ბევრს შეიძლება გაუკვირდეს ის ფაქტი, რომ ჰაერს აქვს გარკვეული არანულოვანი წონა. ამ წონის ზუსტი მნიშვნელობის დადგენა არც ისე ადვილია, რადგან მასზე ძლიერ გავლენას ახდენს ისეთი ფაქტორები, როგორიცაა ქიმიური შემადგენლობა, ტენიანობა, ტემპერატურა და წნევა. მოდით უფრო ახლოს მივხედოთ კითხვას, რამდენს იწონის ჰაერი.
რა არის ჰაერი
სანამ უპასუხეთ კითხვაზე რამდენს იწონის ჰაერი, აუცილებელია გაიგოთ რა არის ეს ნივთიერება. ჰაერი არის აირისებრი გარსი, რომელიც არსებობს ჩვენი პლანეტის გარშემო და რომელიც წარმოადგენს სხვადასხვა აირების ერთგვაროვან ნარევს. ჰაერი შეიცავს შემდეგ გაზებს:
- აზოტი (78.08%);
- ჟანგბადი (20,94%);
- არგონი (0.93%);
- წყლის ორთქლი (0.40%);
- ნახშირორჟანგი (0.035%).
ზემოთ ჩამოთვლილი გაზების გარდა, ჰაერი ასევე შეიცავს მინიმალური რაოდენობით ნეონს (0,0018%), ჰელიუმს (0,0005%), მეთანს (0,00017%), კრიპტონს (0,00014%), წყალბადს (0,00005%), ამიაკი (0.0003%).
საინტერესოა აღინიშნოს, რომამ კომპონენტების გამოყოფა შეგიძლიათ, თუ ჰაერს კონდენსაციას გაუკეთებთ, ანუ გადააქცევთ მას თხევად მდგომარეობაში წნევის გაზრდით და ტემპერატურის შემცირებით. ვინაიდან ჰაერის თითოეულ კომპონენტს აქვს საკუთარი კონდენსაციის ტემპერატურა, ამ გზით შესაძლებელია ჰაერიდან ყველა კომპონენტის იზოლირება, რაც პრაქტიკაში გამოიყენება.
ჰაერის წონა და მასზე მოქმედი ფაქტორები
რა გიშლით ხელს ზუსტად უპასუხოთ კითხვაზე რამდენს იწონის ჰაერის კუბური მეტრი? რა თქმა უნდა, მთელი რიგი ფაქტორები შეიძლება დიდად იმოქმედოს ამ წონაზე.
პირველ რიგში, ეს არის ქიმიური შემადგენლობა. ზემოთ მოცემულია მონაცემები სუფთა ჰაერის შემადგენლობის შესახებ, თუმცა, ამჟამად ეს ჰაერი ძლიერ დაბინძურებულია პლანეტის ბევრ ადგილას, შესაბამისად, მისი შემადგენლობაც განსხვავებული იქნება. ამრიგად, დიდ ქალაქებთან ახლოს ჰაერი შეიცავს უფრო მეტ ნახშირორჟანგს, ამიაკს, მეთანს, ვიდრე ჰაერი სოფლად.
მეორე, ტენიანობა, ანუ ატმოსფეროში არსებული წყლის ორთქლის რაოდენობა. რაც უფრო ნოტიოა ჰაერი, მით ნაკლებს იწონის, სხვა თანაბარია.
მესამე, ტემპერატურა. ეს არის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი ფაქტორი, რაც უფრო დაბალია მისი ღირებულება, მით უფრო მაღალია ჰაერის სიმკვრივე და, შესაბამისად, უფრო დიდია მისი წონა.
მეოთხე, ატმოსფერული წნევა, რომელიც პირდაპირ ასახავს ჰაერის მოლეკულების რაოდენობას გარკვეულ მოცულობაში, ანუ მის წონაში.
იმისთვის, რომ გავიგოთ, როგორ მოქმედებს ამ ფაქტორების კომბინაცია ჰაერის წონაზე, ავიღოთ მარტივი მაგალითი: ერთი მეტრი მშრალი კუბური ჰაერის მასა 25 ° C ტემპერატურაზე, რომელიც მდებარეობს დედამიწის ზედაპირთან ახლოს,არის 1,205 კგ, მაგრამ თუ განვიხილავთ ჰაერის მსგავს მოცულობას ზღვის ზედაპირთან ახლოს 0°C ტემპერატურაზე, მაშინ მისი მასა უკვე 1,293 კგ იქნება, ანუ გაიზრდება 7,3%..
ჰაერის სიმკვრივის ცვლილება სიმაღლით
სიმაღლის მატებასთან ერთად ჰაერის წნევა იკლებს, შესაბამისად მცირდება მისი სიმკვრივე და წონა. ატმოსფერული ჰაერი იმ წნევაზე, რომელიც შეინიშნება დედამიწაზე, პირველი მიახლოებით შეიძლება ჩაითვალოს იდეალურ გაზად. ეს ნიშნავს, რომ ჰაერის წნევა და სიმკვრივე მათემატიკურად არის დაკავშირებული ერთმანეთთან იდეალური აირის მდგომარეობის განტოლებით: P=ρRT/M, სადაც P არის წნევა, ρ არის სიმკვრივე, T არის ტემპერატურა კელვინებში, M არის ჰაერის მოლური მასა, R არის უნივერსალური აირის მუდმივი.
ზემოხსენებული ფორმულიდან შეგიძლიათ მიიღოთ ჰაერის სიმკვრივის სიმაღლეზე დამოკიდებულების ფორმულა, იმის გათვალისწინებით, რომ წნევა იცვლება კანონის მიხედვით P=P0+ρ gh, სადაც P 0 - წნევა დედამიწის ზედაპირზე, g - თავისუფალი ვარდნის აჩქარება, h - სიმაღლე. ამ ფორმულის ზეწოლის წინა გამოსახულებით ჩანაცვლებით და სიმკვრივის გამოხატვით მივიღებთ: ρ(h)=P0M/(RT(h)+g(h) მ სთ). ამ გამოთქმის გამოყენებით შეგიძლიათ განსაზღვროთ ჰაერის სიმკვრივე ნებისმიერ სიმაღლეზე. შესაბამისად, ჰაერის წონა (უფრო სწორად, მასა) განისაზღვრება ფორმულით m(h)=ρ(h)V, სადაც V არის მოცემული მოცულობა.
სიმაღლეზე სიმკვრივის დამოკიდებულების გამოხატულებაში შეიძლება შეამჩნიოთ, რომ თავისუფალი ვარდნის ტემპერატურა და აჩქარება ასევე დამოკიდებულია სიმაღლეზე. ბოლო დამოკიდებულების უგულებელყოფა შეიძლება, თუ ვსაუბრობთ არაუმეტეს 1-2 კმ სიმაღლეზე. რაც შეეხება ტემპერატურას, ისსიმაღლეზე დამოკიდებულება კარგად არის აღწერილი შემდეგი ემპირიული გამოხატულებით: T(h)=T0-0, 65h, სადაც T0 არის ჰაერის ტემპერატურა მიწის ზედაპირთან ახლოს.
იმისათვის, რომ მუდმივად არ გამოვთვალოთ სიმკვრივე თითოეულ სიმაღლეზე, ქვემოთ მოცემულია ჰაერის ძირითადი მახასიათებლების დამოკიდებულების ცხრილი სიმაღლეზე (10 კმ-მდე).
რომელი ჰაერია ყველაზე მძიმე
განიხილეთ ძირითადი ფაქტორები, რომლებიც განსაზღვრავენ პასუხს კითხვაზე, რამდენს იწონის ჰაერი, შეგიძლიათ გაიგოთ, რომელი ჰაერი იქნება ყველაზე მძიმე. მოკლედ, ცივი ჰაერი ყოველთვის უფრო მეტს იწონის ვიდრე თბილი ჰაერი, ვინაიდან ამ უკანასკნელის სიმკვრივე უფრო დაბალია, ხოლო მშრალი ჰაერი ტენიანზე მეტს იწონის. ბოლო დებულება ადვილი გასაგებია, რადგან ჰაერის მოლური მასა არის 29 გ/მოლი, ხოლო წყლის მოლეკულის მოლური მასა 18 გ/მოლი, ანუ 1,6-ჯერ ნაკლები.
ჰაერის წონის განსაზღვრა მოცემულ პირობებში
ახლა მოვაგვაროთ კონკრეტული პრობლემა. მოდით ვუპასუხოთ კითხვას, რამდენს იწონის ჰაერი, რომელიც იკავებს 150 ლიტრ მოცულობას, 288 კ ტემპერატურაზე. განვიხილოთ, რომ 1 ლიტრი არის კუბური მეტრის მეათასედი, ანუ 1 ლიტრი=0,001 მ3.. რაც შეეხება 288 K ტემპერატურას, ის შეესაბამება 15°C-ს, ანუ დამახასიათებელია ჩვენი პლანეტის მრავალი რეგიონისთვის. შემდეგი ნაბიჯი არის ჰაერის სიმკვრივის განსაზღვრა. ამის გაკეთების ორი გზა არსებობს:
- გამოთვალეთ ზემოაღნიშნული ფორმულის გამოყენებით ზღვის დონიდან 0 მეტრის სიმაღლეზე. ამ შემთხვევაში, მნიშვნელობა ρ=1,227 კგ/მ მიიღება3
- შეხედეთ ზემოთ მოცემულ ცხრილს, რომელიც ეფუძნება T0=288,15 K. ცხრილი შეიცავს მნიშვნელობას ρ=1,225 კგ/მ 3.
ამგვარად, მივიღეთ ორი რიცხვი, რომლებიც კარგად შეესაბამება ერთმანეთს. მცირე განსხვავება განპირობებულია ტემპერატურის დადგენაში 0,15 K შეცდომით და ასევე იმით, რომ ჰაერი ჯერ კიდევ არ არის იდეალური, არამედ ნამდვილი გაზი. მაშასადამე, შემდგომი გამოთვლებისთვის ვიღებთ ორი მიღებული მნიშვნელობის საშუალოს, ანუ ρ=1, 226 კგ/მ3..
ახლა, მასის, სიმკვრივისა და მოცულობის ურთიერთობის ფორმულის გამოყენებით, ვიღებთ: m=ρV=1,226 კგ/მ30,150 მ3=0,1839 კგ ან 183,9 გრამი.
შეგიძლიათ უპასუხოთ რამდენს იწონის ლიტრი ჰაერი მოცემულ პირობებში: m=1,226 კგ/მ30,001 მ3=0,001226 კგ ან დაახლოებით 1,2 გრამი.
რატომ არ ვგრძნობთ, რომ ჰაერი გვაწვება
რამდენს იწონის 1 მ3 ჰაერი? 1 კილოგრამზე ცოტა მეტი. ჩვენი პლანეტის მთელი ატმოსფერული მაგიდა ზეწოლას ახდენს ადამიანზე 200 კგ წონით! ეს არის საკმარისად დიდი ჰაერის მასა, რამაც შეიძლება ადამიანს ბევრი უბედურება შეუქმნას. რატომ არ ვგრძნობთ ამას? ეს ორი მიზეზით არის განპირობებული: ჯერ ერთი, თავად ადამიანის შიგნით არის აგრეთვე შინაგანი წნევა, რომელიც ეწინააღმდეგება გარე ატმოსფერულ წნევას და მეორეც, ჰაერი, როგორც აირი, ახორციელებს წნევას ყველა მიმართულებით თანაბრად, ანუ ყველა მიმართულებით წნევა აბალანსებს თითოეულს. სხვა.
