Banyak orang mungkin terkejut dengan fakta bahwa udara memiliki berat bukan nol tertentu. Nilai pasti dari berat ini tidak begitu mudah untuk ditentukan, karena sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti komposisi kimia, kelembaban, suhu dan tekanan. Mari kita lihat lebih dekat pertanyaan tentang berapa berat udara.
Apa itu udara
Sebelum menjawab pertanyaan tentang berapa berat udara, perlu dipahami apa zat ini. Udara adalah cangkang gas yang ada di sekitar planet kita, dan merupakan campuran homogen dari berbagai gas. Udara mengandung gas berikut:
- nitrogen (78,08%);
- oksigen (20,94%);
- argon (0,93%);
- uap air (0,40%);
- karbon dioksida (0,035%).
Selain gas yang disebutkan di atas, udara juga mengandung jumlah minimal neon (0,0018%), helium (0,0005%), metana (0,00017%), kripton (0,00014%), hidrogen (0,00005%), amonia (0,0003%).
Sangat menarik untuk dicatat bahwaAnda dapat memisahkan komponen-komponen ini jika Anda mengembunkan udara, yaitu mengubahnya menjadi keadaan cair dengan meningkatkan tekanan dan menurunkan suhu. Karena setiap komponen udara memiliki suhu kondensasinya sendiri, dengan cara ini dimungkinkan untuk mengisolasi semua komponen dari udara, yang digunakan dalam praktik.
Berat udara dan faktor-faktor yang mempengaruhinya
Apa yang menghalangi Anda untuk menjawab pertanyaan dengan tepat, berapa berat satu meter kubik udara? Tentu saja, ada beberapa faktor yang dapat sangat mempengaruhi bobot ini.
Pertama, komposisi kimianya. Di atas adalah data untuk komposisi udara bersih, namun, saat ini udara ini sangat tercemar di banyak tempat di planet ini, masing-masing, komposisinya akan berbeda. Jadi, di dekat kota-kota besar, udaranya mengandung lebih banyak karbon dioksida, amonia, metana daripada udara di daerah pedesaan.
Kedua, kelembaban, yaitu jumlah uap air yang terkandung di atmosfer. Semakin lembab udara, semakin sedikit beratnya, hal-hal lain dianggap sama.
Ketiga, suhu. Ini adalah salah satu faktor penting, semakin rendah nilainya, semakin tinggi kepadatan udaranya, dan, karenanya, semakin besar bobotnya.
Keempat, tekanan atmosfer, yang secara langsung mencerminkan jumlah molekul udara dalam volume tertentu, yaitu beratnya.
Untuk memahami bagaimana kombinasi faktor-faktor ini mempengaruhi berat udara, mari kita ambil contoh sederhana: massa satu meter kubik udara kering pada suhu 25 ° C, terletak di dekat permukaan bumi,adalah 1,205 kg, tetapi jika kita mempertimbangkan volume udara yang sama di dekat permukaan laut pada suhu 0 ° C, maka massanya akan sama dengan 1,293 kg, yaitu, akan meningkat sebesar 7,3%.
Perubahan kerapatan udara dengan ketinggian
Seiring bertambahnya ketinggian, tekanan udara menurun, masing-masing, kerapatan dan beratnya berkurang. Udara atmosfer pada tekanan yang diamati di Bumi dapat dianggap sebagai gas ideal sebagai perkiraan pertama. Ini berarti bahwa tekanan dan densitas udara secara matematis berhubungan satu sama lain melalui persamaan keadaan gas ideal: P=RT/M, di mana P adalah tekanan, adalah densitas, T adalah suhu dalam kelvin, M adalah massa molar udara, R adalah konstanta gas universal.
Dari rumus di atas, Anda bisa mendapatkan rumus ketergantungan massa jenis udara pada ketinggian, mengingat tekanan berubah menurut hukum P=P0+ρ gh, di mana P 0 - tekanan di permukaan bumi, g - percepatan jatuh bebas, h - ketinggian. Mensubstitusikan rumus tekanan ini ke dalam ekspresi sebelumnya, dan menyatakan kerapatan, kita mendapatkan: (h)=P0M/(RT(h)+g(h) M j). Dengan menggunakan ekspresi ini, Anda dapat menentukan kerapatan udara pada ketinggian berapa pun. Dengan demikian, berat udara (lebih tepatnya, massa) ditentukan dengan rumus m(h)=(h)V, di mana V adalah volume yang diberikan.
Dalam ekspresi ketergantungan kerapatan pada ketinggian, kita dapat melihat bahwa suhu dan percepatan jatuh bebas juga bergantung pada ketinggian. Ketergantungan terakhir dapat diabaikan jika kita berbicara tentang ketinggian tidak lebih dari 1-2 km. Mengenai suhu, ituketergantungan ketinggian dijelaskan dengan baik oleh ekspresi empiris berikut: T(h)=T0-0, 65h, di mana T0 adalah suhu udara di dekat permukaan tanah.
Agar tidak terus-menerus menghitung kerapatan untuk setiap ketinggian, di bawah ini adalah tabel ketergantungan karakteristik udara utama pada ketinggian (hingga 10 km).
Udara mana yang paling berat
Setelah mempertimbangkan faktor utama yang menentukan jawaban atas pertanyaan tentang berapa berat udara, Anda dapat memahami udara mana yang paling berat. Singkatnya, udara dingin selalu lebih berat daripada udara hangat, karena kepadatan yang terakhir lebih rendah, dan udara kering lebih berat daripada udara lembab. Pernyataan terakhir mudah dipahami, karena massa molar udara adalah 29 g/mol, dan massa molar molekul air adalah 18 g/mol, yaitu 1,6 kali lebih kecil.
Menentukan berat udara dalam kondisi tertentu
Sekarang mari kita selesaikan masalah tertentu. Mari kita jawab pertanyaan berapa berat udara, menempati volume 150 liter, pada suhu 288 K. Pertimbangkan bahwa 1 liter adalah seperseribu meter kubik, yaitu, 1 liter=0,001 m3. Adapun suhu 288 K, itu sesuai dengan 15 ° C, yaitu khas untuk banyak wilayah di planet kita. Langkah selanjutnya adalah menentukan kerapatan udara. Ada dua cara untuk melakukannya:
- Hitung menggunakan rumus di atas untuk ketinggian 0 meter di atas permukaan laut. Dalam hal ini diperoleh nilai=1,227 kg/m3
- Lihat tabel di atas berdasarkan T0=288.15 K. Tabel tersebut memuat nilai=1.225 kg/m 3.
Jadi, kami mendapatkan dua angka yang cocok satu sama lain. Sedikit perbedaan disebabkan oleh kesalahan 0,15 K dalam menentukan suhu, dan juga fakta bahwa udara masih bukan ideal, tetapi gas nyata. Oleh karena itu untuk perhitungan selanjutnya diambil rata-rata dari kedua nilai yang diperoleh yaitu=1,226 kg/m3.
Sekarang, dengan menggunakan rumus hubungan antara massa, massa jenis dan volume, kita peroleh: m=V=1,226 kg/m30,150 m 3=0,1839 kg atau 183,9 gram.
Anda juga dapat menjawab berapa berat satu liter udara dalam kondisi tertentu: m=1,226 kg/m30,001 m3=0,001226 kg atau sekitar 1,2 gram.
Mengapa kita tidak merasakan udara menekan kita
Berapa berat 1 m3 udara? Sedikit di atas 1 kilogram. Seluruh tabel atmosfer planet kita memberi tekanan pada seseorang dengan berat 200 kg! Ini adalah massa udara yang cukup besar yang dapat menyebabkan banyak masalah bagi seseorang. Mengapa kita tidak merasakannya? Hal ini disebabkan oleh dua alasan: pertama, ada juga tekanan internal di dalam diri orang itu sendiri, yang melawan tekanan atmosfer eksternal, dan kedua, udara, sebagai gas, memberikan tekanan ke segala arah secara merata, yaitu, tekanan ke segala arah menyeimbangkan masing-masing. lainnya
