Вес воздуха

То, что газы можно рассматривать как жидкости с низкой плотностью, не было очевидно три сотни лет назад. Законы гидростатического давления не казались универсальными. Но со временем ряду ученых удалось доказать, что воздух оказывает давление, которое, как и давление жидкости, зависит от высоты столба, и обладает массой.

Вес воздуха: опыты

Древние греки и римляне создали насосы, фонтаны, акведуки более двух тысяч лет назад, только они не знали, что воздуха, как всякие тела, обладает весом. Доказать это удалось только в 17 веке. Галилей провел ряд опытов: он накачивал сосуды воздухом и опускал их в жидкость, затем делал тоже самое с сосудами, из которых воздух перед этим выкачивался. Он увидел, что в первом случае сосуд погружался на большую глубину, что и доказало наличие у воздуха веса.

Опыт Галилея

Рис. 1. Опыт Галилея.

Под весом в этом случае разумеют не массу, а силу, измеряемую в Ньютонах. Она равна произведению массы на ускорение свободного падения. Галилей также рассчитал, что удельный вес воздуха (вес, деленный на объем) относится к удельному весу воды как 1:400.

Затем Торричелли, ученик Галилея, сконструировал первый в истории барометр, прибор, измеряющий давление атмосферы, и установил, что столб ртути высотой 760 мм давит с той же силой, что и толща воздуха над поверхностью планеты.

Опыт Торричели

Рис. 2. Опыт Торричели.

Удельный вес

Становление молекулярной физики позволило с большой точностью рассчитать плотность воздуха. Для это необходимо воспользоваться уравнением Менделеева-Клайпейрона для идеального газа:

$PV = {\frac {m}{M}} \cdot RT$

Тогда, разделив выражение на V, выразим из него плотность:

$\rho = \frac{P \cdot M}{R \cdot T}$

При нулевой влажности и стандартных температуре и давлении плотность воздуха равна:

$\rho = {1,2 кг \over м^3}$

С повышением влажности ввиду того, что плотность воды меньше (1000 кг\м3), плотность воздуха уменьшается. Также оказывает влияние температура воздуха. С ее увеличением кинетическая энергия молекул воздуха увеличивается, из-за чего расстояние между ними увеличивается. Воздух становится более разреженным. Тоже самое происходит, когда уменьшается давление. Внешнее воздействие в меньшей степени мешает молекулам удалятся друг от друга, а значит воздух вновь разрежается.

Графики зависимость плотности от температуры, давления и влажности

Рис. 3. Графики зависимость плотности от температуры, давления и влажности.

Чтобы определить удельный вес, необходимо полученное значение плотности умножить на ускорение свободного падения. В зависимости от выбранной системы единиц значения удельного веса и удельной плотности могут быть как различными, так и одинаковыми (например, плотность в СИ совпадает со значением удельного веса в МКГСС). В современной науке чаще всего оперируют понятие плотности, нежели понятием удельного веса.

Что мы узнали?

В ходе урока было рассмотрено становление представлений о воздухе, коротко описаны опыты, доказывающие наличие у воздуха веса и давления, а также приведены формулы для расчета его плотности. В завершении урока более подробно разобраны различия между понятиями удельного веса и плотности.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.5. Всего получено оценок: 43.

Предметы