Плотность воздуха

Видео: ТЗН. Определение плотности воздуха

В повседневной жизни мало кто задумывается над тем, что такое плотность воздуха и какое значение этот показатель имеет вообще в существовании всего сущего на планете. А между тем, мы каждодневно видим летящие самолеты, парящих птиц, взлетающие ввысь и падающие вниз предметы и совсем не задумываемся над тем, что именно параметр плотности воздуха определяет наличие этих явлений.

Часто, проводя отдых в различных местах, мы говорим, что в одном месте был влажный воздух, а в другом - сухой. При этом добавляем, что в первом случае вам было легко передвигаться, дышать, а во втором вы испытывали тяжесть при движении, дискомфорт, который не испытывали при пребывании в обычной для вас климатической среде. В это время, мы забываем то, что нам говорили учителя еще во время обучения в школе на уроках физики – влажный воздух имеет плотность меньшую, чем воздух сухой, а, следовательно, и масса его меньше, чем у сухого.

На первый взгляд, это кажется парадоксальным, если принимать во внимание наши чувственные ощущения, о которых речь шла выше. Ведь действительно, как воздух, к которому еще добавляется вода в виде пара, может быть легче того, который воды не содержит?

Но это действительно так, и ответ на этот, парадоксальный, на первый взгляд, вопрос, ученые знали довольно давно.

Впервые гипотезу о том, что плотность влажного воздуха ниже, чем у воздуха сухого, высказал великий Исаак Ньютон в своей знаменитой книге «Оптика», которая была издана в Лондоне еще в 1717 году. Тем не менее, гипотеза великого англичанина не умела успеха – до самого восемнадцатого века ученые не просто не принимали ее, но и вообще не испытывали особого интереса к данной проблеме.

Чтобы хоть как-то приблизиться к пониманию проблемы – почему плотность воздуха зависит от его влажности - следует вспомнить несколько известных природных законов.

Например, в самом начале прошлого века Амадео Авогадро, знаменитый итальянский физик, установил, что независимо от вида газа, если взять его фиксированный объем, то при одинаковой температуре и одинаковом давлении, количество молекул в этом газе будет величиной постоянной. Эта величина и получила позднее названия константы Авогадро, так же стал называться и открытый им закон для газов.

Как проявляет себя этот закон, как зависит плотность воздуха от температуры, давления и влажности можно убедиться на довольно простом примере.

Как правило, сухой чистый (в химическом смысле) воздух, содержит в своем составе примерно 78% молекул азота, при этом атомный вес каждой из этих молекул равен 28. В составе воздуха еще 21% принадлежит молекулам кислорода, атомный вес молекул которого, равняется 32. Один процент в составе воздуха приходится на некоторые другие газы, которые присутствуют в нем, но для нашего расчета этот показатель будем считать несущественным.

Молекулы газа, как известно, обладают свойством свободного выхода за пределы резервуара, в котором находится газ. Так вот, Авогадро установил следующую закономерность: если в наш объем сухого газа, содержащего, как мы условились, молекулы азота и кислорода, добавить молекулы воды, то они и сделают наш воздух менее плотным. Объясняется это очень просто – молекулы воды имеют атомный вес меньше, чем у молекул азота и водорода, он равняется 18. А так как количество молекул в заданном объеме газа должно быть постоянным, то молекулы воды просто вытеснили молекулы азота и кислорода в составе воздуха, заменив их собой. Таким вот способом и становится плотность воздуха влажного меньшей, чем у сухого.

В этом примере, правда, есть одно противоречие. Оно состоит в том, что любой обыватель может воскликнуть, как же такое может быть, если плотность воды выше плотности воздуха. Ответ тут тоже прост: вода присутствует в воздухе в форме пара, который легче и азота и кислорода, а потому на такую «воду» распространяются все закономерности, выведенные гениальным Авогадро.

Видео: 14 Плотность воздуха зависит от температуры

Важно учитывать, что в большей степени зависит плотность воздуха от температуры и давления, чем от влажности. Потому влажный воздух имеет меньшую плотность, чем сухой только при условии сохранения одинаковых значений температуры и давления.