como resultado, podemos dizer que quanto mais alto você sobe, menos pressão cairá ao subir para a mesma altura. A densidade do ar depende da temperatura da seguinte forma: no ar quente a pressão diminui menos intensamente do que no ar frio, portanto, na mesma altura, a pressão na massa de ar quente é maior do que na fria.

Com valores variáveis de temperatura e pressão, a densidade de massa do ar é calculada pela fórmula: ρ = 0,0473xB / T. Aqui B é a pressão barométrica, medida em mm de mercúrio, T é a temperatura do ar, medida em Kelvin .

Como escolher, de acordo com quais características, parâmetros?

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A densidade também é determinada pela umidade do ar. A presença de poros de água leva a uma diminuição da densidade do ar, o que é explicado pela baixa massa molar da água (18 g/mol) em relação à massa molar do ar seco (29 g/mol). O ar úmido pode ser considerado uma mistura de gases ideais, em cada um dos quais uma combinação de densidades permite obter o valor de densidade necessário para sua mistura.

Este tipo de interpretação permite determinar valores de densidade com um nível de erro inferior a 0,2% na faixa de temperatura de -10 °C a 50 °C. A densidade do ar permite obter o valor do seu teor de umidade, que é calculado dividindo a densidade do vapor d'água (em gramas) contido no ar pela densidade do ar seco em quilogramas.

A equação básica da estática não nos permite resolver problemas práticos que surgem constantemente nas condições reais de uma atmosfera em mudança. Portanto, é resolvido sob várias suposições simplificadas que correspondem às condições reais reais, fazendo uma série de suposições parciais.

A equação básica da estática permite obter o valor do gradiente de pressão vertical, que expressa a variação da pressão durante a subida ou descida por unidade de altura, ou seja, a variação da pressão por unidade de distância vertical.

Em vez de um gradiente vertical, seu valor inverso é freqüentemente usado - o nível de pressão em metros por milibar (às vezes também é usada uma versão desatualizada do termo “gradiente de pressão” - gradiente barométrico).

A baixa densidade do ar determina pouca resistência ao movimento. Muitos animais terrestres evoluíram para aproveitar os benefícios ambientais desta propriedade. ambiente aéreo, devido ao qual adquiriram a habilidade de voar. 75% de todas as espécies de animais terrestres são capazes de voar ativamente. São principalmente insetos e aves, mas também existem mamíferos e répteis.

Vídeo sobre o tema “Determinação da densidade do ar”

O ar é uma quantidade intangível, não pode ser tocado nem cheirado, está em toda parte, mas para o ser humano é invisível, não é fácil saber quanto pesa o ar, mas é possível. Se a superfície da Terra, como numa brincadeira infantil, for desenhada em pequenos quadrados medindo 1x1 cm, então o peso de cada um deles será igual a 1 kg, ou seja, 1 cm 2 de atmosfera contém 1 kg de ar.

Isso pode ser comprovado? Bastante. Se você construir uma escala com um lápis comum e dois balões, fixando a estrutura ao fio, o lápis ficará equilibrado, pois o peso das duas bolas infladas é o mesmo. Uma vez perfurado um dos balões, a vantagem estará na direção do balão inflado, pois o ar do balão danificado escapou. Conseqüentemente, a simples experiência física prova que o ar tem um certo peso. Mas, se pesarmos o ar em uma superfície plana e nas montanhas, sua massa será diferente - o ar da montanha é muito mais leve do que o ar que respiramos perto do mar. Razões pesos diferentes alguns:

O peso de 1 m 3 de ar é 1,29 kg.

quanto mais alto o ar sobe, mais rarefeito ele se torna, ou seja, no alto das montanhas, a pressão do ar não será de 1 kg por cm 2, mas a metade, mas o conteúdo de oxigênio necessário para a respiração também diminui exatamente pela metade , que pode causar tontura, náusea e dor de ouvido;
conteúdo de água no ar.

A mistura de ar inclui:

1.Nitrogênio – 75,5%;

2. Oxigênio – 23,15%;

3. Argônio – 1,292%;

4. Dióxido de carbono – 0,046%;

5. Néon – 0,0014%;

6. Metano – 0,000084%;

7. Hélio – 0,000073%;

8. Criptônio – 0,003%;

9. Hidrogênio – 0,00008%;

10. Xenônio – 0,00004%.

A quantidade de ingredientes no ar pode mudar e, consequentemente, a massa de ar também sofre mudanças no sentido de aumentar ou diminuir.

o ar sempre contém vapor de água. A lei física é que quanto maior a temperatura do ar, Mais água contém. Este indicador é chamado de umidade do ar e afeta seu peso.

Em que é medido o peso do ar? Existem vários indicadores que determinam sua massa.

Quanto pesa um cubo de ar?

A uma temperatura de 0° Celsius, o peso de 1 m 3 de ar é 1,29 kg. Ou seja, se você alocar mentalmente um espaço em uma sala com altura, largura e comprimento iguais a 1 m, então esse cubo de ar conterá exatamente essa quantidade de ar.

Se o ar tem peso e peso bastante perceptível, por que a pessoa não sente peso? Esse fenômeno físico, como a pressão atmosférica, implica que cada habitante do planeta é pressionado por uma coluna de ar pesando 250 kg. A área média da palma de um adulto é de 77 cm2. Ou seja, de acordo com as leis físicas, cada um de nós tem 77 kg de ar na palma da mão! Isso equivale ao fato de carregarmos constantemente pesos de 5 libras em cada mão. EM Vida real Mesmo um levantador de peso não consegue fazer isso, porém, cada um de nós aguenta facilmente tal carga, pois a pressão atmosférica pressiona de ambos os lados, tanto de fora do corpo humano quanto de dentro, ou seja, a diferença acaba sendo zero.

As propriedades do ar são tais que afetam o corpo humano de maneira diferente. No alto das montanhas, devido à falta de oxigênio, as pessoas experimentam alucinações visuais e, em grandes profundidades, a combinação de oxigênio e nitrogênio em uma mistura especial - “gás hilariante” - pode criar uma sensação de euforia e uma sensação de leveza.

Conhecendo essas quantidades físicas, podemos calcular a massa da atmosfera terrestre - a quantidade de ar que é retida no espaço próximo à Terra por forças gravitacionais. O limite superior da atmosfera termina a uma altitude de 118 km, ou seja, conhecendo o peso de m 3 de ar, pode-se dividir toda a superfície em colunas de ar, com base de 1x1 m, e somar a massa resultante de tais colunas. Em última análise, será igual a 5,3 * 10 elevado à décima quinta potência de toneladas. O peso da armadura aérea do planeta é bastante grande, mas representa apenas um milionésimo da massa total globo. A atmosfera da Terra serve como uma espécie de amortecedor que protege a Terra de surpresas cósmicas desagradáveis. Só com as tempestades solares que atingem a superfície do planeta, a atmosfera perde até 100 mil toneladas de sua massa por ano! Um escudo tão invisível e confiável é o ar.

Quanto pesa um litro de ar?

A pessoa não percebe que está constantemente rodeada de ar transparente e quase invisível. É possível ver esse elemento intangível da atmosfera? Visualmente, em movimento massas de ar transmitido diariamente na tela da televisão - quente ou frente fria traz o tão esperado aquecimento ou fortes nevascas.

O que mais sabemos sobre o ar? Provavelmente, é vitalmente necessário para todos os seres vivos que vivem no planeta. Todos os dias uma pessoa inspira e expira cerca de 20 kg de ar, um quarto dos quais é consumido pelo cérebro.

O peso do ar pode ser medido em diferentes unidades físicas, inclusive litros. O peso de um litro de ar será igual a 1,2930 gramas, a uma pressão de 760 mm Hg. coluna e temperatura de 0°C. Além do estado gasoso usual, o ar também pode ser encontrado na forma líquida. Para que uma substância transite para este estado de agregação, será necessária exposição a uma pressão enorme e a Baixas temperaturas. Os astrônomos sugerem que existem planetas cujas superfícies estão completamente cobertas por ar líquido.

As fontes de oxigênio necessárias à existência humana são as florestas amazônicas, que produzem até 20% desse elemento importante em todo o planeta.

As florestas são verdadeiramente os pulmões “verdes” do planeta, sem os quais a existência humana é simplesmente impossível. Portanto, as plantas de interior de um apartamento não são apenas uma peça de mobiliário, elas purificam o ar interior, cuja poluição é dezenas de vezes superior à do exterior.

O ar limpo há muito se tornou uma escassez nas megacidades; a poluição do ar é tão grande que as pessoas estão dispostas a comprar ar limpo. “Vendedores aéreos” apareceu pela primeira vez no Japão. Eles produziam e vendiam ar puro em latas, e qualquer residente de Tóquio poderia abrir uma lata de ar puro para jantar e desfrutar de seu aroma mais fresco.

A pureza do ar tem um impacto significativo não só na saúde humana, mas também na saúde animal. Em áreas poluídas de águas equatoriais, perto de áreas habitadas por humanos, dezenas de golfinhos estão morrendo. A causa da morte dos mamíferos é uma atmosfera poluída; nas autópsias de animais, os pulmões dos golfinhos lembram os pulmões dos mineiros, entupidos com pó de carvão. Os habitantes da Antártica, os pinguins, também são muito sensíveis à poluição do ar se o ar contiver um grande número de impurezas prejudiciais, eles começam a respirar pesadamente e de forma intermitente.

Para uma pessoa, o ar puro também é muito importante, por isso, depois de trabalhar no escritório, os médicos recomendam fazer caminhadas diárias de uma hora no parque, na floresta ou fora da cidade. Após essa terapia “aérea”, vitalidade o corpo é restaurado e o bem-estar melhora significativamente. A receita deste medicamento gratuito e eficaz é conhecida desde a antiguidade, muitos cientistas e governantes consideravam-no um ritual obrigatório; caminhadas diárias ao ar livre.

Para um morador urbano moderno, o tratamento do ar é muito relevante: uma pequena porção de ar vital, pesando 1-2 kg, é uma panacéia para muitas doenças modernas!

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