Как определить плотность воздуха

Инструкция от Татьяна, добавлена 17 марта 2012 | нет комментариев

Если вы студент технического вуза, будущий инженер, химик или физик, то рано или поздно вам придется столкнуться с таким понятием, как плотность воздуха. Что же это такое? В принципе, ничего сверхъестественного в этом нет – что такое плотность знает каждый со школьной скамьи. Определяется она, как соотношение массы и объема.

И, казалось бы, стоит узнать массу конкретного объема воздуха, воспользоваться формулой ρ=m/V, где m – масса, V – объем, и получить искомую величину. Но существует определенная проблема – в случае с твердым телом или жидкостью этой операции вполне бы хватило. Но – мы имеем дело с газом, который подчиняется несколько иным законам. В ситуацию вмешиваются такие решающие факторы, как давление и температура. Воздух одинаковой массы, находящийся под большим давлением будет занимать меньший объем, что повлияет на его плотность в сторону увеличения. Изменения температуры также влияют на объем прямо пропорциональным образом. А в комплексе эти параметры и создают уникальные условия, определяющие значения того, что мы называем плотность воздуха.

Со школьной скамьи многие помнят, что такое уравнение Менделеева-Клапейрона (ну по крайней мере, тот человек, которому зачем-то понадобилось определять плотность воздуха, должен быть знаком с этим понятием). Оно имеет следующую форму pV=(m/M)RT. M – это молярная масса воздуха. Это величина постоянная и составляет 0,029 кг/моль. R – универсальная газовая постоянная, тоже известная величина – 8,31 Дж/(Моль*К). Применив его, можно узнать плотность воздуха при заданных условиях.

Используя значения текущей температуры и давления, упомянутые формулы и некоторое лабораторное оборудование, можно добиться решения такого вопроса, как определить плотность воздуха.

Необходимо:

— элементарные знания школьного курса химии и физики;
— уравнение Менделеева-Клапейрона;
— закрытая емкость с воздухом в форме шара и U-образным вакуумметром, присоединенным к ней;
насос Камовского;
— комнатный термометр;
— барометр;
— лабораторные весы.

Инструкция:

  • Запишите показания комнатного барометра. Атмосферное давление, которое он показывает пригодятся вам при дальнейших расчетах. Отметьте значение комнатной температуры. Для работы вам понадобится абсолютная температура вашей системы – Т. Определяется она при помощи формулы – Т=tК+273, где tK – комнатная температура по шкале Цельсия, 273 – разница положения нуля между шкалой Кельвина и шкалой Цельсия. Значение абслолютной температуры измеряется в Кельвинах (К).
  • Узнайте и запишите в качестве параметра V объем емкости. Обычно, лабораторная посуда имеет известный объем. Если этих данных вы не нашли, то определите данную характеристику любым доступным способом.
  • Взвесьте емкость на лабораторных весах. В результате вы получите суммарную массу закрытой емкости и находящегося в ней воздуха. Запишите полученные данные как m1.
  • Для дальнейших действий вам понадобится исключить из расчетов массу емкости. Подсоедините к ней ручной насос Камовского и откачайте воздух до максимально возможного показания вакуумметра.
  • Определите остаточное давление воздуха с массой mO в колбе (pO). Для этого от значения атмосферного давления, определенного с помощью барометра отнимите показания вакуумметра на емкости.
  • Еще раз взвесьте емкость на весах. Вы получите суммарное значение остаточной массы воздуха вместе с массой колбы. Запишите это показание как m2. Таким образом, воздушная масса при начальных условиях системы будет составлять m1-m2+mO. Плотность воздуха в такой ситуации будет определяться по формуле ρ=(m1-m2+mO)/V (1).
  • Значение остаточной массы воздуха в этой ситуации можно будет рассчитать, используя преобразованное уравнение Менделеева-Клапейрона, благо все данные для расчета у вас теперь есть. Формула для расчета примет следующий вид – mO=MpOV/(RT). Еще раз напомним, что М – это молярная масса, pO – остаточное давление воздуха в колбе, V – объем воздуха, равный объему емкости, R – универсальная газовая постоянная, Т – значение абсолютной температуры системы.
  • Подставив уравнение Менделеева-Клапейрона в уравнение (1), выполнив ряд математических преобразований, вы получите конечную формулу для определения плотности воздуха при конкретных условиях:ρ=(m1-m2)/V+MpO/(RT) (2). Теперь подставляйте все полученные в ходе лабораторной работы параметры в уравнение (2) и рассчитывайте значение искомой величины.
Похожие инструкции
Из чего делают стекло

Современному человеку сложно представить себе окружающий мир без стекла. Оно используется повсеместно....

Как получить карбонат натрия

Карбонат натрия, выглядящий как бесцветные кристаллы, в быту представляет собой самую обыкновенную...

Как перевести градусы в радианы

Перед тем, как перевести радианы в градусы, нужно разобраться, что они собой представляют. Радианом называют...

Найти процент от числа

Процент – это одна сотая любого значения. Благодаря столь простому определению несложно понять, что целая...

Комментарии