Масса и плотность воздуха – биология

Вес воздуха. Атмосферное давление

Участник: Москаленко Ефим Борисович
Руководитель: Гурьянова Галина Александровна

Будьте внимательны, дисциплинированны, аккуратны, точно выполняйте указания учителя.
До начала работы приборы не трогать и не приступать к выполнению лабораторной работы до указания учителя.
Перед тем как приступить к выполнению работы, тщательно изучите её описание, уясните ход её выполнения.
Не оставляйте рабочего места без разрешения учителя.
Располагайте приборы, материалы, оборудование на рабочем месте в порядке, указанном учителем.
Не держите на рабочем столе предметы, не требующиеся при выполнении задания.
При пользовании весами взвешиваемое тело кладите на левую чашку, а разновесы на правую.
Взвешиваемое тело и гири опускайте на чаши осторожно, ни в коем случае не бросайте их.
По окончании работы с весами разновесы и гири поместите в футляр, а не на стол.
При работе со стеклянным оборудованием соблюдайте осторожность, располагайте их на рабочем месте так, чтобы не разбить их..
При работе с мензурками не пользуйтесь сосудами с трещинами или с повреждёнными краями.
Если сосуд разбит в процессе работы, уберите со стола осколки не руками или тряпкой, а сметите щёткой в совок.
При работе с динамометром не нагружайте его так, чтобы длина пружины выходила за ограничитель на шкале.
При выполнении практических работ с применением ниток – не обрывайте нитки, а обрезайте их ножницами.
При работе с жидкими веществами не пробуйте их на вкус, не разбрызгивайте и не разливайте.
При опускании груза в жидкость не сбрасывайте груз резко.
При пользовании рычагом-линейкой не забывайте придерживать свободный от грузов конец рукой.
При работе с мелкими предметами (горох, дробь, гайки и т.п.) используйте их только по назначению.
Не устанавливайте на краю стола штатив, во избежание его падения.
Будьте внимательны и осторожны при работе с колющими и режущимися предметами.
Берегите оборудование и используйте его по назначению.
При получении травмы обратитесь к учителю.

В своей работе по теме «Вес воздуха. Атмосферное давление» я проведу и объясню три эксперимента, описанные в учебнике Перышкина А.В. Физика. 7 класс.

Цель работы: расширение кругозора, повышение эрудиции, развитие интереса к экспериментальной физике, умений демонстрировать и объяснять опыты, научиться работать самостоятельно.

Выдвигаемая гипотеза: воздушная оболочка, окружающая Землю, оказывает давление на земную поверхность и тела, находящиеся на ней.

Внешняя газовая оболочка Земли называется атмосферой. Нижней границей атмосферы является земная поверхность. Верхняя граница проходит на высоте 3000 км. Воздух атмосферы удерживается у земной поверхности силой притяжения.

Общая масса атмосферы равна 5,136×1015 т (по другим источникам — 5,9×1015 т), что соответствует массе равномерно распределенного по Земле слоя воды в 10 м или слоя ртути толщиной в 76 см. Вес вышележащего столба воздуха определяет величину атмосферного давления. По своему строению воздушный океан напоминает дом. У него тоже есть свои «этажи».

Первый «этаж» – тропосфера. Второй «этаж» – стратосфера. Третий «этаж» – мезосфера. Четвертый «этаж» – термосфера. Пятый «этаж» – экзосфера.

Космонавтам удалось посмотреть, как выглядит атмосфера Земли со стороны. Вот как описывал увиденное сквозь иллюминаторы корабля «Восток – 2» летчик-космонавт Герман Степанович Титов: «Горизонт Земли окружен ореолом нежно-голубого цвета, который постепенно темнеет, становясь бирюзовым, синим, фиолетовым и, наконец, переходит в черный цвет…».

О том, что воздух имеет вес, мы часто забываем. Между тем, плотность воздуха у поверхности Земли при 0°С составляет 1,29 кг/м3.То, что воздух действительно имеет вес, было доказано Галилеем. А ученик Галилея Эванджелиста Торричелли предположил и смог доказать, что воздух оказывает давление на все тела, находящиеся на поверхности Земли. Это давление называется атмосферным давлением.

Рассчитать атмосферное давление по формуле расчета давления столба жидкости нельзя. Ведь для этого необходимо знать плотность и высоту столба жидкости или газа. Но у атмосферы нет четкой верхней границы, а плотность атмосферного воздуха уменьшается с ростом высоты. Поэтому Торричелли предложил совершенно другой способ для нахождения атмосферного давления.

Торричелли взял стеклянную трубку длиной около одного метра, запаянную с одного конца, налил в эту трубку ртуть и опустил трубку открытым концом в чашу с ртутью. Некоторое количество ртути вылилось в чашу, но большая часть ртути осталась в трубке. Изо дня в день уровень ртути в трубке незначительно колебался, то немного опускаясь, то немного поднимаясь.

Давление ртути создается весом столба ртути в трубке, так как в верхней части трубки над ртутью воздуха нет (там вакуум, который получил название «торричеллиева пустота»). Отсюда следует, что атмосферное давление равно давлению столба ртути в трубке.

Измерив высоту столба ртути, можно рассчитать давление, которое производит ртуть. Оно будет равно атмосферному. Если атмосферное давление уменьшается, то столб ртути в трубке Торричелли понижается, и наоборот.

Атмосферное давление у земной поверхности в среднем составляет 760 мм рт. ст.

Атмосферное давление определяет содержание кислорода в воздухе, то есть в зависимости от перепадов давления мы, то оказываемся в атмосфере с относительно низким содержанием кислорода, то подвергаемся воздействию его высоких концентраций.

В ответ на эти колебания раздражаются рецепторы кровеносных сосудов и часто происходит сосудистый спазм, особенно у людей пожилых, страдающих хроническими заболеваниями.

Изменяется частота сердечных сокращений и величина артериального давления, появляется головная боль, головокружение, бессонница, раздражительность.

У людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями, могут учащаться приступы стенокардии, возникать гипертонические кризы и нарушения сердечного ритма. Резкое понижение атмосферного давления может негативно сказаться на самочувствии больных с бронхолегочными заболеваниями, хроническими заболеваниями суставов.

В практике для измерения атмосферного давления используют металлический барометр, называемый анероидом (в переводе с греческого – «безжидкостный», так барометр называют потому, что он не содержит ртути).

Докажу с помощью опытов существование атмосферного давления.

Опыт № 1 по рисунку 133. Сосуд с водой и лист бумаги

Для опыта мне понадобятся: стакан или пустой сосуд, лист бумаги, сосуд с водой, книга. Возьму стакан и наполню его водой, накрою стакан листом бумаги и сверху еще накрою книгой. Переверну стакан с водой и отпущу книгу. Вода не выливается. Бумага остается как бы приклеенной к краю стакана.

Вывод из опыта № 1: на воду действует сила тяжести Земли, но вода не выливается, потому что снаружи лист бумаги прижимает сила атмосферного давления. Благодаря наличию атмосферного давления вода не выливается.

Сила атмосферного давления может быть продемонстрирована и в опыте с жестяной банкой, в которой кипит вода. Когда банка опускается в холодную воду, водяные пары конденсируются на стенках, их давление резко падает и банка сминается внешним атмосферным давлением.

На тело человека, поверхность которого при массе в 60 кг и росте 160 см, примерно равна 1,6 м2, действует сила в 160000 Н, обусловленная атмосферным давлением. Живые организмы выдерживают такие огромные нагрузки благодаря тому, что давление жидкостей, заполняющих сосуды тела, уравновешивает внешнее атмосферное давление.

Опыт № 2 по рисунку 132. Магдебургские полушария

Магдебургские полушария это физический прибор, состоящий из двух пустых металлических полушарий. Одно из них снабжено трубкой с краном и соединяется с насосом. Соединю два металлических полушария и выкачиваю воздух из полости между ними.

Давление атмосферы так сильно прижимает полушария друг к другу, что для разделения их нужно приложить большую силу. Пробую разорвать руками, не получается. Подвешиваю к нижнему полушарию груз массой 1 кг. Разорвать не удалось.

Стоит только открыть кран и полушария распадаются.

Вывод из опыта № 2: внутри полушарий воздуха нет, значит нет давления изнутри. Снаружи воздух оказывает давление и очень большое. Атмосферное давление существует.

Много и плодотворно изучением атмосферного давления занимался Отто фон Герике – бургомистр города Магдебурга. Он был образованным человеком: прошел курс наук в Иене и Лейпциге, изучал физику, математику, юридические науки.

В мае 1654 г. Отто фон Герике поставил опыт, который явился важным этапом в деле изучения атмосферы.

Для опыта подготовили два металлических полушария, одно с трубкой для откачивания воздуха. Их сложили вместе, между ними поместили кожаное кольцо, пропитанное расплавленным воском. С помощью насоса откачали воздух из полости, образовавшейся между полушариями.

На каждом из полушарий имелось прочное железное кольцо. Две восьмерки лошадей, впряженные в эти кольца, потянули в разные стороны, пытаясь разъединить полушария, но это им не удалось. Когда внутрь полушарий впустили воздух, они распались без внешнего усилия.

Резиновая присоска — это ещё один вариант магдебургских полушарий. Вакуум получается здесь при попытке оторвать присоску от гладкой поверхности.

Любопытно, что «магдебургские полушария» имеются у каждого человека: расширяющиеся концы бедренных костей удерживаются в кости таза именно атмосферным давлением.

Опыт № 3 по рисунку 129. Ливер

Для опыта мне понадобятся: ливер, служащий для взятия проб различных жидкостей, мензурка с подкрашенной водой, пустой сосуд.

Возьму ливер и опущу его в мензурку с подкрашенной водой. Подожду пока вода наберётся в ливер и закрою пальцем верхнее отверстие. Вынимаю из жидкости, вода не выливается. Когда верхнее отверстие открываю, из ливера начинает вытекать жидкость в пустой сосуд.

Вывод из опыта № 3: когда закрыто верхнее отверстие ливера, то атмосферное давление действует на воду снизу и не дает ей вытекать. Если открыто верхнее отверстие, то атмосферное давление есть и сверху, и снизу. Вода выливается из ливера под действием силы тяжести.

Атмосферное давление широко используется на практике, в медицине и живой природе.

Первым устройством, использующим атмосферное давление, был всасывающий водяной насос. Его изобрёл и описал древнегреческий механик Ктептизий в 1 веке до н.э. В те времена металлов ещё не было, и насосы изготавливались из дерева.

Конечно, они часто ломались и были недолговечны. Но их успешно использовали для тушения пожаров. Позднее, когда началась промышленная революция, с помощью таких насосов стали откачивать воду из шахт и рудников.

В наше время водяные насосы используются для подъёма воды из скважин и колодцев.

Пипетка – это прибор для получения капель жидкости. Принцип действия основан на действии атмосферного давления (соотношении давлений внутри пипетки и атмосферного). Опускаем пипетку в жидкость. Надавливаем на мягкую ее часть. При этом внутри пипетки давление становится меньше атмосферного.

Под действием избыточного атмосферного давления жидкость заполняет пипетку, если не сдавливать ее мягкую часть. Жидкость из пипетки не вытекает, так как давление столба жидкости в пипетке меньше, чем атмосферное.

Необходимо надавить на мягкую часть пипетки, давление внутри ее увеличится, и жидкость станет вытекать из пипетки.

Медицинский шприц – это прибор для ввода жидких лекарственных средств внутрь человека или животного. Принцип действия основан на действии атмосферного давления. Поршень шприца располагаем у его основания.

Опускаем шприц в жидкое лекарственное средство. При перемещении поршня от основания шприца вверх жидкость поднимается за поршнем под действием избыточного атмосферного давления.

При перемещении поршня к основанию шприца давление внутри шприца становится большим, чем вне его, и жидкость вытекает.

Медицинская банка предназначена для улучшения кровообращения, что необходимо при заболеваниях. Принцип действия основан на действии атмосферного давления.

При внесении внутрь банки зажженной ваты воздух расширяется, и давление будет меньшим, чем атмосферное. Поэтому банка “прилипает” к телу, вызывая его легкое вздутие.

Так как давление в кровеносных сосудах становится меньшим, чем атмосферное, кровь начинает поступать к этим участкам тела. Кровообращение улучшается.

Втягивание ртом жидкости вызывает расширение грудной клетки и разрежение воздуха как в легких, так и во рту. Повышенное по сравнению с внутренним наружное атмосферное давление «вгоняет» туда часть жидкости. Так организм человека использует атмосферное давление.

За счет мышечного усилия мы увеличиваем объем грудной клетки, при этом давление воздуха внутри легких уменьшается. Далее атмосферное давление «вталкивает» в легкие порцию воздуха. При выдыхании происходит обратное явление.

Слон использует атмосферное давление всякий раз, когда хочет пить. Шея у него короткая, и он не может нагнуть голову к воде, а опускает только хобот и втягивает воздух. Под действием атмосферного давления хобот наполняется водой, тогда слон изгибает его и выливает воду в рот.

Засасывающие действие болота объясняется тем, что при поднятии ноги под ней образуется разрежённое пространство. Перевес атмосферного давления в этом случае может достигать 1000 H на площадь ноги взрослого человека.

Однако копыта парнокопытных животных при вытаскивании из трясины пропускают воздух через свой разрез в образовавшееся разреженное пространство. Давление сверху и снизу копыта выравниваются, и нога вынимается без особого труда.

Вывод из проделанных опытов

Проведенные опыты подтверждают выдвинутую гипотезу. Вследствие действия силы тяжести верхние слои воздуха, подобно воде океана, сжимают нижние слои.

Воздушный слой, прилегающий непосредственно к Земле, сжат больше всего и, согласно закону Паскаля, передает производимое на него давление по всем направлениям.

В результате этого земная поверхность и тела, находящиеся на ней, испытывают давление всей толщи воздуха, или, как обычно говорят, испытывают атмосферное давление.

Ссылка на видеоролик: https://yadi.sk/i/3MNDTTud3JeSSe

Источник: https://rosuchebnik.ru/material/ves-vozdukha-atmosfernoe-davlenie-7509/

Низкая плотность воздуха

Плотность воздушной среды не оказывает значительного сопротивления при движении по поверхности земли (как правило, животные передвигаются по почве, а растения укореняются в ней), но затрудняет перемещение по вертикали, что связано с низкой подъемной силой и опорностью воздуха (в ходе эволюции наземные животные приобрели способность к активному полету, в основном с помощью мускульных усилий). Малая опорность воздуха обуславливает и ограничения в весе и размере наземных животных.

Ветер

Вследствие подвижности воздуха развита анемохория – расселение с помощью воздушных потоков. Организмы, переносимые таким образом, получили название аэропланктона (специальные адаптации – мелкие размеры тела, увеличение его площади за счет выростов, сильного расчленения и т.д.).

Бури, ураганы также оказывают экологическое воздействия на организмы, обуславливая такие их адаптации, как форма кроны (изгибание стволов и веток в подветренную сторону служат причиной образования флагообразной формы кроны), развитие стелющихся форм.

На островах, где сильные ветры бывают очень часто, преобладают утратившие способность к полету бескрылые птицы и насекомые (тех, кто способен подняться в воздух, сносит ветром в море и они погибают).

Важная экологическая роль ветра – косвенная и заключается в усилении или ослаблении воздействия на организмы температуры и влажности (при ветре легче переносится жара и тяжелее морозы, быстрее наступает иссушение и охлаждение организмов).

Световой режим

Световой режим зависит от высоты стояния солнца над горизонтом (угла падения солнечных лучей), условий погоды, прозрачности атмосферы. Освещенность на поверхности Земли варьирует в широких пределах в зависимости от времени года и времени суток, географической широты.

Свободное поступление солнечной радиации, с одной стороны, требующее защитных приспособлений от вредного воздействия солнечных лучей, с другой стороны благоприятствующее процессу фотосинтеза.

Конкуренция за свет привела к формированию ряда приспособительных особенностей у растений: появились светолюбивые (гелиофиты), тенелюбивые (сциофиты) и теневыносливые.

Каждый вид из разных групп адаптируется к условиям освещения с помощью различных морфологических и физиологических приспособлений (расположение листовых пластинок, альбедо листа, состав и расположение (ориентировка) хлоропластов в тканях и т.д.).

Газовый состав

В приземном слое довольно однороден: кислород 20,9%, азот 78,1%, инертные газы 1%, углекислый газ 0,03%.

Кислород не является фактором, лимитирующим жизнь в наземной среде обитания (только местами, в специфических условиях, например, в разлагающихся растительных остатках, создается дефицит кислорода).

Высокое содержание кислорода способствовало повышению обмена веществ у наземных организмов, и на базе высокой эффективности окислительных процессов возникла гомойотермия животных.

Содержание углекислого газа в атмосфере влияет на скорость фотосинтеза. Его концентрация может существенно меняться вследствие антропогенной деятельности.

Азот для большинства обитателей наземной среды является инертным газом, но такие организмы как клубеньковые бактерии, клостридии обладают способностью связывать его и вовлекать в биологический круговорот.

Основной источник загрязнения атмосферного воздуха – антропогенный.

Водный режим

Дефицит влаги – одна из существенных особенностей водно-наземной среды обитания. Эволюция растений происходила путем приспособления к добыванию и сохранению влаги.

При оценке режима увлажнения следует учитывать

· общее количество поступающих осадков: в областях экваториального климата выпадает несколько тысяч мм осадков, воздух постоянно насыщен водяными парами, в жарких пустынях осадки практически отсутствуют (менее 100 мм в год);

· соотношение осадков и испаряемости (суммарного годового испарения со свободной водной поверхности): выделяют аридные области – сухие, засушливые, где испарение превышает годовую сумму осадков, гумидные или влажные и полу- или семиаридные переходные зоны;

· периодичность поступления влаги и ее физические формы.

Осадки, кроме обеспечения организмов влагой играют и другую роль. При этом особое значение имеют ливни (образующиеся потоки оказывают разрушительное воздействие на экосистемы), град.

Многообразна экологическая роль снежного покрова. Снег – теплоизолятор (предохраняет зимующие у поверхности земли растения, мелких животных от замерзания, в сильные морозы под снегом прячутся рябчики, куропатки, тетерева). Сругой стороны глубокий снег мешает крупным животным передвигаться, добывать корм, приводит к механическому повреждению и выпреванию растений

Температурный режим

Основная особенность – большой размах температурных колебаний: сезонный размах в Средней Азии – 68-770С, суточный – 25-380С; в Якутии годовой размах от -64 до +350С.

Еще больше перепады на границе почва-атмосфера, где создается особый тепловой режим: днем сильное нагревание за счет окраски почвы, ночью сильное лучеиспускание.

В результате растения и животные вырабатывают особые адаптационные приспособления, рассмотренные в предыдущей лекции.

В дополнение к вышеуказанным факторам следует указать высокое разнообразие ландшафтов, благоприятствующее видовому разнообразию.

Почва как среда жизни

По сравнению с ранее рассмотренными средами жизни почва обладает особенностями водного, температурного, светового, питательного режима, а также рядом других свойств.

Водный режим

Почва содержит определенное количество влаги, зависящее от режима увлажнения и свойств почвы: гранулометрического состава, содержания органического вещества, структурности и т.д. Следует учитывать, что почвенная влага может быть в разной степени доступной.

Выделяют различные категории влаги: гравитационная, капиллярная, сорбированная с различной прочностью сорбции. Выделяют физическую и физиологическую сухость почв. Физическая сухость возникает при недостатке осадков и иссушении почвы. Физиологическая – при физиологической недоступности доступной воды.

Например, при низких температурах корни не в состоянии поглощать воду даже при ее обилии. Физиологически сухими являются и засоленные почвы.

С водным режимом тесно связан и газовый режим почв. При переувлажнении капилляры закупориваются водяными пробками, кислород расходуется на дыхание и окисление и в почве появляются анаэробные условия.

Температурный режим

Почва – относительно теплоемкая среда, за счет чего перепады температур в ней хоть и больше, чем в воде, но меньше, чем на поверхности.

Световой режим

Свет проникает лишь в верхние несколько миллиметров почвенного профиля. В связи с этим фотосинтезирующие организмы (водоросли) растут лишь в верхней корочке почвы.

Элементы питания

По сравнению с водными местообитаниями для почв характерно высокое содержание биогенных элементов.

Кроме того, для почвы и наземно-воздушной среды обитания особое значение имеет способность почвы удерживать в ППК биогенные элементы, предохраняя их от вымывания и обеспечивая процесс биоаккумуляции.

Буферная способность, связанная с наличием органических и минеральных коллоидов, обеспечивает также устойчивость почв к кислотным воздействиям, поступлению ряда токсичных элементов.

Плотность

Почва – плотная среда, что предъявляет определенные требования к размеру почвенных организмов, а также к развитию у них специализированных органов перемещения.

Источник: https://megaobuchalka.ru/10/29107.html

Физические свойства воздуха

На характер обтекания, воздушным потоком, существенное влияние оказывают физические свойства воздуха: инертность, вязкость, сжимаемость.

Инертность – свойство воздуха сопротивляться изменению состояния покоя или равномерного прямолинейного движения (второй закон Ньютона). Мерой инертности является массовая плотность воздуха.

Вязкостью называется способность жидкостей и газов сопротивляться усилиям сдвига своих частиц. Наибольшей вязкостью обладают твердые тела, у которых велики внутренние силы сцепления частиц. Газы, между молекулами которых расстояния достаточно велики, практически не сопротивляются относительному сдвигу слоев частиц в свободном потоке.

Однако, вязкость газа, не проявляемая в свободном потоке, сильно сказывается при движении потока вблизи твердой поверхности. Эффект “прилипания” (или “смачивания”) нижнего слоя потока приводит к торможению частиц в вышележащих слоях.

Большая доля сопротивления самолета в полете возникает вследствие поверхностного трения воздуха, обусловленного его вязкостью.

Сжимаемостью воздуха (или другого газа) называется его способность изменять свой объем и плотность при изменении температуры или давления.

На скоростях менее 450 км/ч, сжимаемость воздуха на аэродинамические характеристики и летные данные самолетов влияния практически не оказывает.

Способность воздуха сжиматься объясняется большими расстояниями между молекулами. У любого газа межмолекулярные силы сцепления малы. Газ, стремясь расшириться, занимает весь предоставленный ему объем.

Таким образом, воздух при изменении объема или сжимается или расширяется. При этом соответственно изменяется и его плотность. Сжимаемость оценивается отношением изменения плотности Dr к изменению давления DР, их относительной величиной.. Чем больше отношение тем больше сжимаемость.

Со сжимаемостью связана скорость распространения в воздухе звуковых волн.

Под звуковыми волнами следует понимать всякие малые возмущения плотности и давления, распространяющиеся в воздухе, а под скоростью звука – скорость распространения этих возмущений.

Параметры воздуха

Состояние атмосферы на различной высоте, оказывающее влияние на движение самолета, характеризуется параметрами воздуха: давлением, температурой и плотностью.

Давление- это сила, действующая на единицу площади перпендикулярно ей. Атмосферным давлнием называется давление, вызываемое весом вышележащих слоев воздуха и ударами его хаотически движущихся молекул.

Давление обозначается буквой Р, на уровне моря – Ро.

По международной системе СИ давление измеряется в Паскалях, т. е. ньютонах на квадратный метр (Н/м2).

Барометрическое давление– это давление, измеряемое в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). Обозначается буквой В, на уровне моря – Во. Давление на уровне моря в среднем равно 760 мм. рт. ст. Давление определяется по формуле: P=, где р – сила воздействия столба воздуха, кгс,

S – площадь, м2.

Давление в 1 кгс/см2 равнозначно давлению столба ртути высотой 735,6 мм. рт.ст.

Молекулы газов находятся в непрерывном хаотическом движении. Во время движения молекулы постоянно сталкиваются между собой. Поэтому в газе в отличие от твердых тел возникают силы внутреннего давления. Каждая молекула обладает определенной массой.

В результате хаотического движения молекул на поверхность тела оказывается силовое воздействие – так называемое статическое давление. На какое-либо тело оно действует со всех сторон одинаково, т.к.

удары молекул по всем направлениям равновероятны.

Если же некоторый объем воздуха находится в движении, то площадка дополнительно к статическому давлению подвергается силовому воздействию воздуха за счет кинетической энергии, пропорциональной квадрату скоростипотокаV2.

Это дополнительное давление называется динамическим давлением или скоростным напором. Следовательно, на тело действует так называемое полное давление: , которое зависит от скорости потока.

При аэродинамических исследованиях часто приходится измерять разность давлений. Для этого используются ртутные приборы – манометры (Рис1.3 ). Принцип их работы следующий: один конец трубки подсоединяется к пространству с атмосферным давлением, второй – к поверхности измеряемого участка. Разность уровней соответствует разности давлений : h=Ро-Р1.

Рис 1.3 Манометр

Температура– величина, характеризующая скорость хаотического движения молекул. Температуру воздуха можно измерять по двум шкалам: Цельсия и абсолютной шкале Кельвина.

За нуль градусов по шкале Цельсия принято считать температуру таяния льда, а за 100° – температуру кипения воды при атмосферном давлении, равном 760 мм рт. ст.

Если известна температура воздуха у земли, можно определить температуру воздуха на любой высоте по формуле:

tH=tO-6,5Н,

где tH– температура воздуха на заданной высоте;

t0– температура воздуха у земли;

Н – заданная высота, км.

6,5град /км – температурный градиент.

Задача. Температура воздуха у земли +10°С. Определить температуру воздуха над данным участком земли на высоте 7 км.

Решение:

t н= 10-6,50*7= – 35,50. Температура воздуха на высоте 7 км равна -35,5°С.

Температура, определяемая по шкале Кельвина, называетсяабсолютной температурой.

За нуль шкалы Кельвина принята температура, при которой прекращается тепловое движение молекул, она составляет-273° по шкале Цельсия. Абсолютную температуру можно найти по формуле:

T0К=t0С+2730,

где Т0– температура по шкале Кельвина,

t 0- температура по шкале Цельсия.

Задача Температура воздуха по шкале Цельсия равна -7°.Определить температуру воздуха на высоте 4 км по шкале Кельвина:

Решение:

Т=2730+(-7)-6,5*4=2400 К. Температура воздуха на высоте 4 км равна 2400К.

Плотность воздуха – это количество (масса) воздуха, содержащегося в 1м3 воздуха.

Установлено, что 1 м3 воздуха при стандартных атмосферных условиях (барометрическое давление 760мм.рт.ст., температура +150С) весит 1,225кгс.

Плотность обозначается греческой буквойи определяется по формуле:

кгс с2/м4 или кг/м3,

где m –масса воздуха,

V – объем, занимаемый воздухом, в м3.

Массовая плотность воздуха при стандартных атмосферных условиях равна 0,125 кгс с2/м4.

Массовая плотность, также как масса воздуха, является мерой инертности воздуха. Это является причиной сопротивления в полете.

Связь между параметрами воздуха.Плотность и давление воздуха взаимосвязаны. Чем больше плотность, тем больше молекул воздуха в данном объеме и, следовательно, тем больше давление (и наоборот).

Но давление зависит также от кинетической энергии хаотического движения молекул, которая пропорциональна температуре. Таким образом, состояние воздуха характеризуется тремя физическими параметрами: давлением р, плотностьюи температурой Т.

Связь между этими величинами выражается известным из термодинамики уравнением состояния газов (уравнением Клапейрона):

g R T,

где Т – абсолютная температура;

R – газовая постоянная, равная для воздуха,

Р– давление; -плотность; g-ускорение свободного падения.

После подстановки значений R иg уравнение состояния принимает вид:

Таким образом, чем выше давление и ниже температура, тем больше плотность воздуха. Также следует заметить, что плотность влажного воздуха меньше, чем сухого (при одних и тех же условиях).

С высотой плотность воздуха падает, так как давление в большей степени падает, чем понижается температура воздуха.

Интерес представляет расчет плотности по давлению и температуре воздуха, так как эти величины могут быть определены с помощью приборов. Если, например, давление по барометру равно 760 мм рт. ст. (), а температура по термометру равна +15°С, то плотность воздуха согласно уравнению равна:.

Задача.Определить массовую плотность воздуха на уровне моря, если барометрическое давление В =800 мм рт. ст., а температура воздуха t = – 23°C

Решение:

кгс .

Дата добавления: 2016-09-06; просмотров: 2517;

Источник: https://poznayka.org/s58682t1.html

Что такое плотность воздуха и чему она равна при нормальных условиях?

Плотность воздуха — это физическая величина, характеризующая удельную массу воздуха при естественных условиях или массу газа атмосферы Земли на единицу объема. Величина плотности воздуха представляет собой функцию от высоты производимых измерений, от его влажности и температуры.

За стандарт плотности воздуха принята величина, равная 1,29 кг/м3, которая вычисляется как отношение его молярной массы (29 г/моль) к молярному объему, одинаковому для всех газов (22,413996 дм3), соответствующая плотности сухого воздуха при 0°С (273,15°К) и давлении 760 мм ртутного столба (101325 Па) на уровне моря (то есть при нормальных условиях).

Определение плотности воздуха ^

Не так давно сведения о плотности воздуха получали косвенно за счет наблюдений за полярными сияниями, распространением радиоволн, метеорами. С момента появления искусственных спутников Земли плотность воздуха начали вычислять благодаря данным, полученным от их торможения.

Еще один метод заключается в наблюдениях за расплыванием искусственных облаков из паров натрия, создаваемых метеорологическими ракетами. В Европе плотность воздуха у поверхности Земли составляет 1,258 кг/м3, на высоте пяти км — 0,735, на высоте двадцати км — 0,087, на высоте сорока км — 0,004 кг/м3.

Различают два вида плотности воздуха: массовая и весовая (удельный вес).

Формула плотности воздуха ^

Весовая плотность определяет вес 1 м3 воздуха и вычисляется по формуле γ = G/V, где γ – весовая плотность, кгс/м3; G — вес воздуха, измеряемый в кгс; V – объем воздуха, измеряемый в м3.

Установлено, что 1 м3 воздуха при стандартных условиях (барометрическое давление 760 мм ртутного столба, t=15°С) весит 1,225 кгс, исходя из этого, весовая плотность (удельный вес) 1 м3 воздуха равна γ =1,225 кгс/м3.

Что такое относительная плотность по воздуху? ^

Следует принять во внимание, что вес воздуха – это величина изменчивая и меняется в зависимости от различных условий, таких как географическая широта и сила инерции, которая возникает при вращении Земли вокруг своей оси. На полюсах вес воздуха на 5% больше, чем в зоне экватора.

Массовая плотность воздуха – это масса 1 м3 воздуха, обозначаемая греческой буквой ρ. Как известно, масса тела – величина постоянная. За единицу массы принято считать массу гири из иридистой платины, которая находится в Международной палате мер и весов в Париже.

Массовая плотность воздуха ρ вычисляется по следующей формуле: ρ = m / v. Здесь m – масса воздуха, измеряемая в кг×с2/м; ρ – его массовая плотность, измеряемая в кгс×с2/м4.

Массовая и весовая плотности воздуха находятся в зависимости: ρ = γ / g, где g – коэффициент ускорения свободного падения, равный 9,8 м/с². Откуда следует, что массовая плотность воздуха при стандартных условиях равна 0,1250 кг×с2/м4.

Как плотность воздуха зависит от температуры? ^

При изменении барометрического давления и температуры плотность воздуха изменяется. Исходя из закона Бойля-Мариотта, чем больше давление, тем больше будет плотность воздуха. Однако с уменьшением давления с высотой, уменьшается и плотности воздуха, что привносит свои коррективы, в результате чего закон изменения давления по вертикали становится сложнее.

Уравнение, которое выражает данный закон изменения давления с высотой в атмосфере, находящейся в покое, называется основным уравнением статики.

Оно гласит, что с увеличением высоты давление изменяется в меньшую сторону и при подъеме на одну и ту же высоту уменьшение давления тем больше, чем больше сила тяжести и плотность воздуха.

Важная роль в этом уравнении принадлежит изменениям плотности воздуха. В итоге можно сказать, что чем выше подниматься, тем меньше будет падать давление при подъеме на одинаковую высоту.

Плотность воздуха от температуры зависит следующим образом: в теплом воздухе давление уменьшается менее интенсивно, чем в холодном, следовательно, на одинаково равной высоте в теплой воздушной массе давление более высокое, чем в холодной.

При изменяющихся значениях температуры и давления массовая плотность воздуха вычисляется по формуле: ρ = 0,0473хВ / Т. Здесь В – это барометрическое давление, измеряемое в мм ртутного столба, Т — температура воздуха, измеряемая в Кельвинах.

Как измеряется плотность паров по воздуху? ^

Также плотность определяется и влажностью воздуха. Наличие водяных поров приводит к уменьшению плотности воздуха, что объясняется низкой молярной массой воды (18 г/моль) на фоне молярной массы сухого воздуха (29 г/моль). Влажный воздух можно рассмотреть как смесь идеальных газов, в каждом из которых комбинация плотностей позволяет получить требуемое значение плотности для их смеси.

Такая, своего рода, интерпретация позволяет определять значения плотности с уровнем погрешности менее 0,2% в диапазоне температур от −10 °C до 50 °C. Плотность воздуха позволяет получить величину его влагосодержания, которая вычисляется путем деления плотности водяного пара (в граммах), который содержится в воздухе, на показатель плотности сухого воздуха в килограммах.

Основное уравнение статики не позволяет решать постоянно возникающие практические задачи в реальных условиях изменяющейся атмосферы. Поэтому его решают при различных упрощенных предположениях, которые соответствуют фактическим реальным условиям, за счет выдвижения ряда частных предположений.

Основное уравнение статики дает возможность получить значение вертикального градиента давления, который выражает изменение давления при подъеме или спуске на единицу высоты, т. е. изменение давления на единицу расстояния по вертикали.

Вместо вертикального градиента нередко используют обратную ему величину — барическую ступень в метрах на миллибар (иногда еще встречается устаревший вариант термина «градиент давления» — барометрический градиент).

Низкая плотность воздуха определяет незначительное сопротивление передвижению. Многими наземными животными, в ходе эволюции, использовались экологические выгоды этого свойства воздушной среды, за счет чего они приобрели способность к полету. 75% всех видов наземных животных способны к активному полету. По большей части это насекомые и птицы, но встречаются млекопитающие и рептилии.

Видео на тему «Определение плотности воздуха»

Источник: http://about-air.ru/svojstva-vozduha/plotnost-vozduha/plotnost-vozduha-pri-normalnyh-usloviyah.html

Ответы@Mail.Ru: чему равна плотность воздуха

При нормальных условиях: температуре 0° С и давлении 760 мм …Плотность воздуха (1295 г/л) Смотря при каком давлении и температуре.. .

🙂 Воздух, как все газы, занимает весь предоставленный ему объем, поэтому есть смысл говорить о плотности в замкнутом объеме и при определенной температуре, либо при определенной температуре и давлении, либо при определенном давлении в определенном объеме.

Если говорить о плотности атмосферы – вопрос, наверное, об этом, то ее плотность 1.225 кг/куб. м на уровне моря. С увеличением высоты плотность уменьшается.

Плотность воздуха – это количество воздуха, содержащегося в 1 м3 объема. В физике существует понятие двух видов плотности – весовая (удельный вес) и массовая. В аэродинамике чаще всего пользуются массовой плотностью. Весовая плотность (удельный вес) воздуха – это вес воздуха в объеме 1 м3. Обозначается буквой g.

где g – удельный вес, кгс/м3; G – вес воздуха, кгс; v – объем воздуха, м3. Вес воздуха G – величина непостоянная и изменяется в зависимости от географической широты и силы инерции, возникающей от вращения Земли вокруг своей оси. На полюсах вес воздуха на 5% больше, чем на экваторе.

Установлено, что 1 м3 воздуха при стандартных атмосферных условиях (барометрическое давление 760 мм рт. ст. , t=+15°С) весит 1,225 кгс, следовательно, весовая плотность (удельный вес) 1 м3 объема воздуха в этом случае равна g=1,225 кгс/м3. Массовая плотность воздуха – это масса воздуха в объеме 1 м3. Обозначается греческой буквой р.

Масса тела – величина постоянная. За единицу массы принята масса гири из иридистой платины, хранящейся в Международной палате мер и весов в Париже. Согласно второму закону Ньютона определим, что масса воздуха равна его весу, деленному на ускорение силы тяжести. где m -масса тела, кг с2/м.

Массовая плотность воздуха (в кг с2/м4) равна Массовая плотность и весовая плотность (удельный вес) воздуха связаны зависимостью Зная это соотношение, легко определить, что массовая плотность воздуха при стандартных атмосферных условиях равна:

Плотность воздуха при нормальных условиях 29 г/моль : 22,4 л/моль = 1,29 г/л = 1,29 кг/м3

Плотность воздуха при нормальных условиях (1 атм и +20 С) равна 1.2041 кг/м3. При других условиях смотрите таблицу – http://www.center-pss.ru/st/table/tabl-plotnosti-vozduha.htm

Источник: https://touch.otvet.mail.ru/question/25301827

Плотность воздуха, значение и примеры

Содержание составных частей практически не зависит от того, в каком месте земного шара взята проба сухого воздуха. Ко второй группе относятся углекислый газ (0,02 – 0,04%) и водяной пар (до 3%).

Содержание случайных составных частей зависит от местных условий: вблизи металлургических заводов к воздуху часто бывают примешаны заметные количества сернистого газа, в местах, где происходит распад органических остатков, – аммиака и т.д.

Помимо различных газов, воздух всегда содержит большее или меньшее количество пыли.

Плотность воздуха представляет собой величину, равную массе газа атмосферы Земли, деленную на единицу объема. Она зависит от давления, температуры и влажности. Существует стандартная величина плотности воздуха – 1,225 кг/м3, соответствующая плотности сухого воздуха при температуре 15oС и давлении 101330 Па.

Зная из опыта массу литра воздуха при нормальных условиях (1,293 г), можно вычислить тот молекулярный вес, который имел бы воздух, если бы он был индивидуальным газом. Так как грамм-молекула всякого газа занимает при нормальных условиях объем 22,4 л, средний молекулярный вес воздуха равен

22,4 × 1,293 = 29.

Это число – 29 – следует запомнить: зная его, легко рассчитать плотность любого газа по отношению к воздуху.

Плотность жидкого воздуха

При достаточном охлаждении воздух переходит в жидкое состояние. Жидкий воздух можно довольно долго сохранять в сосудах с двойными стенками, из пространства между которыми для уменьшения теплопередачи выкачан воздух. Подобные сосуды используются, например, в термосах.

Свободно испаряющийся при обычных условиях жидкий воздух имеет температуру около (-190oС). Состав его непостоянен, так как азот улетучивается легче кислорода. По мере удаления азота цвет жидкого воздуха изменяется от голубоватого до бледно-синего (цвет жидкого кислорода).

В жидком воздухе легко переходят в твердое состояние этиловый спирт, диэтиловый эфир и многие газы. Если, например, пропускать через жидкий воздух диоксид углерода, то он превращается в белые хлопья, похожие по внешнему виду на снег. Ртуть, погруженная в жидкий воздух, становится твердой и ковкой.

Многие вещества, охлажденные жидким воздухом, резко изменяют свои свойства. Так, чинк и олово становятся настолько хрупкими, что легко превращаются в порошок, свинцовый колокольчик издает чистый звенящий звук, а замороженный резиновый мячик разбивается вдребезги, если уронить его на пол.

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Источник: http://ru.solverbook.com/spravochnik/ximiya/plotnost/plotnost-vozduxa/

Плотность воздуха

Что такое плотность воздуха и что она определяет. Она является физической величиной которая характеризует основную массу воздуха в нормальных условиях, а так же в Земной атмосфере, газовую массу в единичном объеме. Плотность воздуха выглядит как функция имеющая значения влажность, температура и высота происходящих замеров.

Стандартом плотности воздуха считается число равное 1,29кг/м3, которое можно получить используя молярную массу и молярный объем (который одинаков для всех видов газов). Соблюдая нужную плотность и давление которые должны создавать нормальную среду.

Как известно ранее обозначения плотности воздуха брались от полярного сияния, радиуса радиоволны, метеоры и так далее. Но как только у Земли появились собственные спутники, информация стала вычисляться более научным и правильным путем.

Существует еще очень интересный способ определения плотности воздуха, состоит он в том что благодаря метеорологическим ракетам, создаются искусственные облака с парами Натрия, далее происходит наблюдение за тем как они расплываются и делаются соответствующие выводы. Если взять Европу то там плотность воздуха будет другой – 1,258 кг/м3.

Плотность воздуха бывает весовая и массовая

Первая дает оценку 1м3 воздуха и находиться как y = G/V,
в которой у – будет весовой плотностью, G – весом,V – объемом. Уточнено, что в нормальных условиях в 1м3 – 1,225 кгс, а следовательно, у = 1,225 кгс/м3.

Однако, воздух может изменять свой вес, из-за этого данная величина будет не постоянной и изменятся при любых изменениях, например инерция или географическая широта. Так как на полюсе данная величина будет в 5 % выше, её экваториальных измерений.

Вторая же величина (массовая) – наоборот будет постоянной и обозначаться как p. Иридистая платина в гире максимальна приближена к её значению и считается ее единицей массы.

Находится она как р = m/v, в которой m – будет массой, р – плотностью. А так же как р = y/g, в которой g является значением ускорения свободного падения = 9,8 м/с. Следовательно в стандартных условиях массовая плотность = 0,1250 кг *с2/м4.

Заметка: Широкий выбор крепежной техники (http://krepzakaz.ru/) представлен на сайте, перейти на который можно с помощью указанной ссылки. Вы сможете не только выбрать все что Вам нужно, но так же заказать это с доставкой. Согласитесь это удобно!

Температура влияет на плотность воздуха, ее изменение влечет за собой незамедлительную реакцию со стороны плотности. Так большое давление влечет за собой большую плотность. А с изменениями в меньшую сторону, уменьшается и плотность.

Но не все так просто, существует Основное уравнение статистики.

Оно заключается в том, что увеличение давления терпит изменение и уменьшается в случае подъема на равную высоту уменьшения давления равносильно большей силе тяжести и плотности воздуха.

Источник: http://reshit.ru/Plotnost-vozduha