Що таке щільність? Які фактори впливають на неї? Щільність повітря: опис
Якщо розділити масу тіла на об'єм або площа, яку вона займає, то отримаємо щільність тіла (поверхні). Деякі речовини складаються з декількох компонентів. У кожного з них своя щільність. При розрахунках використовується їх сума. Отриманий результат і є щільністю всього речовини (сполуки). Даний показник може визначатися для різних тел. У багатьох випадках саме щільність є визначальним параметром при розрахунках, здійсненні робіт і при інших важливих обставин. Далі в статті розглянемо загальне значення поняття. З'ясуємо, яке значення має щільність повітря. Розглянемо також вплив тих чи інших факторів на показник.
Види щільності
Тіла існують різні. Так само, як і бувають різні стани речовин. Є, наприклад, рідини і гази. Є сипучі і пористі тіла. Для них існують такі щільності: істинна (не беруть до уваги облік порожнеч), питома (відношення маси всієї речовини до об'єму, яке вона займає). Існує коефіцієнт пористості (частина обсягу порожнеч, які є у всьому об'ємі). Саме за допомогою цього коефіцієнта отримують справжню щільність.
Залежність від температури
Чи багато факторів здатні змінити щільність? Розглянемо основні зовнішні явища, які можуть володіти такою здатністю. Щільність збільшується, коли зменшується температура. Хоча деякі речовини є винятками. До них належать, наприклад, вода, чавун і бронза. У цьому випадку зміни відбуваються по-іншому. Сама висока щільність у води, коли рідина досягає 4 градусів тепла, а якщо температура стає вище або нижче, то вона зменшується.
Важливість агрегатного стану
Агрегатний стан тіла визначає багато його характеристики. Так, наприклад, рідини володіють одними властивостями, гази - іншими. Відмінність відзначається і в характері взаємодії тіл один з одним. Буває й таке, що змінюється агрегатний стан. У такому випадку щільність змінюється по-різному. Якщо стан переходить з газоподібного в рідкий, то вона росте. Вода і кремній, наприклад, ведуть себе особливим чином. Як тільки вони переходять в твердий стан, щільність зменшується. Такими властивостями ще володіє германій. Вони є винятками за рахунок своїх властивостей.
Інші фактори
Щільність повітря відіграє велику роль у житті всього живого на планеті, хоча мало хто замислюється про це явище. Чому ширяють птахи в повітрі, літають літаки, а якийсь предмет падає на землю, а не затримується в просторі? Крім того, в цьому всьому бере участь і щільність повітря. Однак це з'єднання має і іншими властивостями. Так, коли говорять про погодні умови, то використовують таке визначення, як вологість повітря. Якщо він сухий, то людині важче дихати і пересуватися, будь-яка істота відчуває дискомфорт. Як тільки хоч трохи з'являється вологи, то ці відчуття зникають. Адже все це залежить від того, що сухе повітря має більшу щільність, а судячи зі співвідношення, і масу. Все це вивчалося ще в шкільні роки на уроках фізики.
Дослідження Ньютона
Якщо задуматися, то такі явища, перераховані вище, можуть здатися незрозумілими. Адже як сухе повітря може бути важче того, який насичений вологою? А саме водою в газоподібному стані. Але це парадоксальне явище давно довели вчені, та ще й підтвердили багатьма дослідженнями. Перший, хто про це почав говорити, був Ісаак Ньютон. Всі свої думки і доводи він написав у книзі "Оптика". Вчений говорив про те, що саме щільність вологого повітря нижче, ніж у сухого. У 1717 році ця книга вийшла у світ в Лондоні. Але, на жаль, гіпотези відомого вченого не взяли до уваги, "Оптика" не мала великого успіху.
Досвід Авогадро
Амадео Авогардо довів, що в рівних обсягах ідеальних газів число молекул буде однаковим незалежно від змін температури. Пізніше таку величину молекул назвали константою Авогадро. А саму гіпотезу - законом, якому також присвоїли ім'я вченого. Часто наводять приклад, який показує, як залежить щільність повітря від температури та інших факторів. Наведемо кілька показників. Зазвичай чисте повітря має приблизно 78% азотних молекул (атомний вага - 28). Решта 21% - це кисень. Його атомна вага дорівнює 32. Ще один відсоток вважається несуттєвим, оскільки він належить різним газам, які теж входять в склад повітря. Молекули самого газу можуть вийти за межі ємності, в якій знаходяться. Саме Авогадро зробив експеримент: у абсолютно сухе повітря додав молекули води. Це показало, що він став менш щільним. А все через те, що азот і водень важче H2O, яка витіснила деяка кількість атомів. Таким чином і було встановлено, що щільність повітря сухого більше, ніж насиченого водою. А це значить, все, що доводив Авогадро, є правдою. Хоча багато залежить більше не від вологи, а від температури, наприклад. Важливе значення має і тиск.
Як визначити щільність повітря
Провести безпосередні вимірювання не представляється можливим. Для розрахунків існують конкретні формули, щоб отримати потрібний показник. Є 2 види густин: вагова і масова. В основному використовують останню.
1. Буквою g позначають вагову щільність повітря (це вага на один кубометр). Вимірюється він співвідношенням ваги з'єднання (який виміряють в кгс) на його обсяг (м3).
2. Через багатьох нюансів показники можуть змінюватися. Впливає на це обертання Землі, географічна широта, сила інерції. Так, наприклад, на екваторі вага буде менше на 5% порівняно з полюсами. Було виміряно те, що якщо тиск буде 769 мм рт. ст, а температура буде +15, то один кубометр матиме вагову щільність близько 1,225 кгс.
3. У формулах використовуються різні позначення. Буквою р позначають масову щільність повітря - це маса на один кубометр повітря. Відомо, що вона не змінюється від зовнішніх факторів, завжди дорівнює одному показнику. За одиницю маси щільності прийнята маса гирі з ірідістой платини, що зберігається у Міжнародній палаті мір і ваг в Парижі. Якщо ж говорити про формулу, то ця щільність дорівнює відношенню маси до щільності повітря.
4. Коли відбуваються якісь зміни (чи то в температурі, чи то в тиску повітря), то і сама щільність змінюється. При змінюються показниках масова щільність повітря обчислюється за формулою: p = 0,0473 х В / Т. Тут В - барометричний тиск, вимірюється в мм рт. ст., Т - температура повітря, вимірюється в Кельвіна.
5. Якщо тиск збільшиться, а температура, навпаки, знизиться, то щільність повітря буде зростати. Виходячи з такого твердження можна зробити висновок, що в зимові морози вона буде найвища. Чим вище підніматися в просторі, тим більше буде зменшуватися щільність, адже тиск стає менше.
Висновок
Отже, судячи з усім перерахованим вище прикладів, щільність повітря - це досить-таки мінливий показник. Адже багато факторів впливає на її зниження або підвищення. Для того щоб її правильно вимірювати, потрібно їх враховувати. Будь-які зміни в природі чинять активний вплив на показник. Адже повітря змінює свої властивості у вологу погоду або суху, в морозні або спекотні літні дні, зі зміною тиску. Це було неодноразово доведено відомими вченими.
