Viele Menschen mögen überrascht sein, dass Luft ein gewisses Gewicht ungleich Null hat. Der genaue Wert dieses Gewichts ist nicht so einfach zu bestimmen, da er stark von Faktoren wie chemische Zusammensetzung, Feuchtigkeit, Temperatur und Druck beeinflusst wird. Schauen wir uns die Frage, wie viel Luft wiegt, genauer an.
Was ist Luft
Bevor wir die Frage beantworten, wie viel Luft wiegt, ist es notwendig zu verstehen, was diese Substanz ist. Luft ist eine gasförmige Hülle, die unseren Planeten umgibt und eine homogene Mischung verschiedener Gase ist. Luft enthält folgende Gase:
- Stickstoff (78,08%);
- Sauerstoff (20,94%);
- Argon (0,93%);
- Wasserdampf (0,40%);
- Kohlendioxid (0,035%)
Zusätzlich zu den oben aufgeführten Gasen enthält die Luft auch minimale Mengen an Neon (0,0018 %), Helium (0,0005 %), Methan (0,00017 %), Krypton (0,00014 %), Wasserstoff (0,00005 %), Ammoniak (0,0003 %).
Es ist interessant, das festzustellenSie können diese Bestandteile trennen, indem Sie Luft kondensieren, also durch Druckerhöhung und Temperatursenkung in einen flüssigen Zustand überführen. Da jeder Bestandteil der Luft seine eigene Kondensationstemperatur hat, ist es auf diese Weise möglich, alle Bestandteile von der Luft zu isolieren, was in der Praxis verwendet wird.
Luftgewicht und Faktoren, die es beeinflussen
Was hindert Sie daran, genau die Frage zu beantworten, wie viel wiegt ein Kubikmeter Luft? Natürlich gibt es eine Reihe von Faktoren, die dieses Gewicht stark beeinflussen können.
Erstens ist es die chemische Zusammensetzung. Oben sind die Daten für die Zusammensetzung sauberer Luft, aber derzeit ist diese Luft an vielen Orten auf der Erde stark verschmutzt, bzw. ihre Zusammensetzung wird anders sein. So enthält die Luft in der Nähe von Großstädten mehr Kohlendioxid, Ammoniak und Methan als die Luft in ländlichen Gebieten.
Zweitens die Luftfeuchtigkeit, also die Menge an Wasserdampf in der Atmosphäre. Je feuchter die Luft, desto weniger wiegt sie unter sonst gleichen Bedingungen.
Drittens, Temperatur. Dies ist einer der wichtigen Faktoren, je niedriger sein Wert ist, desto höher ist die Luftdichte und desto größer ist dementsprechend sein Gewicht.
Viertens der atmosphärische Druck, der direkt die Anzahl der Luftmoleküle in einem bestimmten Volumen widerspiegelt, also sein Gewicht.
Um zu verstehen, wie sich die Kombination dieser Faktoren auf das Luftgewicht auswirkt, nehmen wir ein einfaches Beispiel: die Masse von einem Meter trockener kubischer Luft bei einer Temperatur von 25 ° C, die sich nahe der Erdoberfläche befindet,beträgt 1,205 kg, aber wenn wir ein ähnliches Luftvolumen in der Nähe der Meeresoberfläche bei einer Temperatur von 0 ° C betrachten, beträgt seine Masse bereits 1,293 kg, dh sie nimmt um 7,3% zu.
Änderung der Luftdichte mit der Höhe
Mit zunehmender Höhe nimmt der Luftdruck ab, bzw. seine Dichte und sein Gewicht nehmen ab. Atmosphärische Luft bei Drücken, die auf der Erde beobachtet werden, kann in erster Näherung als ideales Gas angesehen werden. Das bedeutet, dass Druck und Dichte der Luft mathematisch durch die Zustandsgleichung eines idealen Gases miteinander in Beziehung stehen: P=ρRT/M, wobei P der Druck, ρ die Dichte, T die Temperatur in Kelvin ist, M ist die Molmasse von Luft, R ist die universelle Gaskonstante.
Aus obiger Formel erhält man die Formel für die Abhängigkeit der Luftdichte von der Höhe, da sich der Druck nach dem Gesetz P=P0+ρ ändert gh, wobei P 0 - Druck auf der Erdoberfläche, g - Beschleunigung im freien Fall, h - Höhe. Setzen wir diese Formel für den Druck in den vorherigen Ausdruck ein und drücken die Dichte aus, erh alten wir: ρ(h)=P0M/(RT(h)+g(h) Mh). Mit diesem Ausdruck können Sie die Luftdichte in jeder Höhe bestimmen. Dementsprechend wird das Gewicht der Luft (genauer: Masse) durch die Formel m(h)=ρ(h)V bestimmt, wobei V das gegebene Volumen ist.
Im Ausdruck für die Abhängigkeit der Dichte von der Höhe erkennt man, dass auch die Temperatur und die Beschleunigung des freien Falls von der Höhe abhängen. Die letzte Abhängigkeit kann vernachlässigt werden, wenn es sich um Höhen von nicht mehr als 1–2 km handelt. In Bezug auf die Temperatur, esDie Höhenabhängigkeit wird durch den folgenden empirischen Ausdruck gut beschrieben: T(h)=T0-0, 65h, wobei T0 die ist Lufttemperatur in Bodennähe.
Um nicht ständig die Dichte für jede Höhe berechnen zu müssen, finden Sie unten eine Tabelle mit der Abhängigkeit der wichtigsten Lufteigenschaften von der Höhe (bis 10 km).
Welche Luft ist die schwerste
Nachdem Sie die Hauptfaktoren berücksichtigt haben, die die Antwort auf die Frage bestimmen, wie viel Luft wiegt, können Sie verstehen, welche Luft am schwersten ist. Kurz gesagt, k alte Luft wiegt immer mehr als warme Luft, da letztere eine geringere Dichte hat und trockene Luft mehr wiegt als feuchte Luft. Die letzte Aussage ist leicht zu verstehen, da die Molmasse von Luft 29 g/mol beträgt und die Molmasse eines Wassermoleküls 18 g/mol, also 1,6 mal weniger.
Bestimmung des Gewichts von Luft unter gegebenen Bedingungen
Nun wollen wir ein bestimmtes Problem lösen. Beantworten wir die Frage, wie viel Luft wiegt, wenn sie ein Volumen von 150 Litern bei einer Temperatur von 288 K einnimmt. Bedenken Sie, dass 1 Liter ein Tausendstel Kubikmeter ist, dh 1 Liter=0,001 m3. Die Temperatur von 288 K entspricht 15°C, ist also typisch für viele Regionen unseres Planeten. Im nächsten Schritt wird die Dichte der Luft bestimmt. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten:
- Berechnen Sie mit der obigen Formel für eine Höhe von 0 Metern über dem Meeresspiegel. In diesem Fall ergibt sich der Wert ρ=1,227 kg/m 3
- Schauen Sie sich die obige Tabelle an, die auf T0=288,15 K basiert. Die Tabelle enthält den Wert ρ=1,225 kg/m 3.
So haben wir zwei Zahlen, die gut miteinander übereinstimmen. Ein kleiner Unterschied liegt an einem Fehler von 0,15 K bei der Temperaturbestimmung und auch daran, dass Luft immer noch kein ideales, sondern ein reales Gas ist. Daher nehmen wir für weitere Berechnungen den Durchschnitt der beiden erh altenen Werte, d. h. ρ=1, 226 kg/m3.
Mit der Formel für den Zusammenhang zwischen Masse, Dichte und Volumen erh alten wir nun: m=ρV=1,226 kg/m30,150 m3=0,1839 kg oder 183,9 Gramm.
Du kannst auch beantworten, wie viel ein Liter Luft unter gegebenen Bedingungen wiegt: m=1,226 kg/m30,001 m3=0,001226 kg oder ungefähr 1,2 Gramm.
Warum spüren wir nicht, wie die Luft auf uns drückt
Wie viel wiegt 1 m3 Luft? Etwas über 1 kg. Der gesamte atmosphärische Tisch unseres Planeten belastet einen Menschen mit seinem Gewicht von 200 kg! Dies ist eine ausreichend große Luftmasse, die einer Person große Probleme bereiten könnte. Warum spüren wir es nicht? Das hat zwei Gründe: Erstens herrscht auch im Inneren des Menschen selbst ein Innendruck, der dem äußeren atmosphärischen Druck entgegenwirkt, und zweitens übt Luft als Gas in alle Richtungen gleichermaßen Druck aus, d.h. die Drücke in alle Richtungen gleichen sich aus andere.
