Плътност на въздуха

В ежедневието малко хора мислят за какво е плътността на въздуха и каква стойност тази цифра има като цяло в съществуването на всичко на планетата. В същото време, всеки ден виждаме летящи самолети, покачващите птици, мухи и падане обекти и не отразява на факта, че това е параметърът на плътността на въздуха определя наличието на тези явления.

Често, когато почиваме на различни места, казваме, че на едно място има влажен въздух, а в други - сух. В този случай, добавяйки, че в първия случай, можете лесно се движи, диша, а във втория сте имали тежестта на движение, дискомфорта, който не изпита, когато отседнете в нормални климатични условия за вас. По това време, ние забравяме какво ни казаха още един учител, докато преподава в училище на уроци на физиката - влажния въздух е с плътност по-малка от въздухът е сух, а оттам и неговата маса е по-малко, отколкото на сухо.

На пръв поглед това изглежда парадоксално, ако вземем предвид сетивните усещания, които обсъждахме по-горе. Всъщност, как може въздухът, към който се добавя вода под формата на пара, да бъде по-лесен от този, който не съдържа вода?

Но това наистина е така, и отговорът на този парадоксален въпрос, на пръв поглед, учените са познавали от дълго време.

За пръв път хипотезата, че плътността на влажния въздух е по-ниска от тази на сухия въздух, е изразена от големия Исак Нютон в известната му книга "Оптика", публикувана в Лондон през 1717 г. Независимо от това хипотезата на великия англичанин не може да успее - до 18 век учените не просто не го приеха, но дори нямаха особен интерес към този въпрос.

За да се доближим по някакъв начин до разбирането на проблема - защо плътността на въздуха зависи от неговата влажност - трябва да помним няколко известни природни закони.

Така например, в началото на миналия век Амадео Авогадро известния италиански физик установено, че независимо от вида на газ, ако го вземе определен обем, а след това при същата температура и същото налягане, броят на молекулите в газа ще бъде постоянна. Тази стойност, и по-късно получила името на постоянното Авогадро, също стана известно като закона, който открил за газове.

Как се проявява този закон, как плътността на въздуха зависи от температурата, налягането и влажността, може да се види на доста прост пример.

Като правило сухият, чистият (в химически смисъл) въздух съдържа около 78% азотни молекули, а атомното тегло на всяка от тези молекули е 28. В въздушен състав други 21% принадлежат към молекулите на кислорода, чието атомно тегло на молекулите е 32. Един процент във въздушния състав пада върху някои други газове, които присъстват в него, но за изчислението ни тази цифра ще се счита за незначителна.

Газовите молекули, както е добре известно, притежават свойството да се освободят от резервоара, в който се намира газът. Така че, на Авогадро установено следното правило: ако нашата обем на сух газ, който съдържа, както се договорихме, молекулите на азот и кислород, за да добавите молекула вода, а след това те ще направим нашата въздуха е по-малка плътност. Причината е много проста - водните молекули имат атомно тегло по-малка от тази на молекулярен азот и водород, е равен на 18. Тъй като броят на молекули в даден обем на газ трябва да бъде постоянна, молекули на водата то просто замени молекулите на азота и кислорода във въздуха, като ги замени със себе си. По този начин плътността на влажността на въздуха е по-малка от тази на сухия въздух.

В този пример обаче има едно противоречие. Състои се от факта, че всеки филистим може да възкликне, как може да бъде това, ако плътността на водата е по-висока от плътността на въздуха. Отговорът тук също е прост: във въздуха се намира вода под формата на пара, която е по-лека от азота и кислорода и следователно всички закономерности, получени от брилянтното Avogadro, се разпространяват в такава "вода".

Важно е да се има предвид, че плътността на въздуха зависи повече от температурата и налягането, отколкото от влажността. Следователно влажният въздух има по-ниска плътност от сухия въздух само ако се поддържат същите стойности на температура и налягане.