Свойства воздуха: состав, плотность, удельная теплоемкость и теплопроводность
Воздух является одним из основных компонентов нашей планеты. Его характеристики и свойства играют важную роль в обеспечении жизни на Земле. Давайте рассмотрим основные свойства воздуха более подробно.
Краткая информация
Воздух прозрачен и не имеет вкуса, запаха и формы. Он обладает весом, заполняет имеющийся объем, пропускает звуки и обладает упругостью. При охлаждении воздух сжимается, а при нагревании расширяется. Он плохо проводит тепло, при нагревании стремится вверх, а при охлаждении движется вниз.
Простые свойства воздуха
Состав воздуха
Атмосферный воздух состоит из смеси газов с основными компонентами:
- Азот (N2) — примерно 78%.
- Углекислый газ (CO2) — менее 0,04%.
Состав атмосферного воздуха
Этот состав воздуха поддерживает жизнь на Земле, обеспечивая организмы необходимым кислородом для дыхания и участвует в различных атмосферных процессах.
Плотность воздуха
Плотность воздуха — масса газа в атмосфере Земли, содержащегося в единице объема. Она обычно выражается в килограммах на кубический метр (кг/м³). Плотность воздуха зависит от давления, температуры и влажности. Она увеличивается при низких температурах и/или высоких давлениях и уменьшается при повышенной температуре и/или низком давлении. Также, влажный воздух будет иметь немного большую плотность, чем сухой воздух, из-за водяного пара.
| Температура, °С | Плотность, кг/м³ | Температура, °С | Плотность, кг/м³ |
|---|---|---|---|
| 0 | 1,293 | 20 | 1,204 |
Удельная теплоемкость воздуха
Удельная теплоемкость воздуха — это физическая величина, которая показывает, сколько тепла затрачивается на нагревание или выделяется при охлаждении одного килограмма воздуха на один градус. Это свойство зависит от ряда факторов, теплоемкость может изменяться в зависимости от состава воздуха и его молекулярной структуры, от температуры и давления. Для большинства расчетов применяется значение удельной теплоемкости воздуха с=1,005 кДж/(кг∙°С).
| Температура, °С | Удельная теплоемкость, кДж/(кг·°С) | Температура, °С | Удельная теплоемкость, кДж/(кг·°С) |
|---|---|---|---|
| 0 | 1,006 | 20 | 1,006 |
Чем отличается теплоемкость от удельной теплоемкости?
Не путайте эти два параметра. Теплоемкость регламентирует количество тепла, необходимое для изменения температуры массы тела на один градус. Удельная теплоемкость определяет количество теплоты, необходимое для изменения температуры одной единицы массы вещества на одну единицу.
Теплопроводность
Теплопроводность воздуха — это физическое свойство, которое определяет способность воздуха проводить через себя тепло. Коэффициент теплопроводности показывает, какое количество тепла проходит за 1 час через 1 м² вещества толщиной 1 м при разности температур в 1 градус. Чем больше его значение, тем интенсивнее проводится тепло. Коэффициент теплопроводности обозначается λ и измеряется в Вт/(м·°C).
Температура и коэффициент теплопроводности
| Температура, °С | Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м·град) |
|---|---|
| 0 | 0.025 |
| 20 | 0.025 |
| 40 | 0.026 |
| 60 | 0.027 |
| 80 | 0.028 |
| 100 | 0.029 |
Число Прандтля
Обратите внимание, в представленной выше таблице приводятся также значения числа Прандтля. Это безразмерная величина, которая характеризует соотношение между механическими и тепловыми процессами в среде. Число Прандтля определяет, насколько быстро переносится тепло относительно происходящих взаимосвязанных механических процессов, таких как конвекция и диффузия.
Если число Прандтля малое, это значит, что тепло переносится медленно по сравнению с механическими процессами. Если число большое, значит тепло переносится относительно быстро и механические процессы в общем теплообмене играют меньшую роль.
Энтропия воздуха
Энтропия воздуха, измеряемая в кДж/(кг·°C), зависит от температуры и давления. При температуре 0 °C и атмосферном давлении 101325 Па (1 атм.), удельная энтропия воздуха равна нулю.
| Температура, °С | Удельная энтропия, кДж/(кг·°C) при давлении P, кПа |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 20 | 0.934 |
| 40 | 1.894 |
| 60 | 2.847 |
| 80 | 3.796 |
| 100 | 4.741 |
Вязкость
Вязкость воздуха — это физическая характеристика, описывающая способность атмосферного воздуха сопротивляться потоку или скольжению при движении. По-другому еще можно сказать, что это свойство сопротивляться взаимному сдвигу частиц.
Вязкость зависит от температуры и давления. При нормальных атмосферных условиях она крайне мала, движение воздушных масс обычно считается невязким. Однако при некоторых условиях, влияние вязкости может становиться значительным.
| Температура, °С | Динамическая вязкость μ·10^6, Па·s | Кинематическая вязкость ν·10^6, m^2/s |
|---|---|---|
| 0 | 1.716 | 14.48 |
| 20 | 1.846 | 15.59 |
| 40 | 1.981 | 16.72 |
| 60 | 2.122 | 17.90 |
| 80 | 2.267 | 19.13 |
| 100 | 2.417 | 20.40 |
Простые свойства воздуха
Выше мы рассмотрели основные физические величины и технические параметры воздуха. Отдельно хочется остановиться на его обычных и простых свойствах с которыми неизбежно сталкивается любой человек в своей жизни.
Важность кажущейся плотности газа
Кажущаяся плотность газа может оказывать значительное влияние на различные процессы и явления. Хотя газы обычно считаются разреженными, их кажущаяся плотность играет важную роль в физике и химии.
Изучение кажущейся плотности газа позволяет лучше понять и описать поведение газовых смесей. Давайте рассмотрим, что означает это понятие, как его можно измерить и где оно находит применение.
Понятие кажущейся плотности газа
Кажущаяся плотность газа возникает тогда, когда газ начинает казаться плотным или заметным, хотя обычно мы воспринимаем газы как невесомые и прозрачные вещества.
Причины возникновения кажущейся плотности газа
Кажущаяся плотность газа может зависеть от ряда факторов, таких как давление, температура, состав газовой смеси и другие параметры.
Измерение кажущейся плотности газа
Существуют различные методы измерения кажущейся плотности газа, включая использование специальных приборов и оборудования.
Практическое применение кажущейся плотности газа
Знание кажущейся плотности газа имеет практическое применение в различных областях, таких как производство, химическая промышленность, научные исследования и другие.
С учетом вышеперечисленного, понимание кажущейся плотности газа является важным аспектом для специалистов в области физики, химии и технических наук.
Исследование кажущейся и абсолютной плотности газа
Площадь проведения этого исследования и внесение отчетности о нем являются одними из самых увлекательных задач в сфере газовой динамики. Однако, прежде чем мы углубимся в изучение этой темы, важно разобраться в разнице между кажущейся и абсолютной плотностью газа.
Кажущаяся и абсолютная плотность газа
В отличие от абсолютной плотности, которая является мерой массы газа на единицу объема, кажущаяся плотность газа учитывает влияние других факторов, таких как температура и давление.
Причины, измерение и применение кажущейся плотности газа
Взглянув на газ, мы обычно представляем его как прозрачную, бесформенную субстанцию. Однако, не все так просто. Газы могут менять свою плотность под воздействием различных факторов, и в результате мы можем ощущать их как более тяжелые или легкие. Что же влияет на так называемую кажущуюся плотность газа?
Факторы, влияющие на кажущуюся плотность газа
Температура: Холодный газ обычно воспринимается как более плотный и тяжелый, в то время как горячий газ – как более легкий.
Давление: Чем выше давление газа, тем более плотным он кажется. Например, если вы накачаете шарик до максимального давления, он будет казаться вам более плотным, чем при более низком давлении.
Состав газа: Различные газы имеют разную молекулярную массу и размеры, поэтому мы можем ощущать их как различно плотные.
Измерение плотности газа
Измерение кажущейся плотности газа можно провести с помощью специальных приборов, таких как газовые плотномеры и датчики. Они позволяют определить физические свойства газов и измерить их плотность.
Применение кажущейся плотности газа
Кажущаяся плотность газа имеет широкое применение в различных отраслях. Например, в аэродинамике кажущаяся плотность газа играет важную роль при расчете летательных аппаратов. Также она имеет значение при разработке новых технологий в области энергетики и производства.
Заключение
В заключении, кажущаяся плотность газа зависит от его температуры, давления и состава. Она может быть измерена с использованием специальных приборов и имеет значительное применение в различных отраслях. Узнать и понять этот физический параметр позволяет нам лучше оценивать и использовать свойства газов для различных целей.
Измерение плотности воздуха
Задайте условия и получите величину плотности воздуха при заданных условиях:
Под плотностью воздуха понимают массу атмосферного газа в единице его объема при определенных условиях. В большинстве расчетов достаточно оперировать величиной, равной 1.2249747411202923 кг/м3. Эта величина, называемая стандартной, определена для сухого воздуха при температуре 15 °С на уровне моря (атмосферное давление равно 760 мм. рт. ст). Именно эти значения заданы по умолчанию для данной страницы.
Однако, в ряде случаев необходимо получать более точные значения плотности воздуха, учитывая его влажность и температуру, а также величину атмосферного давления. Чем больше температура воздуха, тем меньше его плотность и, наоборот, при повышении атмосферного давления повышается и плотность воздуха. Недаром в ясную морозную погоду говорят – «густой воздух».
Влажность воздуха обуславливается присутствием в нем молекул воды в парообразном состоянии. Рассматривая влажный воздух как смесь идеальных газов (сухого воздуха с молярной массой =29 г/моль и водяного пара с =18 г/моль), можно заключить, в силу закона Авогадро, что его плотность будет ниже плотности сухого.
Зависимость плотности воздуха от его влажности, атмосферного давления и температуры описывается следующим выражением:
плотность влажного воздуха;
парциальное давление сухого воздуха;
давление водяного пара;
Константы и представляют собой, соответственно, газовые постоянные для сухого воздуха и водяного пара, измеряемые в Дж·кг-1·K-1
Величина равна произведению относительной влажности и парциального давления насыщенного пара , значение которого в Па можно получить из выражения:
Парциальное давление сухого воздуха определяется как разность:
– барометрическое (атмосферное) давление, выраженное в Па
Относительная погрешность описанного метода определения составляет менее 0,2%.