То, что газы можно рассматривать как жидкости с низкой плотностью, не было очевидно три сотни лет назад. Законы гидростатического давления не казались универсальными. Но со временем ряду ученых удалось доказать, что воздух оказывает давление, которое, как и давление жидкости, зависит от высоты столба, и обладает массой.
Под весом в этом случае разумеют не массу, а силу, измеряемую в Ньютонах. Она равна произведению массы на ускорение свободного падения. Галилей также рассчитал, что удельный вес воздуха (вес, деленный на объем) относится к удельному весу воды как 1:400.
Затем Торричелли, ученик Галилея, сконструировал первый в истории барометр, прибор, измеряющий давление атмосферы, и установил, что столб ртути высотой 760 мм давит с той же силой, что и толща воздуха над поверхностью планеты.
Удельный вес
Становление молекулярной физики позволило с большой точностью рассчитать плотность воздуха. Для это необходимо воспользоваться уравнением Менделеева-Клайпейрона для идеального газа:
$PV = {frac {m}{M}} cdot RT$
Тогда, разделив выражение на V, выразим из него плотность:
$rho = frac{P cdot M}{R cdot T}$
При нулевой влажности и стандартных температуре и давлении плотность воздуха равна:
$rho = {1,2 кг over м^3}$
С повышением влажности ввиду того, что плотность воды меньше (1000 кгм3), плотность воздуха уменьшается. Также оказывает влияние температура воздуха. С ее увеличением кинетическая энергия молекул воздуха увеличивается, из-за чего расстояние между ними увеличивается. Воздух становится более разреженным. Тоже самое происходит, когда уменьшается давление. Внешнее воздействие в меньшей степени мешает молекулам удалятся друг от друга, а значит воздух вновь разрежается.
Чтобы определить удельный вес, необходимо полученное значение плотности умножить на ускорение свободного падения. В зависимости от выбранной системы единиц значения удельного веса и удельной плотности могут быть как различными, так и одинаковыми (например, плотность в СИ совпадает со значением удельного веса в МКГСС). В современной науке чаще всего оперируют понятие плотности, нежели понятием удельного веса.
Что мы узнали?
В ходе урока было рассмотрено становление представлений о воздухе, коротко описаны опыты, доказывающие наличие у воздуха веса и давления, а также приведены формулы для расчета его плотности. В завершении урока более подробно разобраны различия между понятиями удельного веса и плотности.
