Сколько весит воздух
Увеличивай объём одной порции при заданных условиях. Смотри массу и силу тяжести, а также сравнение с водой того же объёма.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
Сухой воздух: ρ = 1,29 кг/м³ при 0 °C и нормальном атмосферном давлении; g = 10 Н/кг. Это расчёт тяжести газа, не показание весов с учётом сосуда и выталкивания.
Газ — вещество
Газ состоит из частиц и обладает массой. Воздух в комнате тоже вносит вклад в массу её содержимого, хотя его плотность намного меньше плотности воды.
Для оценки берут m = ρV. Плотность воздуха зависит от температуры, давления и состава, поэтому численное значение всегда связано с условиями.
Объём
Сколько пространства занимает газ
Масса
Мера инертности данной порции газа
Газы обладают массой, несмотря на малую плотность и прозрачность.
Масса воздуха в пустой на вид бутылке равна нулю?
Нет. Если бутылка не вакуумирована, в ней находится газ с ненулевой массой.
Оценка по плотности
Приближённая плотность сухого воздуха при 0 °C и нормальном атмосферном давлении — 1,29 кг/м³. Это значение используется в данной модели.
В 10 л такого воздуха объём 0,010 м³, масса 0,0129 кг = 12,9 г. При комнатной температуре и том же давлении плотность будет несколько меньше.
Перевод объёма
10 л = 0,010 м³
Масса
1,29 · 0,010 = 0,0129 кг
В граммах
12,9 г
Для массы газа нужно знать объём и плотность при заданных условиях.
Почему нельзя приписывать воздуху одну плотность для любых задач?
Газ легко расширяется и сжимается. Изменение температуры или давления меняет его плотность.
Земля с борта «Аполлона-17»
Атмосфера — вещество с массой, удерживаемое притяжением Земли.
NASA / экипаж «Аполлона-17» · Общественное достояние · Источник фотографии.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Манометр с упругой трубкой
Плотность и масса порции газа оцениваются с учётом температуры и давления.
DStaiger · CC BY-SA 3.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Тяжесть и вес газа
На газ действует сила тяжести Fтяж = mg. Газ в покоящемся сосуде передаёт нагрузку окружающим стенкам и опоре. Для системы в целом важно учитывать также наружное давление и выталкивающее действие воздуха.
Нельзя измерить массу воздуха в эластичном шарике, просто забыв об изменении объёма и выталкивающей силы. В аккуратном опыте удобнее сравнивать состояния одного жёсткого сосуда с контролем условий.
Масса порции
m = 0,0129 кг
Учебное g
10 Н/кг
Сила тяжести
Fтяж = 0,129 Н
Сила тяжести действует на газ так же, как на другие тела с массой.
Почему надутый лёгким газом шар может подниматься, хотя газ имеет массу?
Окружающий воздух создаёт выталкивающую силу. Подъём определяется сравнением этой силы с общей тяжестью оболочки и газа.
Большой объём — заметная масса
Комната объёмом 50 м³ при принятой плотности содержит около 64,5 кг воздуха. Это оценка, зависящая от температуры, давления и фактического объёма.
Малая плотность не означает малую массу при любом объёме. Для жидкости и газа действует одна связь m = ρV, но значения плотности существенно различаются.
| Объект при ρ = 1,29 кг/м³ | Объём | Масса воздуха |
|---|---|---|
| Небольшая ёмкость | 1 л | 1,29 г |
| Крупная ёмкость | 1 м³ | 1,29 кг |
| Комната, оценка | 50 м³ | 64,5 кг |
Большой объём газа может иметь значительную массу.
Если сжать ту же порцию воздуха в закрытом сосуде, её масса удвоится?
Нет. Без утечки или добавления газа масса сохраняется; меняются объём, плотность и другие параметры.
Шесть выводов
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе
Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Физика, 7 класс», § 33. Тема и содержание сверены с файлом «7 класс. Физика — § 33. Газы и их вес.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.
Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Число частиц, размеры и цвета учебных схем условны.