Muitas pessoas podem se surpreender com o fato de o ar ter um certo peso diferente de zero. O valor exato desse peso não é tão fácil de determinar, pois é fortemente influenciado por fatores como composição química, umidade, temperatura e pressão. Vamos dar uma olhada na questão de quanto pesa o ar.
O que é ar
Antes de responder a questão de quanto pesa o ar, é necessário entender o que é essa substância. O ar é uma concha gasosa que existe ao redor do nosso planeta e que é uma mistura homogênea de vários gases. O ar contém os seguintes gases:
- nitrogênio (78,08%);
- oxigênio (20,94%);
- argônio (0,93%);
- vapor de água (0,40%);
- dióxido de carbono (0,035%).
Além dos gases listados acima, o ar também contém quantidades mínimas de neônio (0,0018%), hélio (0,0005%), metano (0,00017%), criptônio (0,00014%), hidrogênio (0,00005%), amônia (0,0003%).
É interessante notar queVocê pode separar esses componentes se condensar o ar, ou seja, transformá-lo em estado líquido aumentando a pressão e diminuindo a temperatura. Como cada componente do ar tem sua própria temperatura de condensação, desta forma é possível isolar todos os componentes do ar, o que é utilizado na prática.
Peso do ar e fatores que o afetam
O que impede você de responder exatamente a pergunta, quanto pesa um metro cúbico de ar? Claro, uma série de fatores que podem influenciar muito esse peso.
Primeiro, é a composição química. Acima estão os dados para a composição do ar limpo, no entanto, atualmente esse ar está fortemente poluído em muitos lugares do planeta, respectivamente, sua composição será diferente. Assim, perto das grandes cidades, o ar contém mais dióxido de carbono, amônia e metano do que o ar nas áreas rurais.
Segundo, a umidade, ou seja, a quantidade de vapor d'água contida na atmosfera. Quanto mais úmido o ar, menos ele pesa, outras coisas sendo iguais.
Terceiro, temperatura. Este é um dos fatores importantes, quanto menor o seu valor, maior a densidade do ar e, consequentemente, maior o seu peso.
Quarto, a pressão atmosférica, que reflete diretamente o número de moléculas de ar em um determinado volume, ou seja, seu peso.
Para entender como a combinação desses fatores afeta o peso do ar, vamos dar um exemplo simples: a massa de um metro cúbico de ar seco a uma temperatura de 25°C, localizado próximo à superfície da terra,é de 1,205 kg, mas se considerarmos um volume semelhante de ar próximo à superfície do mar a uma temperatura de 0 ° C, sua massa já será igual a 1,293 kg, ou seja, aumentará em 7,3%.
Mudança na densidade do ar com a altura
À medida que a altura aumenta, a pressão do ar diminui, respectivamente, sua densidade e peso diminuem. O ar atmosférico a pressões que são observadas na Terra pode ser considerado como um gás ideal como uma primeira aproximação. Isso significa que a pressão e a densidade do ar estão matematicamente relacionadas entre si através da equação de estado de um gás ideal: P=ρRT/M, onde P é a pressão, ρ é a densidade, T é a temperatura em kelvins, M é a massa molar do ar, R é a constante universal do gás.
Da fórmula acima, você pode obter a fórmula para a dependência da densidade do ar em relação à altura, dado que a pressão muda de acordo com a lei P=P0+ρ gh, onde P 0 - pressão na superfície da Terra, g - aceleração de queda livre, h - altura. Substituindo esta fórmula para pressão na expressão anterior, e expressando a densidade, temos: ρ(h)=P0M/(RT(h)+g(h) Mh). Usando esta expressão, você pode determinar a densidade do ar em qualquer altura. Assim, o peso do ar (mais corretamente, massa) é determinado pela fórmula m(h)=ρ(h)V, onde V é o volume dado.
Na expressão para a dependência da densidade da altura, pode-se notar que a temperatura e a aceleração da queda livre também dependem da altura. A última dependência pode ser desprezada se estivermos falando de alturas não superiores a 1-2 km. Em relação à temperatura, éa dependência da altitude é bem descrita pela seguinte expressão empírica: T(h)=T0-0, 65h, onde T0 é o temperatura do ar próximo à superfície do solo.
Para não calcular constantemente a densidade para cada altura, segue abaixo uma tabela da dependência das principais características do ar em relação à altura (até 10 km).
Qual ar é o mais pesado
Tendo considerado os principais fatores que determinam a resposta à pergunta de quanto pesa o ar, você pode entender qual ar será o mais pesado. Em suma, o ar frio sempre pesa mais que o ar quente, pois a densidade deste último é menor, e o ar seco pesa mais que o ar úmido. A última afirmação é fácil de entender, pois a massa molar do ar é 29 g/mol, e a massa molar de uma molécula de água é 18 g/mol, ou seja, 1,6 vezes menor.
Determinação do peso do ar sob determinadas condições
Agora vamos resolver um problema específico. Vamos responder a questão de quanto pesa o ar, ocupando um volume de 150 litros, a uma temperatura de 288 K. Considere que 1 litro é um milésimo de metro cúbico, ou seja, 1 litro=0,001 m3. Já a temperatura de 288 K corresponde a 15°C, ou seja, é típica de muitas regiões do nosso planeta. O próximo passo é determinar a densidade do ar. Existem duas maneiras de fazer isso:
- Calcule usando a fórmula acima para uma altura de 0 metros acima do nível do mar. Neste caso, obtém-se o valor ρ=1,227 kg/m3
- Veja a tabela acima, que é baseada em T0=288,15 K. A tabela contém o valor ρ=1,225 kg/m 3.
Assim, temos dois números que estão em boa concordância entre si. Uma pequena diferença se deve a um erro de 0,15 K na determinação da temperatura, e também ao fato de que o ar ainda não é um gás ideal, mas um gás real. Portanto, para cálculos posteriores, tomamos a média dos dois valores obtidos, ou seja, ρ=1, 226 kg/m3.
Agora, usando a fórmula da relação entre massa, densidade e volume, temos: m=ρV=1,226 kg/m30,150 m3=0,1839 kg ou 183,9 gramas.
Você também pode responder quanto pesa um litro de ar sob determinadas condições: m=1,226 kg/m30,001 m3=0,001226 kg ou aproximadamente 1,2 gramas.
Por que não sentimos o ar nos pressionando
Quanto pesa 1 m3 de ar? Um pouco mais de 1 quilo. Toda a mesa atmosférica do nosso planeta exerce pressão sobre uma pessoa com seu peso de 200 kg! Esta é uma massa de ar grande o suficiente que pode causar muitos problemas para uma pessoa. Por que não sentimos? Isso se deve a dois motivos: primeiro, há também uma pressão interna dentro da própria pessoa, que contraria a pressão atmosférica externa e, segundo, o ar, sendo um gás, exerce pressão em todas as direções igualmente, ou seja, as pressões em todas as direções se equilibram entre si. outro.
