Что тяжелее пар или воздух
Что легче – влажный воздух или сухой?
Один из самых распространенных вопросов из курса термодинамики – какой воздух легче, влажный или сухой. Вода, очевидно, тяжелее воздуха, но почему тогда влажный воздух легче сухого?
Ответ кроется в агрегатном состоянии воды. Вода в жидком состоянии тяжелее воздуха. Плотность воды в нормальном состоянии составляет около 1000кг/м3, а плотность воздуха – около 1,2кг/м3, следовательно, один и тот же объём воды при том же давлении в 830 раз тяжелее воздуха.
Однако в газообразном состоянии положение дел меняется. Водяной пар легче воздуха. Плотность водяного пара составляет всего 0,72кг/м3, что почти в 1,7 раза легче воздуха. Этот же вывод вытекает из соотношения молярных масс молекул воды и воздуха. Молярная масса воды (H2O) составляет 18г/моль, а воздуха (в среднем, 25% кислорода (O2) с молярной массой 32г/моль и 75% азота (N2) с молярной массой 28г/моль) – 29г/моль.
Влажный воздух представляет собой смесь газов – сухого воздуха и водяного пара. Учитывая, что плотность сухого воздуха составляет 1,2кг/м3, а плотность водяного пара – 0,72 кг/м3, становится очевидным, что влажный воздух легче сухого.
В системах вентиляции этот факт играет большую роль. Именно по причине того, что влажный воздух легче сухого, вытяжку из помещений, где находятся люди, предпочтительно делать в верхней зоне помещения (то есть, под потолком).
Влага, которую выделяет человек посредством дыхания и потоотделения, испаряется воздухом, увлажняя его. Отработанный влажный воздух сосредотачивается в верхней зоне. Следовательно, вытяжка отработанного воздуха должна происходить из верхней зоны.
Этот же фактор учитывается при вентиляции бассейнов. Зеркало воды постепенно испаряется, и влажный воздух скапливается под потолком (под крышей) бассейна. Именно из верхней зоны бассейна и осуществляется вытяжка воздуха.
Что плотнее воздух или вода
Один из самых распространенных вопросов из курса термодинамики – какой воздух легче, влажный или сухой. Вода, очевидно, тяжелее воздуха, но почему тогда влажный воздух легче сухого?
Ответ кроется в агрегатном состоянии воды. Вода в жидком состоянии тяжелее воздуха. Плотность воды в нормальном состоянии составляет около 1000кг/м3, а плотность воздуха – около 1,2кг/м3, следовательно, один и тот же объём воды при том же давлении в 830 раз тяжелее воздуха.
Однако в газообразном состоянии положение дел меняется. Водяной пар легче воздуха. Плотность водяного пара составляет всего 0,72кг/м3, что почти в 1,7 раза легче воздуха. Этот же вывод вытекает из соотношения молярных масс молекул воды и воздуха. Молярная масса воды (H2O) составляет 18г/моль, а воздуха (в среднем, 25% кислорода (O2) с молярной массой 32г/моль и 75% азота (N2) с молярной массой 28г/моль) – 29г/моль.
Влажный воздух представляет собой смесь газов – сухого воздуха и водяного пара. Учитывая, что плотность сухого воздуха составляет 1,2кг/м3, а плотность водяного пара – 0,72 кг/м3, становится очевидным, что влажный воздух легче сухого.
В системах вентиляции этот факт играет большую роль. Именно по причине того, что влажный воздух легче сухого, вытяжку из помещений, где находятся люди, предпочтительно делать в верхней зоне помещения (то есть, под потолком).
Влага, которую выделяет человек посредством дыхания и потоотделения, испаряется воздухом, увлажняя его. Отработанный влажный воздух сосредотачивается в верхней зоне. Следовательно, вытяжка отработанного воздуха должна происходить из верхней зоны.
Этот же фактор учитывается при вентиляции бассейнов. Зеркало воды постепенно испаряется, и влажный воздух скапливается под потолком (под крышей) бассейна. Именно из верхней зоны бассейна и осуществляется вытяжка воздуха.
Во сколько раз вода плотнее воздуха
Автор Неизвестно задал вопрос в разделе Естественные науки
Как сопоставляется плотность воздуха и плотность воды? Во сколько раз вода плотнее? и получил лучший ответ
Как я торговался в Китае.
Первым делом я поехал покупать куртку.
подробнее.
Если разделить массу тела на объем или площадь, которую она занимает, то получим плотность тела (поверхности). Некоторые вещества состоят из нескольких компонентов. У каждого из них своя плотность. При расчетах используется их сумма. Полученный результат и является плотностью всего вещества (соединения). Данный показатель может определяться для разных тел. Во многих случаях именно плотность является определяющим параметром при расчетах, осуществлении работ и при прочих важных обстоятельствах. Далее в статье рассмотрим общее значение понятия. Выясним, какое значение имеет плотность воздуха. Рассмотрим также влияние тех или иных факторов на показатель.
Виды плотности
Тела существуют различные. Так же, как и бывают разные состояния веществ. Есть, например, жидкости и газы. Есть сыпучие и пористые тела. Для них существуют такие плотности: истинная (не берут во внимание учет пустот), удельная (отношение массы всего вещества к объему, которое она занимает). Существует коэффициент пористости (часть объема пустот, которые есть во всем объеме). Именно с помощью этого коэффициента получают истинную плотность.
Зависимость от температуры
Много ли факторов способны изменить плотность? Рассмотрим основные внешние явления, которые могут обладать такой способностью. Плотность увеличивается, когда уменьшается температура. Хотя некоторые вещества являются исключениями. К ним относятся, например, вода, чугун и бронза. В этом случае изменения происходят по-другому. Самая высока плотность у воды, когда жидкость достигает 4 градусов тепла, а если температура становится выше или ниже, то она уменьшается.
Важность агрегатного состояния
Агрегатное состояние тела определяет многие его характеристики. Так, к примеру, жидкости обладают одними свойствами, газы – другими. Отличие отмечается и в характере взаимодействия тел друг с другом. Бывает и такое, что меняется агрегатное состояние. В таком случае плотность изменяется по-разному. Если состояние переходит с газообразного в жидкое, то она растет. Вода и кремний, например, ведут себя особенным образом. Как только они переходят в твердое состояние, плотность уменьшается. Такими свойствами еще обладает германий. Они являются исключениями за счет своих свойств.
Прочие факторы
Плотность воздуха играет большую роль в жизни всего живого на планете, хотя мало кто задумывается об этом явлении. Почему парят птицы в воздухе, летают самолеты, а какой-то предмет падает на землю, а не задерживается в пространстве? Кроме того, в этом всем участвует и плотность воздуха. Однако это соединение обладает и прочими свойствами. Так, когда говорят о погодных условиях, то используют такое определение, как влажность воздуха. Если он сухой, то человеку тяжелее дышать и передвигаться, любое существо испытывает дискомфорт. Как только хоть немного появляется влаги, то эти ощущения пропадают. А ведь все это зависит от того, что сухой воздух имеет большую плотность, а судя из соотношения, и массу. Все это изучалось еще в школьные годы на уроках физики.
Исследования Ньютона
Если задуматься, то такие явления, перечисленные выше, могут показаться непонятными. Ведь как сухой воздух может быть тяжелее того, который насыщен влагой? А именно водой в газообразном состоянии. Но это парадоксальное явление давно доказали ученые, да еще и подтвердили многими исследованиями. Первый, кто об этом начал говорить, был Исаак Ньютон. Все свои мысли и доводы он написал в книге «Оптика». Ученый говорил о том, что именно плотность влажного воздуха ниже, чем у сухого. В 1717 году эта книга вышла в свет в Лондоне. Но, к сожалению, гипотезы известного ученого не взяли во внимание, «Оптика» не имела большого успеха.
Опыт Авогадро
Амадео Авогардо доказал, что в равных объемах идеальных газов число молекул будет одинаковым вне зависимости от изменений температуры. Позднее такую величину молекул назвали константой Авогадро. А саму гипотезу – законом, которому также присвоили имя ученого. Часто приводят пример, который показывает, как зависит плотность воздуха от температуры и прочих факторов. Приведем несколько показателей. Обычно чистый воздух имеет примерно 78% азотных молекул (атомный вес – 28). Остальные 21% – это кислород. Его атомный вес равняется 32. Еще один процент считается несущественным, так как он принадлежит разным газам, которые тоже входят в состав воздуха.
Как определить плотность воздуха
Провести непосредственные измерения не представляется возможным. Для расчетов существуют конкретные формулы, чтобы получить нужный показатель. Есть 2 вида плотностей: весовая и массовая. В основном используют последнюю.
1. Буквой g обозначают весовую плотность воздуха (это вес на один кубометр). Измеряется он соотношением веса соединения (который вымеряют в кгс) на его объем (м 3 ).
2. Из-за многих нюансов показатели могут меняться. Влияет на это вращение Земли, географическая широта, сила инерции. Так, например, на экваторе вес будет меньше на 5% по сравнению с полюсами. Было измерено то, что если давление будет 769 мм рт. ст, а температура будет +15, то один кубометр будет иметь весовую плотность около 1,225 кгс.
3. В формулах используются различные обозначения. Буквой р обозначают массовую плотность воздуха – это масса на один кубометр воздуха. Известно, что она не меняется от внешних факторов, всегда равняется одному показателю. За единицу массы плотности принята масса гири из иридистой платины, хранящейся в Международной палате мер и весов в Париже. Если же говорить о формуле, то эта плотность равняется отношению массы к плотности воздуха.
4. Когда происходят какие-то изменения (то ли в температуре, то ли в давлении воздуха), то и сама плотность изменяется. При изменяющихся показателях массовая плотность воздуха вычисляется по формуле: p = 0,0473 х В / Т. Здесь В – барометрическое давление, измеряется в мм рт. ст., Т – температура воздуха, измеряется в Кельвинах.
5. Если давление увеличится, а температура, наоборот, понизится, то плотность воздуха будет расти. Исходя из такого утверждения можно сделать вывод, что в зимние морозы она будет самая высокая. Чем выше подниматься в пространстве, тем больше будет уменьшаться плотность, ведь давление становится меньше.
Заключение
Итак, судя по всем вышеперечисленным примерам, плотность воздуха – это довольно-таки изменчивый показатель. Ведь много факторов влияет на ее понижение или повышение. Для того чтобы ее правильно измерять, нужно их учитывать. Какие-либо изменения в природе оказывают активное влияние на показатель. Ведь воздух меняет свои свойства во влажную погоду или сухую, в морозные или жаркие летние дни, со сменой давления. Это было неоднократно доказано известными учеными.
Что тяжелее пар или воздух
«Почему углекислый газ весь опускается вниз, а азот и кислород в воздухе остаются смешанными, хотя у них разный вес? «
1. Доля кислорода по сравнению с долей азота у поверхности земли выше, чем на высоте. Поэтому кислород таки «опускается» вниз, а не «остается смешанным»
https://www.researchgate.net/figure/Numerical-density-of-atmospheric-components-as-a-function-of-altitude_fig11_270885961
2. Распределение каждого газа в атмосфере по высоте является «равновесным», т.е. является результатом балланса многих факторов. Поэтому совершенно необязательно, что весь кислород должен «упасть» на Землю.
3. Внезапное появление большого количества лишнего газа нарушает это равновесие, и поэтому этот газ не будет оставаться «взвешенным». Если он тяжелее (как углекислый газ), он выпадет на Землю, если он легче (как гелий), он улетит в космос.
(у меня M.Sc. по физике)
1. Газы (почти) не влияют на распределение друг друга по высоте: для каждого из них действует старая добрая формула n(h) = n(0) * exp(-m*g*h/(k*T)). При комнатной температуре характерная высота k*T/m*g составляет для углекислого газа около 6 км, то есть при равновесном распределении концентрация углекислого газа что под потолком, что на полу практически одна и та же (если высота комнаты не несколько км).
2. И это очень хорошо. Если бы весь углекислый газ, который есть в атмосфере, опустился вниз, мы бы задохнулись.
3. Но газу нужно время для достижения равновесного распределения. Если сухой лёд лежит на полу или плавает в бассейне, а конвекционных потоков нет (одна диффузия), этого времени может не быть: люди раньше умрут, чем он перемешается с воздухом. Влом писать формулу Эйнштейна и оценивать скорость диффузии.
Edited at 2020-03-02 11:43 (UTC)
4. Именно. 25 кило газа. А чего блин они хотели, что газ куда-то телепортируется?
Вот для чего блин на системах объёмного пожаротушения с тем самым CO2 зажигаются таблички типа «УХОДИ»? А потому что написать «Уёбывай!» не могут.
1) углекислый газ не так уж сильно токсичен. Во всяком случае за те пять-десять минут, которые нужны для смерти от удушья, его токсичность проявиться не успеет
«дело именно в токсичности углекислого газа» Наш автор немного лжив.
Полагаю, эта маленькая ложь должна помочь в борьбе левозеленых маньяков с углекислым газом и человечеством.
В списке опасных материалов ООН и, соответственно, в законодательстве разных стран СО2 относят к классу 2.2, что означает «gases which are neither flammable nor poisonous»
Остальные причины вам по частям уже называли. Попробую просуммировать.
Расслоению газовой смеси противостоит тепловое движение молекул. Вообще-то известно, что броуновское движение может часами удерживать в воздухе капли тумана или пылинки вполне макроскопических размеров, что уж там одиночные молекулы более плотного газа. Поэтому если газы уже перемешаны, в объеме нескольких кубометров вы расслоения не обнаружите, да и в объеме атмосферы оно довольно слабое.
Проблема в том, что газ из бассейна выделялся не смешанный с воздухом, чистый, и очень мощным потоком. Скорость диффузионного смешивания при атмосферном давлении и комнатной температуре довольно низкая, ее можно оценить из средней длины пробега молекул (68 нм, самому считать было лень, поверил https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B0_%D1%81%D0%B2%D0%BE%D0%B1%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B1%D0%B5%D0%B3%D0%B0 ) и их средней скорости (463 м/c).
Оценку степени турбулентного перемешивания можно получить через число Рейнольдса, но не очень ясно, что именно подставлять в формулу в качестве скорости. Можно сравнить процесс с подъемом пара из кипящей воды. Мне кажется, что скорость пузырей газа, даже при очень сильном кипении, не очень велика, порядка метров в секунду или даже меньше. А значит, сильного потока газа вверх подъем пузырей не создаст, поэтому турбулентное смешивание будет слабым
А дальше, как вам правильно говорили, газ не только тяжелее воздуха, но и существенно холоднее, поэтому он будет плохо смешиваться с воздухом и совсем не подниматься вверх.
Также, на сидевших в бассейне, кроме гипоксии и высокого содержания углекислого газа действовали гипотермия (даже если весь объем воды сразу не остыл, сильные и очень холодные струи там должны были быть, особенно по дну) и холодовые ожоги (25 кг сухого льда наверное раскидывало по дну довольно крупными кусками).
Есть среды, которые смешиваются, есть которые не смешиваются и при попытке смешать сами разделяются обратно. Газы обычно смешиваются. Смешивание обычно осуществляется за счёт диффузии. Равновесие при этом описывается распределением Больцмана. Время наступления равновесия пропорционально квадрату характерного размера неоднородности. Это для макроскопических размеров долго. Но в условиях турбулентности размер неоднородностей уменьшается за счёт хаотического искажения геометрии и увеличения площади границы раздела. Правда, равновесное распределение тоже не может при этом установиться.
Пока среды раздельны и размешивание не произошло, на макроскопичском уровне действует закон Архимеда. Лёгкий объём среды всплывает в тяжелом. Тяжёлая среда тонет в лёгкой, и обычно неустойчиво, т.е. с хаотизацией границы раздела (в перевернутом стакане вода не держится, но если стабилизировать границу бумажкой, то держится, школьный опыт). Правда, для конвекции ещё нужно, чтобы всплывающая среда расширялась достаточно быстро, чтобы всё ещё быть легче тяжелой, но это имеет значение для температурной конвекции в основном, например, для сухого воздуха градиенты менее 10 градусов на километр устойчивы. Пока плотности двух сред существенно различаются, они будут всплывать/тонуть, а когда перемешаются, то дальше уже ведут себя как одна среда.
Вы путаете две исходные ситуации.