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メイン 物理的性質空気: 空気密度、その動的および動粘度、比熱容量、熱伝導率、熱拡散率、プラントル数およびエントロピー。 通常の大気圧における温度に応じた空気の特性を表に示します。
温度に応じた空気密度
乾燥空気密度値の詳細な表は、次の場所にあります。 異なる温度そして通常の大気圧。 空気の密度とは何ですか? 空気の密度は、その質量を空気が占める体積で割ることによって分析的に求めることができます。で 与えられた条件(圧力、温度、湿度)。 理想気体の状態方程式の式を使用して密度を計算することもできます。 これを行うには、空気の絶対圧力と温度、気体定数とモル体積を知る必要があります。 この方程式を使用すると、空気の乾燥密度を計算できます。
実際には、 さまざまな温度での空気の密度を調べる、既製のテーブルを使用すると便利です。 たとえば、以下の表は、温度に応じた大気の密度を示しています。 表内の空気密度は立方メートルあたりのキログラムで表され、通常の大気圧 (101325 Pa) で摂氏マイナス 50 度から 1200 度の温度範囲で与えられます。
| t、°С | ρ、kg/m 3 | t、°С | ρ、kg/m 3 | t、°С | ρ、kg/m 3 | t、°С | ρ、kg/m 3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1,584 | 20 | 1,205 | 150 | 0,835 | 600 | 0,404 |
| -45 | 1,549 | 30 | 1,165 | 160 | 0,815 | 650 | 0,383 |
| -40 | 1,515 | 40 | 1,128 | 170 | 0,797 | 700 | 0,362 |
| -35 | 1,484 | 50 | 1,093 | 180 | 0,779 | 750 | 0,346 |
| -30 | 1,453 | 60 | 1,06 | 190 | 0,763 | 800 | 0,329 |
| -25 | 1,424 | 70 | 1,029 | 200 | 0,746 | 850 | 0,315 |
| -20 | 1,395 | 80 | 1 | 250 | 0,674 | 900 | 0,301 |
| -15 | 1,369 | 90 | 0,972 | 300 | 0,615 | 950 | 0,289 |
| -10 | 1,342 | 100 | 0,946 | 350 | 0,566 | 1000 | 0,277 |
| -5 | 1,318 | 110 | 0,922 | 400 | 0,524 | 1050 | 0,267 |
| 0 | 1,293 | 120 | 0,898 | 450 | 0,49 | 1100 | 0,257 |
| 10 | 1,247 | 130 | 0,876 | 500 | 0,456 | 1150 | 0,248 |
| 15 | 1,226 | 140 | 0,854 | 550 | 0,43 | 1200 | 0,239 |
25°C では、空気の密度は 1.185 kg/m3 です。加熱されると、空気密度が減少し、空気が膨張します（比容積が増加します）。 温度が上昇すると、たとえば 1200°C まで空気密度が非常に低くなり、0.239 kg/m 3 に等しくなります。これは室温での値の 5 分の 1 です。 一般に、加熱中の還元により自然対流などのプロセスが発生することが可能になり、航空学などで使用されます。
空気の密度を と比較すると、空気の方が 3 桁軽くなります。温度 4°C では、水の密度は 1000 kg/m3、空気の密度は 1.27 kg/m3 です。 通常の状態での空気密度の値にも注意する必要があります。 気体の通常の状態は、温度が 0°C で、圧力が通常の大気圧に等しい状態です。 したがって、表によれば、 通常の状態 (NL) での空気密度は 1.293 kg/m 3 です。.
さまざまな温度での空気の動粘度および動粘度
熱計算を実行する場合、さまざまな温度における空気の粘度 (粘性係数) の値を知る必要があります。 この値は、レイノルズ数、グラスホフ数、およびレイリー数を計算するために必要であり、その値によってこのガスの流れ状況が決まります。 表は動的係数の値を示しています μ そして運動学的な ν 大気圧、-50 ～ 1200°C の温度範囲における空気の粘度。
空気の粘性係数は、温度が上昇すると大幅に増加します。たとえば、温度 20°C での空気の動粘度は 15.06×10 -6 m 2 /s に等しく、温度が 1200°C に上昇すると、空気の粘度は 233.7×10 -6 m に等しくなります。 2/s、つまり15.5倍になります！ 温度20℃における空気の動粘度は18.1・10 -6 Pa・sです。
空気が加熱されると、動粘度および動粘度の両方の値が増加します。 これら 2 つの量は空気密度を通じて相互に関係しており、このガスが加熱されると空気密度の値が減少します。 加熱されたときの空気 (および他の気体) の動粘度および動粘度の増加は、平衡状態付近での空気分子の振動がより激しくなることに関連しています (MKT による)。
| t、°С | μ・10 6 、Pa・s | ν・10 6、m 2 /s | t、°С | μ・10 6 、Pa・s | ν・10 6、m 2 /s | t、°С | μ・10 6 、Pa・s | ν・10 6、m 2 /s |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 14,6 | 9,23 | 70 | 20,6 | 20,02 | 350 | 31,4 | 55,46 |
| -45 | 14,9 | 9,64 | 80 | 21,1 | 21,09 | 400 | 33 | 63,09 |
| -40 | 15,2 | 10,04 | 90 | 21,5 | 22,1 | 450 | 34,6 | 69,28 |
| -35 | 15,5 | 10,42 | 100 | 21,9 | 23,13 | 500 | 36,2 | 79,38 |
| -30 | 15,7 | 10,8 | 110 | 22,4 | 24,3 | 550 | 37,7 | 88,14 |
| -25 | 16 | 11,21 | 120 | 22,8 | 25,45 | 600 | 39,1 | 96,89 |
| -20 | 16,2 | 11,61 | 130 | 23,3 | 26,63 | 650 | 40,5 | 106,15 |
| -15 | 16,5 | 12,02 | 140 | 23,7 | 27,8 | 700 | 41,8 | 115,4 |
| -10 | 16,7 | 12,43 | 150 | 24,1 | 28,95 | 750 | 43,1 | 125,1 |
| -5 | 17 | 12,86 | 160 | 24,5 | 30,09 | 800 | 44,3 | 134,8 |
| 0 | 17,2 | 13,28 | 170 | 24,9 | 31,29 | 850 | 45,5 | 145 |
| 10 | 17,6 | 14,16 | 180 | 25,3 | 32,49 | 900 | 46,7 | 155,1 |
| 15 | 17,9 | 14,61 | 190 | 25,7 | 33,67 | 950 | 47,9 | 166,1 |
| 20 | 18,1 | 15,06 | 200 | 26 | 34,85 | 1000 | 49 | 177,1 |
| 30 | 18,6 | 16 | 225 | 26,7 | 37,73 | 1050 | 50,1 | 188,2 |
| 40 | 19,1 | 16,96 | 250 | 27,4 | 40,61 | 1100 | 51,2 | 199,3 |
| 50 | 19,6 | 17,95 | 300 | 29,7 | 48,33 | 1150 | 52,4 | 216,5 |
| 60 | 20,1 | 18,97 | 325 | 30,6 | 51,9 | 1200 | 53,5 | 233,7 |
注: 注意してください! 空気の粘度は 10 6 乗で求められます。
-50～1200℃の温度における空気の比熱容量
さまざまな温度での空気の比熱容量の表が表示されます。 表中の熱容量は、乾燥空気のマイナス50～1200℃の温度範囲における定圧時（空気の等圧熱容量）です。 空気の比熱容量はどれくらいですか? 比熱容量は、温度を 1 度上昇させるために一定圧力で 1 キログラムの空気に供給する必要がある熱量を決定します。 たとえば、20°C で等圧プロセスでこのガス 1 kg を 1°C 加熱するには、1005 J の熱が必要です。
空気の比熱容量は、温度が上昇すると増加します。ただし、空気の質量熱容量の温度依存性は線形ではありません。 -50 ～ 120°C の範囲では、その値は実質的に変化しません。これらの条件下では、空気の平均熱容量は 1010 J/(kg deg) です。 表によれば、それは明らかです 大きな影響力温度は 130°C の値を示し始めます。 ただし、気温が比熱容量に与える影響は、粘度よりもはるかに小さいです。 したがって、0℃から1200℃まで加熱しても、空気の熱容量は1005J/(kg deg)から1210J/(kg deg)と1.2倍しか増加しません。
湿った空気の熱容量は乾燥した空気の熱容量よりも高いことに注意してください。 空気を比較すると、水の方が値が高く、空気中の水分含有量が比熱容量の増加につながることは明らかです。
| t、°С | C p 、J/(kg 度) | t、°С | C p 、J/(kg 度) | t、°С | C p 、J/(kg 度) | t、°С | C p 、J/(kg 度) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1013 | 20 | 1005 | 150 | 1015 | 600 | 1114 |
| -45 | 1013 | 30 | 1005 | 160 | 1017 | 650 | 1125 |
| -40 | 1013 | 40 | 1005 | 170 | 1020 | 700 | 1135 |
| -35 | 1013 | 50 | 1005 | 180 | 1022 | 750 | 1146 |
| -30 | 1013 | 60 | 1005 | 190 | 1024 | 800 | 1156 |
| -25 | 1011 | 70 | 1009 | 200 | 1026 | 850 | 1164 |
| -20 | 1009 | 80 | 1009 | 250 | 1037 | 900 | 1172 |
| -15 | 1009 | 90 | 1009 | 300 | 1047 | 950 | 1179 |
| -10 | 1009 | 100 | 1009 | 350 | 1058 | 1000 | 1185 |
| -5 | 1007 | 110 | 1009 | 400 | 1068 | 1050 | 1191 |
| 0 | 1005 | 120 | 1009 | 450 | 1081 | 1100 | 1197 |
| 10 | 1005 | 130 | 1011 | 500 | 1093 | 1150 | 1204 |
| 15 | 1005 | 140 | 1013 | 550 | 1104 | 1200 | 1210 |
空気の熱伝導率、熱拡散率、プラントル数
この表は、温度に応じた大気の熱伝導率、熱拡散率、プラントル数などの物性を示しています。 空気の熱物性は、乾燥空気の場合、-50 ～ 1200°C の範囲で与えられます。 表によれば、示された空気の特性は温度に大きく依存し、このガスの考慮された特性の温度依存性は異なることがわかります。
意味
大気 多くの気体の混合物です。 空気は複雑な組成を持っています。 その主なコンポーネントは、定数、変数、ランダムの 3 つのグループに分類できます。 前者には、酸素 (空気中の酸素含有量は体積で約 21%)、窒素 (約 86%)、およびいわゆる不活性ガス (約 1%) が含まれます。
コンテンツ コンポーネント実際には場所には依存しません グローブ乾燥した空気のサンプルを採取しました。 2 番目のグループには、二酸化炭素 (0.02 ～ 0.04%) と水蒸気 (最大 3%) が含まれます。 ランダム成分の含有量は地域の状況によって異なります。冶金工場の近くでは、アンモニアなどの有機残留物が分解される場所では、顕著な量の二酸化硫黄が空気中に混合されることがよくあります。 空気中にはさまざまなガスに加えて、多かれ少なかれ塵が常に含まれています。
空気密度は、地球の大気中のガスの質量を単位体積で割った値に等しい値です。 圧力、温度、湿度によって異なります。 空気密度の標準値は 1.225 kg/m 3 で、これは温度 15 ℃、圧力 101,330 Pa の乾燥空気の密度に相当します。
通常の状態での空気 1 リットルの質量 (1.293 g) が経験からわかっているので、空気が個別の気体である場合の分子量を計算できます。 通常の状態では、気体の 1 グラム分子は 22.4 リットルの体積を占めるため、空気の平均分子量は次のようになります。
22.4 × 1.293 = 29。
この数字 - 29 - は覚えておくべきです。これを知っていれば、空気に対する気体の密度を計算するのは簡単です。
液体空気の密度
空気は十分に冷却されると液体の状態になります。 液体空気は二重壁の容器内に長期間保存でき、その間の空間から空気が汲み出され、熱伝達が低減されます。 同様の容器は、たとえば魔法瓶にも使用されています。
通常の条件下で自由に蒸発する液体空気の温度は約 (-190℃) です。 窒素は酸素よりも蒸発しやすいため、その組成は一定ではありません。 窒素が除去されると、液体空気の色は青みがかった色から淡い青色 (液体酸素の色) に変わります。
液体空気では、エチルアルコール、ジエチルエーテル、および多くの気体は容易に固体に変化します。 たとえば、二酸化炭素を液体空気に通すと、見た目は似たような白いフレークに変わります。 外観雪へ。 液体空気に浸された水銀は硬くなり、可鍛性を持ちます。
液体空気によって冷却される多くの物質は、その性質を劇的に変化させます。 したがって、ひよこやブリキは非常にもろくなり、簡単に粉になり、鉛の鐘は澄んだ音を立て、凍ったゴムボールは床に落とすと砕けます。
問題解決の例
例 1
例 2
| エクササイズ | 硫化水素 H 2 S が空気の何倍重いかを求めます。 |
| 解決 | 同じ体積、同じ温度、同じ圧力で採取した、あるガスの質量と別のガスの質量の比は、第 2 のガスに対する第 1 のガスの相対密度と呼ばれます。 この値は、最初のガスが 2 番目のガスより何倍重いか軽いかを示します。 空気の相対分子量は 29 であると考えられます (空気中の窒素、酸素、その他のガスの含有量を考慮して)。 空気は気体の混合物であるため、「空気の相対分子量」の概念は条件付きで使用されることに注意してください。 D 空気 (H 2 S) = M r (H 2 S) / M r (空気); D 空気 (H 2 S) = 34 / 29 = 1.17。 M r (H 2 S) = 2 × A r (H) + A r (S) = 2 × 1 + 32 = 2 + 32 = 34。 |
| 答え | 硫化水素 H 2 S は空気より 1.17 倍重いです。 |
あらゆるステップにおける物理学 ペレルマン・ヤコフ・イシドロヴィッチ
部屋の中の空気の重さはどれくらいですか?
あなたの部屋に含まれる空気の重さは少なくともおおよそどれくらいか言えますか? 数グラムですか、それとも数キロですか？ あなたはそのような荷物を指一本で持ち上げることができますか、それとも肩に担ぐのがやっとでしょうか?
おそらく今では、古代人が信じていたように、空気には重さがまったくないと考える人はもういないでしょう。 しかし、今でも、特定の体積の空気の重さがどれくらいなのかを言うことができない人は多いでしょう。
通常の室温で地表近くの密度の空気が入ったマグカップ 1 リットルの重さは約 1.2 g であることを覚えておいてください。1 立方メートルには 1,000 リットルが含まれているため、空気 1 立方メートルの重さは 1.2 g の 1,000 倍、つまり 1.2 になります。 kg。 さて、以前に提起された質問に答えるのは難しいことではありません。 これを行うには、部屋の中に何立方メートルがあるかを調べるだけで、そこに含まれる空気の重量が決まります。
部屋の面積を10平方メートル、高さを4メートルとしましょう。そのような部屋には、1.2kgの40倍の重さの40立方メートルの空気があります。 これで48kgになります。
ですから、そんな中でも 小さな部屋空気の重さはあなたより少し軽いです。 あなたならそのような重荷を肩に担ぐのは困難でしょう。 そして、2倍の広さの部屋の空気が背中に押し寄せると、押しつぶされてしまう可能性があります。
このテキストは導入部分です。本から 最新の本事実。 3巻 【物理、化学、テクノロジー。 歴史と考古学。 その他】 著者 コンドラショフ・アナトリー・パブロヴィチ 「キャンドルの歴史」という本より 著者 ファラデー・マイケル 『科学の5つの未解決問題』より ウィギンズ・アーサー著 「あらゆるステップにおける物理学」という本より 著者 ペレルマン・ヤコフ・イシドロヴィッチ 『運動』という本から。 熱 著者 キタイゴロツキー アレクサンダー・イサコビッチ ニコラ・テスラの本より。 講義。 記事。 テスラ・ニコラ著 『複雑な物理法則を理解する方法』という本より。 子供とその親向けの 100 の簡単で楽しい実験 著者 ドミトリエフ・アレクサンダー・スタニスラヴォヴィッチ マリ・キュリーという本より。 放射能と元素 [物質の最大の秘密] 著者 パエス・アデラ・ムニョス 著者の本より講義 II キャンドル。 炎の明るさ。 燃焼には空気が必要です。 水の形成 前回の講義では、 一般的なプロパティキャンドルの液体部分の位置と、この液体が燃焼が起こる場所にどのように到達するか。 キャンドルが点灯したとき、あなたはそれを確信していますか？
著者の本より地元で生産された空気 内惑星である水星、金星、地球、火星は太陽の近くに位置しているため (図 5.2)、それらが同じ原材料で構成されていると考えるのは非常に合理的です。 これは本当です。 米。 5.2. 太陽系の惑星の軌道スケール画像
著者の本よりどのくらいの量の空気を吸いますか？ 私たちが1日に吸ったり吐いたりする空気の重さを計算してみるのも面白いでしょう。 人は呼吸するたびに、約 0.5 リットルの空気を肺に取り込みます。 私たちは平均して1分間に18回の吸入を行っています。 それで、1つで
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著者の本より幾つか？ マリアは、ウラン線の研究を始める前から、写真フィルムのプリントは不正確な分析方法であるとすでに判断しており、ウラン線の強度を測定し、さまざまな物質から放出される放射線の量を比較したいと考えていました。 彼女は知っていた：ベクレル
多くの人は、空気の重さがゼロではないという事実に驚かれるかもしれません。 この重みの正確な値は、次のような要因に大きく影響されるため、決定するのはそれほど簡単ではありません。 化学組成、湿度、温度、圧力。 空気の重さについて詳しく見てみましょう。
空気とは何ですか
空気の重さはどれくらいかという質問に答える前に、この物質が何であるかを理解する必要があります。 空気は地球の周囲に存在するガス状の殻であり、さまざまなガスが均一に混合されたものです。 空気には次のガスが含まれています。
- 窒素 (78.08%);
- 酸素 (20.94%);
- アルゴン (0.93%);
- 水蒸気 (0.40%);
- 二酸化炭素 (0.035%)。
上記のガスに加えて、ネオン (0.0018%)、ヘリウム (0.0005%)、メタン (0.00017%)、クリプトン (0.00014%)、水素 (0.00005%) も空気中に極少量存在します )、アンモニア ( 0.0003%）。
興味深いことに、これらの成分は空気を凝縮させることによって分離できる、つまり圧力を上げて温度を下げることによって空気を液体状態に変えることができるということです。 空気の各成分には独自の凝縮温度があるため、このようにして空気からすべての成分を分離することができ、実際に使用されます。
空気の重さとそれに影響を与える要因
空気の重さはどれくらいかという質問に正確に答えることができないのはなぜですか? もちろん、この重量に大きな影響を与える可能性のある要因は数多くあります。
まずは化学組成です。 上記は構成データです きれいな空気しかし、現在、地球上の多くの場所でこの空気は高度に汚染されており、それに応じてその組成も異なるでしょう。 したがって、大都市近くの空気には、地方の空気よりも多くの二酸化炭素、アンモニア、メタンが含まれています。
次に、湿度、つまり大気中に含まれる水蒸気の量です。 他の条件が同じであれば、空気の湿度が高くなるほど重さは減ります。
第三に、温度です。 これはそのうちの 1 つです 重要な要素、その値が小さいほど空気密度が高くなり、それに応じて重量も大きくなります。
第四に、大気圧は、一定の体積内の空気分子の数、つまりその重さを直接反映します。
これらの要因の組み合わせが空気の重さにどのような影響を与えるかを理解するために、簡単な例を挙げてみましょう。地表近くにある、温度 25 °C の立方体の乾燥空気 1 メートルの質量は、1.205 kg です。温度0℃の海面近くの同様の体積の空気を考えると、その質量はすでに1.293 kgに等しく、つまり7.3％増加します。
高度による空気密度の変化
高度が上がると気圧が低下し、それに応じて密度と重量が減少します。 地球上で観測される圧力の大気は、一次近似的には理想気体と考えることができます。 これは、圧力と空気密度が、理想気体の状態方程式 P = ρ*R*T/M を通じて数学的に相互に関係していることを意味します。ここで、P は圧力、ρ は密度、T はケルビン単位の温度、M は空気のモル質量、R は普遍気体定数です。
上の式から、圧力が法則 P = P 0 +ρ*g*h に従って変化することを考慮して、空気密度の高度依存性の式を得ることができます。ここで、P 0 は地表の圧力です。地球の、g は重力加速度、h は高さです。 この圧力の式を前の式に代入して密度を表すと、ρ(h) = P 0 *M/(R*T(h)+g(h)*M*h) が得られます。 この式を使用すると、任意の高度での空気の密度を求めることができます。 したがって、空気の重量 (質量と言った方が正確です) は、式 m(h) = ρ(h)*V によって決定されます。ここで、V は所定の体積です。
密度の高度依存性の式では、温度と重力加速度も高度に依存することがわかります。 最後の依存関係は次の場合に無視できます。 私たちが話しているのは高さは1〜2kmほどです。 温度に関しては、その高さへの依存性は次の経験式によってよく説明されます: T(h) = T 0 -0.65*h、ここで T 0 は地表付近の気温です。
高度ごとの密度を常に計算しないように、空気の主な特性の高度（最大 10 km）への依存性の表を以下に示します。
どの空気が一番重いですか
空気の重さという質問に対する答えを決定する主な要因を考慮すると、どの空気が最も重いかがわかります。 簡単に言うと、 冷気暖かい空気の密度は低く、乾燥した空気は湿った空気よりも重いため、常に暖かい空気よりも重くなります。 最後のステートメントは 29 g/mol であり、水分子のモル質量は 18 g/mol、つまり 1.6 分の 1 なので、理解しやすいです。
所定の条件下での空気重量の測定
それでは、具体的な問題を解決してみましょう。 温度 288 K で、体積 150 リットルを占める空気の重さはどれくらいかという質問に答えてみましょう。1 リットルが 1000 分の 1 立方メートル、つまり 1 リットル = 0.001 m 3 であることを考慮してみましょう。 288 K という温度は 15 °C に相当します。つまり、地球上の多くの地域で典型的な温度です。 次に、空気密度を決定する必要があります。 これは 2 つの方法で行うことができます。
- 海抜 0 メートルの場合、上記の式を使用して計算します。 この場合、得られる値は ρ = 1.227 kg/m 3 です。
- T 0 = 288.15 K に基づいて作成された上の表を見てください。この表には、値 ρ = 1.225 kg/m 3 が含まれています。
したがって、互いによく一致する 2 つの数値が得られます。 このわずかな違いは、温度を決定する際の 0.15 K の誤差と、空気が依然として理想気体ではなく現実の気体であるという事実によるものです。 したがって、さらなる計算のために、得られた 2 つの値の平均、つまり ρ = 1.226 kg/m 3 を採用します。
ここで、質量、密度、体積の関係の公式を使用すると、m = ρ*V = 1.226 kg/m 3 * 0.150 m 3 = 0.1839 kg または 183.9 グラムが得られます。
特定の条件下での空気 1 リットルの重さを答えることもできます: m = 1.226 kg/m3 * 0.001 m3 = 0.001226 kg、または約 1.2 グラム。
なぜ私たちは空気が私たちに迫っているのを感じないのでしょうか？
空気1立方メートルの重さはどれくらいですか? 1キロ強くらい。 私たちの惑星の大気圏全体は、その重さ 200 kg で人間に圧力をかけます。 これはかなり大きな空気の塊であり、人に多大な問題を引き起こす可能性があります。 なぜそれを感じないのでしょうか？ これには 2 つの理由があります。まず、その人自身の内部にも、外部の圧力に対抗する内部の圧力が存在します。 大気圧、第二に、空気は気体であるため、すべての方向に均等に圧力を及ぼします。つまり、すべての方向の圧力が互いにバランスします。
