Плотность 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.

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.

Масса воздуха - ???
Какова масса воздуха? Ответа на этот вопрос древние ученые не знали. Во времена младенчества науки многие считали, что воздух массы не имеет. В античном мире и даже в раннее средневековье были распространены многочисленные заблуждения, связанные с ...
далее
Молекулярная масса воздуха - определение
Молекулярная масса выражается суммой масс атомов, входящих в молекулу вещества. Обычно она выражается в а.е.м., (атомных единицах массы), иногда еще называется дальтон и обозначается D. За 1 а.е.м. сегодня принимается 1/12 массы С12 атома углерода, ...
далее
Теплофизические свойства паров
Многие ученики общеобразовательных заведений ужас как не любят физику, но, к сожалению, или к радости, от нее никуда не деться. И если вы не смогли разобраться в разделе "Теплофизические свойства паров" на занятиях, то данная статья вам в ...
далее
Узнаем как называется воздушная оболочка Земли? Строение, физические свойства и состав атмосферы
Ни для кого не секрет, что воздух — крайне важная часть биосферы. Ведь именно его уникальный состав обеспечивает возможность жизни на планете. Но как называется воздушная оболочка Земли? Что она собой представляет и чем уникальна? Каков ее химический состав и физические свойства? Эти вопросы интересуют многих.
далее
Узнаем как называется воздушная оболочка Земли? Строение, физические свойства и состав атмосферы
Наземно-воздушная среда: специфические особенности среды и ее краткая характеристика
Все живые существа, населяющие нашу, планету живут в определенных условиях, которые соответствуют уровню развития, чертам организации и жизнедеятельности организмов. Кем населена наземно-воздушная среда? Особенности среды, которая является самой населенной, и многое другое будет рассмотрено в нашей статье.
далее
Наземно-воздушная среда: специфические особенности среды и ее краткая характеристика
Сведения и факты об атмосфере. Атмосфера Земли
Атмосфера – это то, что обеспечивает возможность жизни на Земле. Самые первые сведения и факты об атмосфере мы получаем ещё в начальной школе. В старших классах мы уже подробнее знакомимся с этим понятием на уроках географии.
далее
Сведения и факты об атмосфере. Атмосфера Земли