Способ определения плотности воздуха

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/м 3 , 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/м 3 .


Плотность воздуха бывает весовая и массовая

Первая дает оценку 1м 3 воздуха и находиться как y = G/V,
в которой у — будет весовой плотностью, G — весом,V — объемом. Уточнено, что в нормальных условиях в 1м 3 — 1,225 кгс, а следовательно, у = 1,225 кгс/м 3 .

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 *с 2 /м 4 .

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.

Если материал был полезен, вы можете отправить донат или поделиться данным материалом в социальных сетях:

Источник

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.

Содержание

Плотность воздуха равна… ^

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).

Если вам стало тяжело дышать, какие могут быть причины этого явления? Об этом можно прочитать здесь. Бережем свое здоровье!

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 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.

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 выбирают газовые обогреватели для дачи, по каким характеристикам, параметрам?

Что такое промышленный осушитель сжатого воздуха? Читайте про это здесь, наиболее интересная и актуальная информация.

Какие сейчас цены на озонотерапию? Вы узнаете об этом в данной статье:
http://about-air.ru/sostav-vozduha/ozon/ozonoterapiya-otzyvy.html. Отзывы, показания и противопоказания при озонотерапии.

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.

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»

Еще интересные статьи:

3 отзыва на статью“ Что такое плотность воздуха и чему она равна при нормальных условиях? ”

Удельный вес воздуха равен нулю! Ваши опыты по определению удельного веса-плотности воздуха не выдерживают никакой критики! Вы просто затуманиваете мозги детей! Чтобы определить вес колбы без воздуха, весы с колбой необходимо поместить под колпак(колокол) и так же как вы откачали воздух из колбы откочать его из под колпака(колокола). Тогда ваши весы покажут, что вес колбы с воздухом и без него одинаковый. И Удельный вес воздуха равен нулю!
Можно замерить вес воздуха с помощью полиэтиленовых мешков. В один мешок наберите воздух а в другой нет. Подвесте оба мешка на рычажные весы и вы убедитесь еще раз в том что вес мешка с воздухом и без него одинаковый. Следовательно возду в воздухе ничего не весит! А Удельный вес воздуха равен нулю!

Вы знаете, еще Галилей установил, что у воздуха есть вес. Это учебник физики за 7 класс. Все правильно в статье.

Воздух имеет вес. И массу. На несогласного можно подуть из шланга с компрессора.

Источник

Определение плотности воздуха и универсальной газовой постоянной

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

НОВГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ ЯРОСЛАВА МУДРОГО

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ВОЗДУХА И УНИВЕРСАЛЬНОЙ ГАЗОВОЙ ПОСТОЯННОЙ

Учебно–методическое пособие по лабораторной работе для студентов

физико-математических и инженерных специальностей

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

НОВГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ ЯРОСЛАВА МУДРОГО

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ВОЗДУХА И УНИВЕРСАЛЬНОЙ ГАЗОВОЙ ПОСТОЯННОЙ

Учебно–методическое пособие по лабораторной работе для студентов

физико-математических и инженерных специальностей

Рецензент: кандидат физико-математических наук, доцент

В пособии подробно рассмотрены теоретические положения, необходимые для выполнения лабораторной работы, а также порядок выполнения лабораторной работы. Пособие может быть использовано на всех специальностях, в стандарты которых включена дисциплина «Физика»

Определение плотности воздуха и универсальной газовой постоянной. Учебно–методическое пособие по лабораторной работе для студентов физико-математических и инженерных специальностей. / Сост. . — НовГУ им. Ярослава Мудрого. – Новгород, 2011. – 11 с.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ВОЗДУХА И УНИВЕРСАЛЬНОЙ ГАЗОВОЙ ПОСТОЯННОЙ

а) Изучить устройство, методы и правила взвешивания на технических весах;

б) Измерить плотность воздуха при атмосферном давлении и комнатной температуре.

в) Определить универсальную газовую постоянную.

Приборы и оборудование:

Шар для взвешивания воздуха;

резиновая трубка; зажим; матерчатый мешок;

весы технические до I кг; разновес; пинцет; песок или крупа;

насос Комовского; сосуд с водой; мензурка; барометр; термометр.

1. Перед началом работы необходимо внимательно осмотреть стеклянный шар, чтобы убедиться в том, что на стекле нет трещин и царапин.

2. При откачивании воздуха стеклянный шар должен находиться в матерчатом мешке, тесьма мешка должна быть затянута и завязана.

3. Перед началом откачки необходимо определись, какой из ниппелей насоса Комовского является всасывающим.

4. Категорически запрещается нагнетать воздух: в стеклянный шар.

1 ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ВОЗДУХА

Чтобы определить плотность воздуха, нужно измерить массу — воздуха в шаре и объем шара:

(1)

Массу воздуха в шаре можно рассчитать, определив массу шара до и после откачивания воздуха из него. Так как весь воздух откачать нельзя, то вычислим массу того количества воздуха, который удается откачать с помощью поршневого насоса Комовского (рис. I):

(2)

Эти массы можно определить, взвесив шар на весах. Однако такой способ определения массы воздуха приводит к большой погрешности, так как малая величина получается как разность двух больших величин. Поэтому измерить массу воздуха можно другими известными методами взвешивания. Эти методы описаны в приложении к работе.

Чтобы определить объем , который занимал в шаре откачанный воздух при атмосферном давлении и комнатной температуре, следует после откачки опустить свободный конец резиновой трубки, присоединенной к шару, в сосуд с водой и открыть зажим.

Рис. 1. Установка для откачивания воздуха из шара.

Рис. 2. Заполнение откачанного шара водой.

Под действием разности давлений (атмосферного давления и давления оставшегося в шаре воздуха) вода будет засасываться в шар до тех пор, пока давление оставшегося воздуха и гидростатическое давление воды не будет равно атмосферному давлению (рис. 2)

Перелив воду из шара в мензурку, можно измерить объем воды, заполнившей шар. Можно считать, что объем воды равен объему воздуха, откачанного из шара, т. е.

Искомую плотность атмосферного воздуха можно рассчитать по формуле

(3)

1. Подготовьте к работе технические весы.

2. Поместите стеклянный шар в матерчатый мешок, присоедините к нему резиновую трубку с зажимом. Взвесьте шар с трубкой и зажимом на технических весах.

3. Подсоедините свободный конец трубки к разрежающему ниппелю насоса Комовского и откачайте часть воздуха из шара.

Внимание. Для безопасной работы шар должен находиться в матерчатом мешке! Тесьму обязательно затянуть и завязать!

4. Перекройте винтовым зажимом резиновую трубку.

5. Осторожно снимите конец резиновой трубки с металлического патрубка насоса.

Внимание. Категорически запрещается снимать конец трубки, из которой откачан воздух, вначале со стеклянного отростка прибора.

6. Взвесьте шар на технических весах.

7. Опустите свободный конец резиновой трубки шара в сосуд с водой комнатной температуры и осторожно откройте зажим. После заполнения шара водой вытащите конец трубки из сосуда. Перелейте воду в мензурку и определите объем откачанного воздуха.

8. Рассчитайте плотность воздуха при атмосферном давлении и комнатной температуре.

9. Оцените погрешность измерения плотности воздуха и сравните полученное значение с табличными данными.

(4)

Здесь — относительная погрешность измерений плотности воздуха. Границы погрешностей прямых измерений , и находят с учетом погрешностей весов, гирь и набора гирь:

(5)

Границы погрешности прямого измерения объема находят с учетом погрешности измерительного цилиндра (мензурки) и погрешности отсчета.

(6)

Результаты измерений и расчетов занесите в отчетную таблицу.

Оцените достоверность измерений, проверив, принадлежит ли действительное значение плотности воздуха, взятое из таблиц, интервалу

, где (7)

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОЙ ГАЗОВОЙ ПОСТОЯННОЙ

Универсальная газовая постоянная может быть определена из уравнения Клапейрона – Менделеева

(8)

где — давление газа, — его объем, — его масса, — молярная масса газа, — температура. При выполнении этого задания используются результаты измерений, проведенных в I части работы. В качестве рабочего вещества используется тот воздух, который был откачан из шара. Тогда в уравнении (8) входят его параметры: — атмосферное давление; объем, который занимал отказанный воздух в шаре при атмосферном давлении и комнатной температуре; масса откачанного воздуха; комнатная температура.

Учитывая, что , преобразуем уравнение (8) и выразим из него универсальную газовую постоянную :

(9)

Порядок выполнения работы

1. Плотность воздуха найдена при выполнении I части работы.

2. Атмосферное давление и комнатную температуру во время проведения эксперимента определите с помощью барометра и термометра.

3. Молярную массу воздуха необходимо рассчитать, исходя из того, что воздух — это смесь газов. В воздухе содержится76,4 % азота и 23,6 % кислорода (по массе). Воспользуемся законом Дальтона и уравнением Клапейрона — Менделеева. Согласно закону Дальтона давление воздуха равно сумме парциальных давлений азота и кислорода ,. т. е.

(10)

При условиях, близких к нормальным условиям, кислород и азот можно считать идеальными газами. Тогда для некоторой массы азота , занимающей объем и некоторой массы кислорода , занимающей тот же объем , можно записать:

(11) и (12),

где парциальное давление азота; парциальное давление кислорода; молярная масса азота; — молярная масса кислорода. Суммируя (11) и (12), получим:

(13)

С другой стороны, для смеси газов также справедлив закон Клапейрона – Менделеева

(14)

Из уравнений (10), (13) и (14) следует:

— (15)

число молей частиц в смеси газов равно сумме числа молей каждого компонента смеси газов, если они не участвуют в химической реакции. Откуда молярная масса воздуха равна

(16)

Обозначим: — (17)

доли азота и кислорода, соответственно, содержащиеся в откачанном воздухе (по массе). Тогда массы азота и кислорода, содержащиеся в откачанном воздухе, можно записать:

(18), (19)

Подставив выражения (18) и (19) в (16), окончательно получим

(20)

1. Рассчитать молярную массу воздуха .

2. Измерить комнатную температуру и атмосферное давление во время проведения эксперимента.

3. Рассчитать универсальную газовую постоянную .

4. Рассчитать относительную погрешность и абсолютную погрешности определения универсальной газовой постоянной.

Относительная погрешность равна:

(21)

Относительная погрешность молярной массы равна:

(22)

1. Масса откачанного воздуха, , (г)

2. Абсолютная погрешность, , (г)

3. Объем воздуха, , (мл)

4. Абсолютная погрешность объема, , (мл)

5. Плотность воздуха, , (кг/м3)

6. Абсолютная погрешность измерения плотности, , (кг/м3)

7. Относительная погрешность измерения плотности, , (%)

8. Комнатная температура,

9. Абсолютная погрешность отсчета температуры,

10. Атмосферное давление, , (мм рт. ст.)

11.Погрешность отсчета атмосферного давления, , (мм рт. ст.)

12.

13.

14. , (%)

5 Контрольные вопросы

1. Что называется плотностью вещества?

2. Каков порядок определения плотности воздуха в данной работе?

3. Как провести измерение массы откачанного воздуха?

4. Какие методы измерения массы известны?

5. Приведите вывод основного уравнения молекулярно – кинетической теории газов.

6. Приведите вывод уравнения состояния идеальных газов.

7. Какие величины надо знать для расчета универсальной газовой постоянной?

8. Какую величину называют универсальной газовой постоянной?

9. Как рассчитать молярную массу смеси газов?

10. Какие правила техники безопасности необходимо соблюдать при выполнении данной лабораторной работы?

11. Правила взвешивания на лабораторных весах? Как подготовить весы к работе?

12. Какой газ называют идеальным? При каких условиях газ можно считать идеальным?

13. Сформулируйте уравнения газовых процессов? Приведите графики этих процессов в различных системах координат?

14. Сформулируйте закон Дальтона.

15. Что называется парциальным давлением?

16. Что называется молярной массой?

17. Что понимается под атомом? Что понимается под молекулой?

18. Что называется молем вещества?

19. Вычислите примерное число молекул газа, откачанного из шара.

20. В каких единицах измеряется давление газа? Какова связь между этими единицами?

21. Что называется абсолютной и относительной погрешностью измерения?

22. Что называется приборной (инструментальной) погрешностью?

23. Как определить погрешность измерения массы?

24. Что называется погрешностью отсчета?

25. Какие условия принято называть нормальными условиями?

26. Что показывает число Лошмидта?

27. Что понимается под температурой идеального газа?

28. Какие температурные шкалы известны? Как связаны температуры, измеренные с помощью различных температурных шкал?

29. Что называется абсолютной температурой?

30. Что такое газовый термометр? Как он работает?

1 Измерение плотности воздуха 4

2 Порядок выполнения работы 6

3 Определение универсальной газовой постоянной 7

Источник