Gustoća zraka

U svakodnevnom životu, malo ljudi razmišlja o tome što je gustoća zraka i kakvu vrijednost ovaj pokazatelj općenito ima u postojanju svega na planeti. U međuvremenu, svakodnevno vidimo letjelice, lebdeći po pticama, leteći i padajući predmeti i ne razmišljamo ni o činjenici da je parametar gustoće zraka koji određuje prisutnost tih fenomena.

Često, dok provodimo odmor na različitim mjestima, kažemo da je na jednom mjestu bio vlažan zrak, au drugoj - suhi. Istodobno, dodamo da je u prvom slučaju bilo lako za kretanje, disanje, a drugo ste doživjeli teški pokret, nelagodu koja nije bila iskusna kada se nalazila u uobičajenom klimatskom okruženju za vas. U ovom trenutku zaboravljamo što nam nastavnici govore dok su još uvijek u školi na lekcijama fizike - vlažni zrak ima gustoću nižu od suhog zraka, a posljedica toga je njegova masa manja od one suhog zraka.

Na prvi pogled, ovo se čini paradoksalno ako uzmemo u obzir osjetila koja smo razgovarali gore. Doista, kako se zrak, kojem se doda voda u obliku pare, biti lakše od onoga što ne sadrži vodu?

Ali to je doista tako, a odgovor na ovo paradoksalno pitanje, na prvi pogled, znanstvenici su dugo poznavali.

Prvi put je hipoteza da je gustoća vlažnog zraka manja od one suhog zraka izražava veliki Isaac Newton u svojoj poznatoj knjizi "Optika", koja je objavljena u Londonu 1717. godine. Ipak, hipoteza velikog Engleza nije mogla uspjeti - sve do osamnaestog stoljeća, znanstvenici to jednostavno nisu prihvatili, ali nisu ni imali posebno zanimanje za ovo pitanje.

Da bismo nekako pristupili razumijevanju problema - zašto gustoća zraka ovisi o njegovoj vlagi - trebali bismo se sjetiti nekoliko poznatih prirodnih zakona.

Na primjer, već početkom prošlog stoljeća Amadeo Avogadro, poznati talijanski fizičar, utvrdio je da, bez obzira na vrstu plina, ako uzmemo fiksni volumen, tada na istoj temperaturi i istom pritisku, broj molekula u tom plinu će biti konstantan. Ova vrijednost, a kasnije je dobila ime stalnog Avogadra, također je postala poznata kao zakon koji je otkrio za plinove.

Kako se taj zakon manifestira, kako gustoća zraka ovisi o temperaturi, pritisku i vlagi, može se vidjeti na prilično jednostavan primjer.

U pravilu, suhi, čisti zrak (u kemijskom smislu) sadrži oko 78% molekula dušika, a atomska težina svake od tih molekula je 28. U zraku 21% pripada molekulama kisika čija atomska težina iznosi 32 Jedan posto zraka dolazi iz nekih drugih plinova koji su prisutni u njemu, ali za naš izračun ta se brojka smatra neznatnim.

Molekule plina, kao što je dobro poznato, imaju svojstvo slobodnog bijega od spremnika u kojem se nalazi plin. Dakle, Avogadro je uspostavio sljedeću pravilnost: ako dodamo molekule vode u naš volumen suhog plina koji, kao što smo dogovorili, molekule dušika i kisika, učinit će naš zrak gustom. To je vrlo jednostavna - molekule vode imaju atomsku težinu manju od one dušika i molekula vodika, to je 18. Budući da broj molekula u određenom volumenu plina mora biti konstantan, molekule vode jednostavno zamjenjuju dušikove i kisikove molekule u zraku, zamjenjujući svoje vlastite. Na taj način, gustoća vlažnog zraka je manja od one suhog zraka.

Međutim, u ovom primjeru postoji jedna kontradikcija. To je da svaki laik može uzviknuti, kako to može biti ako gustoća vode bude veća od gustoće zraka. Odgovor je također jednostavan: voda je prisutna u zraku u obliku pare koja je lakša od dušika i kisika, pa su sve pravilnosti izvedene od sjajnog Avogadra proširile na takvu "vodu".

Važno je uzeti u obzir da gustoća zraka ovisi više o temperaturi i pritisku nego o vlažnosti zraka. Stoga, vlažni zrak ima manju gustoću od suhog zraka samo ako se održavaju iste vrijednosti temperature i tlaka.