Beaucoup de gens peuvent être surpris par le fait que l'air a un certain poids non nul. La valeur exacte de ce poids n'est pas si facile à déterminer, car elle est fortement influencée par des facteurs tels que la composition chimique, l'humidité, la température et la pression. Examinons de plus près la question du poids de l'air.
Qu'est-ce que l'air
Avant de répondre à la question du poids de l'air, il est nécessaire de comprendre ce qu'est cette substance. L'air est une coquille gazeuse qui existe autour de notre planète, et qui est un mélange homogène de divers gaz. L'air contient les gaz suivants:
- azote (78,08%);
- oxygène (20,94%);
- argon (0.93%);
- vapeur d'eau (0,40%);
- dioxyde de carbone (0,035 %).
En plus des gaz énumérés ci-dessus, l'air contient également des quantités minimales de néon (0,0018 %), d'hélium (0,0005 %), de méthane (0,00017 %), de krypton (0,00014 %), d'hydrogène (0,00005 %), ammoniac (0,0003%).
Il est intéressant de noter queVous pouvez séparer ces composants si vous condensez l'air, c'est-à-dire le transformez en un état liquide en augmentant la pression et en diminuant la température. Étant donné que chaque composant de l'air a sa propre température de condensation, il est ainsi possible d'isoler tous les composants de l'air, ce qui est utilisé dans la pratique.
Poids de l'air et facteurs qui l'affectent
Qu'est-ce qui vous empêche de répondre exactement à la question, combien pèse un mètre cube d'air ? Bien sûr, un certain nombre de facteurs peuvent grandement influencer ce poids.
Premièrement, c'est la composition chimique. Ci-dessus se trouvent les données sur la composition de l'air pur, cependant, à l'heure actuelle, cet air est fortement pollué dans de nombreux endroits de la planète, respectivement, sa composition sera différente. Ainsi, près des grandes villes, l'air contient plus de gaz carbonique, d'ammoniac, de méthane que l'air des zones rurales.
Deuxièmement, l'humidité, c'est-à-dire la quantité de vapeur d'eau contenue dans l'atmosphère. Plus l'air est humide, moins il pèse, toutes choses égales par ailleurs.
Troisièmement, la température. C'est l'un des facteurs importants, plus sa valeur est faible, plus la densité de l'air est élevée et, par conséquent, plus son poids est élevé.
Quatrièmement, la pression atmosphérique, qui reflète directement le nombre de molécules d'air dans un certain volume, c'est-à-dire son poids.
Pour comprendre comment la combinaison de ces facteurs affecte le poids de l'air, prenons un exemple simple: la masse d'un mètre d'air cubique sec à une température de 25 °C, située près de la surface de la terre,est de 1,205 kg, mais si l'on considère un volume d'air similaire près de la surface de la mer à une température de 0 ° C, sa masse sera déjà égale à 1,293 kg, c'est-à-dire qu'elle augmentera de 7,3%.
Variation de la densité de l'air avec l' altitude
À mesure que la hauteur augmente, la pression de l'air diminue, respectivement, sa densité et son poids diminuent. L'air atmosphérique aux pressions observées sur Terre peut être considéré comme un gaz parfait en première approximation. Cela signifie que la pression et la densité de l'air sont mathématiquement liées l'une à l'autre par l'équation d'état d'un gaz parfait: P=ρRT/M, où P est la pression, ρ est la densité, T est la température en kelvins, M est la masse molaire de l'air, R est la constante universelle des gaz.
De la formule ci-dessus, vous pouvez obtenir la formule de la dépendance de la densité de l'air sur la hauteur, étant donné que la pression change selon la loi P=P0+ρ gh, où P 0 - pression à la surface de la terre, g - accélération en chute libre, h - hauteur. En remplaçant cette formule de pression dans l'expression précédente et en exprimant la densité, nous obtenons: ρ(h)=P0M/(RT(h)+g(h) Mh). En utilisant cette expression, vous pouvez déterminer la densité de l'air à n'importe quelle hauteur. En conséquence, le poids de l'air (plus correctement, la masse) est déterminé par la formule m(h)=ρ(h)V, où V est le volume donné.
Dans l'expression de la dépendance de la densité à la hauteur, on peut remarquer que la température et l'accélération de la chute libre dépendent également de la hauteur. La dernière dépendance peut être négligée si nous parlons de hauteurs ne dépassant pas 1 à 2 km. En ce qui concerne la température, illa dépendance à l' altitude est bien décrite par l'expression empirique suivante: T(h)=T0-0, 65h, où T0 est le température de l'air près de la surface du sol.
Afin de ne pas constamment calculer la densité pour chaque hauteur, voici un tableau de la dépendance des principales caractéristiques de l'air à la hauteur (jusqu'à 10 km).
Quel air est le plus lourd
Après avoir considéré les principaux facteurs qui déterminent la réponse à la question du poids de l'air, vous pouvez comprendre quel air sera le plus lourd. Bref, l'air froid pèse toujours plus que l'air chaud, puisque la densité de ce dernier est plus faible, et l'air sec pèse plus que l'air humide. La dernière affirmation est facile à comprendre, puisque la masse molaire de l'air est de 29 g/mol, et la masse molaire d'une molécule d'eau est de 18 g/mol, soit 1,6 fois moins.
Détermination du poids de l'air dans des conditions données
Maintenant, résolvons un problème spécifique. Répondons à la question de savoir combien d'air pèse, occupant un volume de 150 litres, à une température de 288 K. Considérons qu'1 litre est un millième de mètre cube, c'est-à-dire 1 litre=0,001 m3. Quant à la température de 288 K, elle correspond à 15°C, c'est-à-dire qu'elle est typique de nombreuses régions de notre planète. L'étape suivante consiste à déterminer la densité de l'air. Il y a deux manières de procéder:
- Calculez en utilisant la formule ci-dessus pour une hauteur de 0 mètre au-dessus du niveau de la mer. Dans ce cas, la valeur ρ=1,227 kg/m est obtenue3
- Regardez le tableau ci-dessus, qui est basé sur T0=288,15 K. Le tableau contient la valeur ρ=1,225 kg/m 3.
Ainsi, nous avons deux nombres qui sont en bon accord l'un avec l'autre. Une légère différence est due à une erreur de 0,15 K dans la détermination de la température, et aussi au fait que l'air n'est toujours pas un gaz idéal, mais un vrai gaz. Par conséquent, pour d'autres calculs, nous prenons la moyenne des deux valeurs obtenues, c'est-à-dire ρ=1, 226 kg/m3.
Maintenant, en utilisant la formule pour la relation entre la masse, la densité et le volume, nous obtenons: m=ρV=1,226 kg/m30,150 m3=0,1839 kg ou 183,9 grammes.
Vous pouvez également indiquer combien pèse un litre d'air dans des conditions données: m=1,226 kg/m30,001 m3=0,001226 kg ou environ 1,2 gramme.
Pourquoi ne sentons-nous pas l'air se presser sur nous
Combien pèse 1 m3 d'air ? Un peu plus d'1 kilogramme. Toute la table atmosphérique de notre planète exerce une pression sur une personne avec son poids de 200 kg ! Il s'agit d'une masse d'air suffisamment importante qui pourrait causer beaucoup de problèmes à une personne. Pourquoi ne le sent-on pas ? Cela est dû à deux raisons: premièrement, il existe également une pression interne à l'intérieur de la personne elle-même, qui contrecarre la pression atmosphérique externe, et deuxièmement, l'air, étant un gaz, exerce une pression dans toutes les directions de manière égale, c'est-à-dire que les pressions dans toutes les directions s'équilibrent autre.
