Razmatraju se glavna fizička svojstva vazduha: gustina vazduha, njegova dinamička i kinematička viskoznost, specifični toplotni kapacitet, toplotna provodljivost, toplotna difuzivnost, Prandtlov broj i entropija. Svojstva vazduha su data u tabelama u zavisnosti od temperature pri normalnom atmosferskom pritisku.
Gustina zraka u odnosu na temperaturu
Prikazana je detaljna tabela vrijednosti gustine suhog zraka pri različitim temperaturama i normalnom atmosferskom tlaku. Kolika je gustina vazduha? Gustoća zraka se može analitički odrediti dijeljenjem njegove mase sa zapreminom koju zauzima. pod datim uslovima (pritisak, temperatura i vlažnost). Također je moguće izračunati njegovu gustoću korištenjem jednačine idealnog plina formule stanja. Da biste to učinili, morate znati apsolutni tlak i temperaturu zraka, kao i njegovu plinsku konstantu i molarni volumen. Ova jednadžba vam omogućava da izračunate gustoću zraka u suhom stanju.
na praksi, da saznamo kolika je gustina vazduha na različitim temperaturama, zgodno je koristiti gotove tablice. Na primjer, data je tabela vrijednosti gustine atmosferskog zraka u zavisnosti od njegove temperature. Gustoća vazduha u tabeli izražena je u kilogramima po kubnom metru i data je u temperaturnom opsegu od minus 50 do 1200 stepeni Celzijusa pri normalnom atmosferskom pritisku (101325 Pa).
| t, °S | ρ, kg/m 3 | t, °S | ρ, kg/m 3 | t, °S | ρ, kg/m 3 | t, °S | 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 |
Na 25°C, vazduh ima gustinu od 1,185 kg/m 3 . Kada se zagrije, gustoća zraka se smanjuje - zrak se širi (poveća se njegov specifični volumen). Sa porastom temperature, na primjer, do 1200°C, postiže se vrlo niska gustina zraka, jednaka 0,239 kg/m 3 , što je 5 puta manje od njegove vrijednosti na sobnoj temperaturi. Općenito, smanjenje zagrijavanja omogućava da se odvija proces poput prirodne konvekcije i koristi se, na primjer, u aeronautici.
Ako uporedimo gustinu vazduha u odnosu na, onda je vazduh lakši za tri reda veličine - na temperaturi od 4 ° C, gustina vode je 1000 kg / m 3, a gustina vazduha je 1,27 kg / m 3. Takođe je potrebno obratiti pažnju na vrednost gustine vazduha u normalnim uslovima. Normalni uslovi za gasove su oni pod kojima je njihova temperatura 0°C, a pritisak jednak normalnom atmosferskom pritisku. Dakle, prema tabeli, gustina vazduha u normalnim uslovima (na NU) je 1,293 kg/m 3.
Dinamička i kinematička viskoznost zraka pri različitim temperaturama
Prilikom izvođenja termičkih proračuna potrebno je znati vrijednost viskoziteta zraka (koeficijent viskoznosti) na različitim temperaturama. Ova vrijednost je potrebna za izračunavanje Reynoldsovih, Grashofovih, Rayleighovih brojeva, čije vrijednosti određuju režim protoka ovog plina. U tabeli su prikazane vrijednosti koeficijenata dinamike μ i kinematičke ν viskoznost vazduha u temperaturnom opsegu od -50 do 1200°C pri atmosferskom pritisku.
Viskoznost vazduha značajno raste sa porastom temperature. Na primjer, kinematička viskoznost zraka je 15,06 10 -6 m 2 / s na temperaturi od 20 ° C, a s porastom temperature na 1200 ° C, viskoznost zraka postaje jednaka 233,7 10 -6 m 2 / s, odnosno povećava se 15,5 puta! Dinamički viskozitet vazduha na temperaturi od 20°C iznosi 18,1·10 -6 Pa·s.
Kada se zrak zagrije, povećavaju se vrijednosti i kinematičke i dinamičke viskoznosti. Ove dvije veličine su međusobno povezane kroz vrijednost gustine zraka, čija vrijednost opada kada se ovaj plin zagrije. Povećanje kinematičke i dinamičke viskoznosti vazduha (kao i drugih gasova) tokom zagrevanja povezano je sa intenzivnijim vibracijama molekula vazduha oko njihovog ravnotežnog stanja (prema MKT).
| t, °S | μ 10 6 , Pa s | ν 10 6, m 2 / s | t, °S | μ 10 6 , Pa s | ν 10 6, m 2 / s | t, °S | 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 |
Napomena: Budite oprezni! Viskoznost vazduha je data na stepen 10 6 .
Specifični toplotni kapacitet vazduha na temperaturama od -50 do 1200°S
Prikazana je tabela specifičnog toplotnog kapaciteta zraka pri različitim temperaturama. Toplotni kapacitet u tabeli je dat pri konstantnom pritisku (izobarični toplotni kapacitet vazduha) u temperaturnom opsegu od minus 50 do 1200°C za suvi vazduh. Koliki je specifični toplotni kapacitet vazduha? Vrijednost specifičnog toplinskog kapaciteta određuje količinu topline koja se mora predati jednom kilogramu zraka pri konstantnom pritisku da bi se njegova temperatura povećala za 1 stepen. Na primjer, na 20°C, za zagrijavanje 1 kg ovog plina za 1°C u izobaričnom procesu, potrebno je 1005 J topline.
Specifični toplotni kapacitet vazduha raste kako njegova temperatura raste. Međutim, ovisnost masenog toplinskog kapaciteta zraka o temperaturi nije linearna. U rasponu od -50 do 120°C, njegova vrijednost se praktično ne mijenja - u ovim uvjetima prosječni toplinski kapacitet zraka iznosi 1010 J/(kg deg). Prema tabeli, vidi se da temperatura počinje da ima značajan uticaj od vrednosti od 130°C. Međutim, temperatura zraka utječe na njegov specifični toplinski kapacitet mnogo slabije od njegovog viskoziteta. Dakle, kada se zagreje od 0 do 1200°C, toplotni kapacitet vazduha se povećava samo 1,2 puta - sa 1005 na 1210 J/(kg deg).
Treba napomenuti da je toplinski kapacitet vlažnog zraka veći od toplotnog kapaciteta suhog zraka. Ako uporedimo zrak, očito je da voda ima veću vrijednost i sadržaj vode u zraku dovodi do povećanja specifične topline.
| t, °S | C p , J/(kg stepeni) | t, °S | C p , J/(kg stepeni) | t, °S | C p , J/(kg stepeni) | t, °S | C p , J/(kg stepeni) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -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 |
Toplotna provodljivost, toplotna difuzivnost, Prandtlov broj vazduha
U tabeli su prikazana fizička svojstva atmosferskog vazduha kao što su toplotna provodljivost, toplotna difuzivnost i njegov Prandtlov broj u zavisnosti od temperature. Termofizička svojstva vazduha data su u opsegu od -50 do 1200°C za suvi vazduh. Iz tabele se vidi da navedena svojstva vazduha značajno zavise od temperature, a temperaturna zavisnost razmatranih svojstava ovog gasa je različita.
DEFINICIJA
atmosferski vazduh je mješavina mnogih plinova. Vazduh ima složen sastav. Njegove glavne komponente mogu se podijeliti u tri grupe: konstantne, varijabilne i nasumične. Prvi uključuju kiseonik (sadržaj kiseonika u vazduhu je oko 21% zapremine), azot (oko 86%) i tzv. inertne gasove (oko 1%).
Sadržaj sastojaka praktično ne zavisi od toga gde je u svetu uzet uzorak suvog vazduha. U drugu grupu spadaju ugljen dioksid (0,02 - 0,04%) i vodena para (do 3%). Sadržaj nasumičnih komponenti zavisi od lokalnih uslova: u blizini metalurških postrojenja, primetne količine sumpor-dioksida se često mešaju u vazduh, na mestima gde se raspadaju organski ostaci, amonijak itd. Pored raznih gasova, vazduh uvek sadrži više ili manje prašine.
Gustoća zraka je vrijednost jednaka masi plina u Zemljinoj atmosferi podijeljenoj jediničnom zapreminom. Zavisi od pritiska, temperature i vlažnosti. Postoji standardna vrijednost gustine zraka - 1,225 kg / m 3, što odgovara gustini suhog zraka na temperaturi od 15 o C i pritisku od 101330 Pa.
Znajući iz iskustva masu litre vazduha u normalnim uslovima (1,293 g), može se izračunati molekulska težina koju bi vazduh imao da je u pitanju pojedinačni gas. Pošto gram-molekul bilo kojeg gasa zauzima u normalnim uslovima zapreminu od 22,4 litara, prosečna molekulska težina vazduha je
22,4 × 1,293 = 29.
Ovaj broj - 29 - treba zapamtiti: znajući ga, lako je izračunati gustinu bilo kojeg plina u odnosu na zrak.
Gustina tečnog vazduha
Uz dovoljno hlađenje, vazduh postaje tečan. Tečni vazduh se može dosta dugo čuvati u posudama sa dvostrukim zidovima, iz prostora između kojih se ispumpava vazduh da bi se smanjio prenos toplote. Slične posude se koriste, na primjer, u termozama.
Slobodno isparavajući u normalnim uslovima, tečni vazduh ima temperaturu od oko (-190 o C). Njegov sastav je nestabilan, jer dušik lakše isparava od kisika. Kako se dušik uklanja, boja tekućeg zraka mijenja se od plavičaste do blijedoplave (boja tekućeg kisika).
U tečnom vazduhu, etil alkohol, dietil etar i mnogi gasovi lako prelaze u čvrsto stanje. Ako se, na primjer, ugljični dioksid propušta kroz tekući zrak, pretvara se u bijele pahuljice, po izgledu slične snijegu. Živa uronjena u tečni vazduh postaje čvrsta i savitljiva.
Mnoge tvari hlađene tekućim zrakom dramatično mijenjaju svoja svojstva. Tako, žljeb i lim postaju toliko krhki da se lako pretvaraju u prah, olovno zvono daje jasan zvuk zvonjave, a smrznuta gumena lopta se rasprsne ako padne na pod.
Primjeri rješavanja problema
PRIMJER 1
PRIMJER 2
| Vježbajte | Odredite koliko je puta teži od sumporovodika u vazduhu H 2 S. |
| Rješenje | Odnos mase datog gasa prema masi drugog gasa uzetog u istoj zapremini, na istoj temperaturi i istom pritisku, naziva se relativna gustina prvog gasa u odnosu na drugi. Ova vrijednost pokazuje koliko je puta prvi plin teži ili lakši od drugog plina. Relativna molekulska težina zraka uzima se jednakom 29 (uzimajući u obzir sadržaj dušika, kisika i drugih plinova u zraku). Treba napomenuti da se koncept "relativne molekularne težine zraka" koristi uvjetno, jer je zrak mješavina plinova. D vazduh (H 2 S) = M r (H 2 S) / M r (vazduh); D vazduh (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. |
| Odgovori | Vodonik sulfid H 2 S je 1,17 puta teži od vazduha. |
Iako ne osjećamo zrak oko sebe, zrak nije ništa. Vazduh je mešavina gasova: azota, kiseonika i drugih. I plinovi, kao i druge tvari, sastoje se od molekula, pa stoga imaju težinu, iako malu.
Iskustvo može dokazati da zrak ima težinu. Na sredini štapa dugačkog šezdeset centimetara učvrstićemo konopac, a na oba kraja vezaćemo dva identična balona. Okačimo štap za uzicu i vidimo da visi vodoravno. Ako sada jedan od naduvanih balona probušite iglom, iz njega će izaći zrak, a kraj štapa za koji je bio vezan dići će se gore. Ako probušite drugu loptu, štap će ponovo zauzeti horizontalni položaj.
To je zato što je vazduh u naduvanom balonu gušće, što znači da teže nego onaj oko njega.
Koliko vazduha teži zavisi od toga kada i gde se vaga. Težina vazduha iznad horizontalne ravni je atmosferski pritisak. Kao i svi objekti oko nas, i vazduh je podložan gravitaciji. To je ono što zraku daje težinu koja je jednaka 1 kg po kvadratnom centimetru. Gustoća zraka je oko 1,2 kg / m 3, odnosno kocka sa stranom od 1 m, ispunjena zrakom, teži 1,2 kg.
Zračni stup koji se okomito uzdiže iznad Zemlje proteže se nekoliko stotina kilometara. To znači da stub zraka težine oko 250 kg pritiska osobu koja stoji uspravno, na glavi i ramenima, čija je površina približno 250 cm 2!
Ne bismo mogli izdržati takvu težinu da joj se ne suprotstavlja isti pritisak unutar našeg tijela. Sljedeće iskustvo će nam pomoći da to shvatimo. Ako objema rukama razvučete list papira i neko ga pritisne prstom s jedne strane, rezultat će biti isti - rupa na papiru. Ali ako pritisnete dva kažiprsta na isto mjesto, ali sa različitih strana, ništa se neće dogoditi. Pritisak na obje strane će biti isti. Ista stvar se dešava sa pritiskom vazdušnog stuba i protivpritiskom unutar našeg tela: oni su jednaki.
Vazduh ima težinu i pritišće naše tijelo sa svih strana.
Ali on nas ne može zdrobiti, jer je protivpritisak tela jednak spoljašnjem.
Jednostavno iskustvo koje je gore opisano čini ovo jasno:
ako pritisnete prstom na list papira s jedne strane, pokidat će se;
ali ako pritisnete s obje strane, to se neće dogoditi.
Između ostalog...
U svakodnevnom životu, kada nešto vagamo, to radimo u vazduhu, pa stoga zanemarujemo njegovu težinu, jer je težina vazduha u vazduhu nula. Na primjer, ako vagamo praznu staklenu tikvicu, rezultat ćemo uzeti kao težinu tikvice, zanemarujući činjenicu da je ispunjena zrakom. Ali ako se boca hermetički zatvori i sav zrak se ispumpa iz nje, dobit ćemo potpuno drugačiji rezultat ...
Gustina i specifična zapremina vlažnog vazduha su varijable koje zavise od temperature i vazduha. Ove vrijednosti je potrebno znati pri odabiru ventilatora, pri rješavanju problema vezanih za kretanje sredstva za sušenje kroz zračne kanale, pri određivanju snage elektromotora ventilatora.Ovo je masa (težina) 1 kubnog metra mješavine zraka i vodene pare na određenoj temperaturi i relativnoj vlažnosti. Specifična zapremina je zapremina vazduha i vodene pare po 1 kg suvog vazduha.
Sadržaj vlage i toplote
Masa u gramima po jedinici mase (1 kg) suhog zraka u njihovoj ukupnoj zapremini naziva se sadržaj vlage u vazduhu. Dobiva se tako što se gustina vodene pare sadržane u vazduhu, izražena u gramima, podeli sa gustinom suvog vazduha u kilogramima.Da biste odredili potrošnju topline za vlagu, morate znati vrijednost toplotni sadržaj vlažnog vazduha. Ova vrijednost se podrazumijeva kao sadržana u mješavini zraka i vodene pare. Numerički je jednak zbiru:
03.05.2017 14:04
1393
Koliko je težak vazduh.
Uprkos činjenici da neke stvari koje postoje u prirodi ne možemo vidjeti, to uopće ne znači da one ne postoje. Tako je i sa vazduhom – nevidljiv je, ali ga udišemo, osećamo, pa je tu.
Sve što postoji ima svoju težinu. Ima li ga zrak? I ako jeste, koliko je težak vazduh? Saznajmo.
Kada nešto vagamo (na primjer, jabuku, držeći je za grančicu), to radimo u zraku. Stoga ne uzimamo u obzir sam zrak, jer je težina zraka u zraku nula.
Na primjer, ako uzmemo praznu staklenu bocu i izmjerimo je, rezultat ćemo uzeti kao težinu tikvice, bez razmišljanja da je ispunjena zrakom. Međutim, ako dobro zatvorimo bocu i ispumpamo sav zrak iz nje, dobit ćemo potpuno drugačiji rezultat. To je to.
Vazduh se sastoji od kombinacije nekoliko gasova: kiseonika, azota i drugih. Gasovi su vrlo lagane tvari, ali i dalje imaju težinu, iako ne veliku.
Kako biste se uvjerili da zrak ima težinu, zamolite odraslu osobu da vam pomogne u izvođenju sljedećeg jednostavnog eksperimenta: Uzmite štap dužine oko 60 cm i zavežite uže u sredinu.
Zatim pričvrstite 2 napuhana balona iste veličine na oba kraja našeg štapa. A sada ćemo objesiti našu strukturu za konop koji je vezan za njegovu sredinu. Kao rezultat toga, vidjet ćemo da visi vodoravno.
Ako sada uzmemo iglu i njome probodemo jedan od naduvanih balona, iz nje će izaći zrak, a kraj štapa za koji je bio vezan podići će se gore. A ako probušimo drugu kuglicu, tada će krajevi štapa biti jednaki i opet će visjeti vodoravno.
Šta to znači? I činjenica da je vazduh u naduvanom balonu gušći (odnosno teži) od onog koji je oko njega. Stoga, kada je lopta otpuhana, postala je lakša.
Težina vazduha zavisi od raznih faktora. Na primjer, zrak iznad horizontalne ravni je atmosferski tlak.
Vazduh, kao i svi objekti koji nas okružuju, podložan je gravitaciji. To je ono što zraku daje njegovu težinu, koja je jednaka 1 kilogramu po kvadratnom centimetru. U ovom slučaju, gustoća zraka je oko 1,2 kg / m3, odnosno kocka sa stranom od 1 m, ispunjena zrakom, teži 1,2 kg.
Zračni stup koji se okomito uzdiže iznad Zemlje proteže se nekoliko stotina kilometara. To znači da se na osobu koja stoji, na njegovu glavu i ramena (površine od približno 250 kvadratnih centimetara, pritisne stub zraka težak oko 250 kg!)
Da se takvoj velikoj težini ne suprotstavi isti pritisak unutar našeg tijela, jednostavno ga ne bismo mogli izdržati i zgnječio bi nas. Postoji još jedno zanimljivo iskustvo koje će vam pomoći da shvatite sve što smo rekli gore:
Uzimamo list papira i rastegnemo ga s obje ruke. Zatim ćemo zamoliti nekoga (na primjer, mlađu sestru) da ga pritisne prstom s jedne strane. Šta se desilo? Naravno, postojala je rupa u papiru.
A sada ćemo ponoviti istu stvar, samo što će sada biti potrebno pritisnuti na isto mjesto sa dva kažiprsta, ali sa različitih strana. Voila! Papir je netaknut! Želite li znati zašto?
Samo pritisak na nas list papira s obje strane bio je isti. Ista stvar se dešava sa pritiskom vazdušnog stuba i protivpritiskom unutar našeg tela: oni su jednaki.
Tako smo saznali da: vazduh ima težinu i pritiska ga na naše telo sa svih strana. Međutim, ne može nas zgnječiti, jer je protivpritisak našeg tijela jednak vanjskom, odnosno atmosferskom pritisku.
Naš posljednji eksperiment je to jasno pokazao: ako pritisnete na list papira s jedne strane, pokidat će se. Ali ako to učinite na obje strane, to se neće dogoditi.
