Muchas personas pueden sorprenderse por el hecho de que el aire tiene un cierto peso distinto de cero. El valor exacto de este peso no es tan fácil de determinar, ya que está fuertemente influenciado por factores como la composición química, la humedad, la temperatura y la presión. Echemos un vistazo más de cerca a la cuestión de cuánto pesa el aire.
¿Qué es el aire?
Antes de responder a la pregunta de cuánto pesa el aire, es necesario entender qué es esta sustancia. El aire es una capa gaseosa que existe alrededor de nuestro planeta, y que es una mezcla homogénea de varios gases. El aire contiene los siguientes gases:
- nitrógeno (78,08%);
- oxígeno (20,94%);
- argón (0,93%);
- vapor de agua (0,40%);
- dióxido de carbono (0,035%).
Además de los gases enumerados anteriormente, el aire también contiene cantidades mínimas de neón (0,0018 %), helio (0,0005 %), metano (0,00017 %), criptón (0,00014 %), hidrógeno (0,00005 %), amoniaco (0,0003%).
Es interesante notar quePuede separar estos componentes si condensa el aire, es decir, lo convierte en estado líquido aumentando la presión y disminuyendo la temperatura. Dado que cada componente del aire tiene su propia temperatura de condensación, de esta manera es posible aislar todos los componentes del aire, lo que se usa en la práctica.
Peso del aire y factores que lo afectan
¿Qué te impide responder exactamente a la pregunta, cuánto pesa un metro cúbico de aire? Por supuesto, una serie de factores que pueden influir mucho en este peso.
Primero, es la composición química. Arriba están los datos para la composición del aire limpio, sin embargo, en la actualidad este aire está muy contaminado en muchos lugares del planeta, respectivamente, su composición será diferente. Por lo tanto, cerca de las grandes ciudades, el aire contiene más dióxido de carbono, amoníaco y metano que el aire de las zonas rurales.
En segundo lugar, la humedad, es decir, la cantidad de vapor de agua que contiene la atmósfera. Cuanto más húmedo es el aire, menos pesa, en igualdad de condiciones.
Tercero, temperatura. Este es uno de los factores importantes, cuanto menor sea su valor, mayor será la densidad del aire y, en consecuencia, mayor será su peso.
En cuarto lugar, la presión atmosférica, que refleja directamente el número de moléculas de aire en un determinado volumen, es decir, su peso.
Para entender cómo la combinación de estos factores afecta el peso del aire, tomemos un ejemplo simple: la masa de un metro de aire cúbico seco a una temperatura de 25 ° C, ubicado cerca de la superficie de la tierra,es de 1,205 kg, pero si consideramos un volumen similar de aire cerca de la superficie del mar a una temperatura de 0 °C, entonces su masa ya será igual a 1,293 kg, es decir, aumentará en un 7,3 %.
Cambio en la densidad del aire con la altura
A medida que aumenta la altura, la presión del aire disminuye, respectivamente, su densidad y su peso disminuyen. El aire atmosférico a las presiones que se observan en la Tierra se puede considerar como un gas ideal en una primera aproximación. Esto significa que la presión y la densidad del aire están matemáticamente relacionadas entre sí a través de la ecuación de estado de un gas ideal: P=ρRT/M, donde P es la presión, ρ es la densidad, T es la temperatura en kelvins, M es la masa molar del aire, R es la constante universal de los gases.
De la fórmula anterior, puede obtener la fórmula para la dependencia de la densidad del aire con la altura, dado que la presión cambia según la ley P=P0+ρ gh, donde P 0 - presión en la superficie terrestre, g - aceleración de caída libre, h - altura. Sustituyendo esta fórmula de presión en la expresión anterior, y expresando la densidad, obtenemos: ρ(h)=P0M/(RT(h)+g(h) Mh). Usando esta expresión, puedes determinar la densidad del aire a cualquier altura. En consecuencia, el peso del aire (más correctamente, la masa) está determinado por la fórmula m(h)=ρ(h)V, donde V es el volumen dado.
En la expresión de la dependencia de la densidad con la altura, uno puede notar que la temperatura y la aceleración de la caída libre también dependen de la altura. La última dependencia puede despreciarse si estamos hablando de alturas de no más de 1-2 km. En cuanto a la temperatura, sela dependencia de la altitud se describe bien mediante la siguiente expresión empírica: T(h)=T0-0, 65h, donde T0 es el temperatura del aire cerca de la superficie del suelo.
Para no tener que calcular constantemente la densidad para cada altura, a continuación se muestra una tabla de la dependencia de las principales características del aire con la altura (hasta 10 km).
¿Qué aire es el más pesado?
Habiendo considerado los principales factores que determinan la respuesta a la pregunta de cuánto pesa el aire, puedes entender qué aire será el más pesado. En definitiva, el aire frío siempre pesa más que el aire caliente, ya que la densidad de este último es menor, y el aire seco pesa más que el aire húmedo. La última afirmación es fácil de entender, ya que la masa molar del aire es de 29 g/mol y la masa molar de una molécula de agua es de 18 g/mol, es decir, 1,6 veces menor.
Determinación del peso del aire en determinadas condiciones
Ahora resolvamos un problema específico. Respondamos a la pregunta de cuánto pesa el aire, ocupando un volumen de 150 litros, a una temperatura de 288 K. Considera que 1 litro es la milésima parte de un metro cúbico, es decir, 1 litro=0.001 m3. En cuanto a la temperatura de 288 K, corresponde a 15°C, es decir, es típica de muchas regiones de nuestro planeta. El siguiente paso es determinar la densidad del aire. Hay dos formas de hacerlo:
- Calcula usando la fórmula anterior para una altura de 0 metros sobre el nivel del mar. En este caso se obtiene el valor ρ=1.227 kg/m3
- Mire la tabla anterior, que se basa en T0=288,15 K. La tabla contiene el valor ρ=1,225 kg/m 3.
Por lo tanto, tenemos dos números que concuerdan bien entre sí. Una ligera diferencia se debe a un error de 0,15 K en la determinación de la temperatura, y también al hecho de que el aire todavía no es un gas ideal, sino real. Por lo tanto, para cálculos posteriores, tomamos el promedio de los dos valores obtenidos, es decir, ρ=1, 226 kg/m3.
Ahora, usando la fórmula para la relación entre masa, densidad y volumen, obtenemos: m=ρV=1.226 kg/m30.150 m3=0,1839 kg o 183,9 gramos.
También puedes responder cuánto pesa un litro de aire en determinadas condiciones: m=1,226 kg/m30,001 m3=0,001226 kg o aproximadamente 1,2 gramos.
¿Por qué no sentimos que el aire nos presiona?
¿Cuánto pesa 1 m3 de aire? Un poco más de 1 kilogramo. ¡Toda la tabla atmosférica de nuestro planeta ejerce presión sobre una persona con su peso de 200 kg! Esta es una masa de aire lo suficientemente grande que podría causar muchos problemas a una persona. ¿Por qué no lo sentimos? Esto se debe a dos razones: en primer lugar, también existe una presión interna dentro de la propia persona, que contrarresta la presión atmosférica externa, y en segundo lugar, el aire, al ser un gas, ejerce presión en todas las direcciones por igual, es decir, las presiones en todas las direcciones se equilibran entre sí. otro.
