Автор: Саркис Тагаев (Обновлено: 11.08.2024 г.)
Краткая информация: Воздух прозрачен и не имеет вкуса, запаха и формы. Он обладает весом, занимает весь имеющийся объём, пропускает звуки и обладает упругостью. При охлаждении воздух сжимается, а при нагревании расширяется. Он плохо проводит тепло, при нагревании стремиться вверх, а при охлаждении движется вниз.
Быстрый переход:
Состав
Плотность
Удельная теплоемкость
Теплопроводность
Число Прандтля
Энтропия
Вязкость
Простые свойства воздуха
Состав воздуха
Атмосферный воздух состоит из смеси газов с основными компонентами:
- Азот (N2) — примерно 78%.
- Кислород (O2) — примерно 21%.
- Аргон (Ar) — около 0,93%.
- Углекислый газ (CO2) — менее 0,04%.
Количество CO2 может варьировать в зависимости от местоположения и других факторов. В атмосферном воздухе также присутствуют водяные пары и незначительные вкрапления других газов.
Этот состав поддерживает жизнь на Земле, обеспечивая организмы необходимым кислородом для дыхания и участвуя в различных атмосферных процессах.
Плотность
Плотность воздуха — масса газа атмосферы Земли содержащегося в единице объёма. Она обычно выражается в килограммах на кубический метр (кг/м³). Плотность зависит от давления, температуры и влажности. Она увеличивается при низких температурах и/или высоких давлениях и уменьшается при повышенной температуре и/или низком давлении. Также, влажный воздух будет иметь немного большую плотность, чем сухой, из-за водяного пара.
В нормальных условиях (при температуре 20 °C и атмосферном давлении 101325 Па (1 атм.)), плотность воздуха составляет около 1,2 кг/м³.
| Температура, °С | Плотность, кг/м3 | Температура, °С | Плотность, кг/м3 |
| +35 | 1,146 | 0 | 1,292 |
| +30 | 1,165 | -5 | 1,316 |
| +25 | 1,184 | -10 | 1,341 |
| +20 | 1,204 | -15 | 1,367 |
| +15 | 1,225 | -20 | 1,394 |
| +10 | 1,247 | -25 | 1,422 |
| +5 | 1,269 | -30 | 1,453 |
Посмотрев на представленную таблицу легко понять почему в зимний период года, когда открываешь окно в квартире, поток идет с улицы в помещение, а не наоборот. У более холодных уличных воздушных масс значительно выше плотность, они просто выдавливают теплый внутренний воздух.
Удельная теплоемкость воздуха
Удельная теплоемкость воздуха — это физическая величина, которая показывает, сколько тепла затрачивается на нагревание или выделяется при охлаждении одного килограмма воздуха на один градус. Это свойство зависит от ряда факторов, теплоемкость может изменяться в зависимости от состава воздуха и его молекулярной структуры, от температуры и давления. Для большинства расчетов применяется следующее значение удельной теплоемкости с=1,005 кДж/(кг∙°С).
| Температура, °С | Удельная теплоемкость, кДж/(кг·°С) | Температура, °С | Удельная теплоемкость, кДж/(кг·°С) |
| -45 | 1,013 | +10 | 1,005 |
| -40 | 1,013 | +15 | 1,005 |
| -35 | 1,013 | +20 | 1,005 |
| -30 | 1,013 | +30 | 1,005 |
| -25 | 1,011 | +40 | 1,005 |
| -20 | 1,009 | +50 | 1,005 |
| -15 | 1,009 | +60 | 1,005 |
| -10 | 1,009 | +70 | 1,009 |
| -5 | 1,007 | +80 | 1,009 |
| 0 | 1,005 | +90 | 1,009 |
| +5 | 1,005 | +100 | 1,009 |
Чем отличается теплоемкость от удельной теплоемкости?
Не путайте эти два параметра. Теплоёмкость регламентирует количество тепла, которое необходимо сообщить всему объему и массе тела, чтобы его температура изменилась на один градус. Удельная теплоёмкость, в свою очередь, определяет количество теплоты, которое нужно сообщить одной единице массы вещества, чтобы его температура поднялась на одну единицу. Таким образом, теплоемкость учитывает всю массу тела, в то время как удельная теплоемкость концентрируется на единице массы вещества.
Теплопроводность
Теплопроводность воздуха — это физическое свойство, которое определяет способность воздуха проводить через себя тепло. Коэффициент теплопроводности показывает, какое количество тепла проходит за 1 час через 1 м² вещества толщиной 1 м при разности температур в 1 градус. Чем больше его значение, тем интенсивнее проводится тепло. Коэффициент теплопроводности обозначается λ и измеряется в Вт/(м·°C).
| Температура, °С | Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м·град) | Число Прандтля, Pr |
| -40 | 0,0212 | 0,728 |
| -30 | 0,0220 | 0,723 |
| -20 | 0,0228 | 0,716 |
| -10 | 0,0236 | 0,712 |
| 0 | 0,0244 | 0,707 |
| +10 | 0,0251 | 0,705 |
| +20 | 0,0259 | 0,703 |
| +30 | 0,0267 | 0,701 |
| +40 | 0,0276 | 0,699 |
| +50 | 0,0283 | 0,698 |
| +60 | 0,0290 | 0,696 |
| +70 | 0,0296 | 0,694 |
Теплопроводность воздуха существенно ниже по сравнению с другими материалами. Например, коэффициент теплопроводности стали составляет 52 Вт/(м·°C). Воздух проводит тепло через себя более чем в 2000 раз медленнее. Это объясняет, почему он служит отличным теплоизолятором. Не случайно большинство распространенных строительных материалов, предназначенных для сохранения тепла, содержат значительное количество воздуха в своей структуре.
Число Прандтля
Обратите внимание, в представленной выше таблице приводится также значения числа Прандтля. Это безразмерная величина, которая характеризует соотношение между механическими и тепловыми процессами в среде. Число Прандтля определяет, насколько быстро переносится тепло относительно происходящих взаимосвязанных механических процессов, таких как конвекция и диффузия.
Если число Прандтля малое, это значит, что тепло переносится медленно по сравнению с механическими процессами. Если число большое, значит тепло переносится относительно быстро и механические процессы в общем теплообмене играют меньшую роль.
Энтропия воздуха
Энтропия воздуха, измеряемая в кДж/(кг·°C), зависит от температуры и давления. При температуре 0 °C и атмосферном давлении 101325 Па (1 атм.), удельная энтропия воздуха равна нулю.
| Температура, °С | Удельная энтропия, кДж/(кг·°C) при давлении P, кПа | ||||
| 90 | 95 | 101,325 | 105 | 110 | |
| -50 | -0,1686 | -0,1842 | -0,2026 | -0,2129 | -0,2263 |
| -30 | -0,0826 | 0,0982 | -0,1166 | 0,1268 | -0,1403 |
| -10 | -0,0034 | -0,0190 | 0,0374 | -0,0476 | -0,0610 |
| 0 | 0,0340 | -0,0190 | 0 | -0,0102 | -0,0237 |
| -10 | 0,0700 | 0,0540 | 0,0360 | 0,0258 | 0,0123 |
| -30 | 0,1384 | 0,1228 | 0,0144 | 0,0942 | 0,0807 |
| -50 | 0,2024 | 0,1868 | 0,1684 | 0,1582 | 0,1447 |
Вязкость
Вязкость воздуха — это физическая характеристика, описывающая способность атмосферного воздуха сопротивляться потоку или скольжению при движении. По-другому еще можно сказать, что это свойство сопротивляться взаимному сдвигу частиц.
Вязкость зависит от температуры и давления. При нормальных атмосферных условиях она крайне мала, движение воздушных масс обычно считается невязким. Однако при некоторых условиях, влияние вязкости может становиться значительным.
| Температура, °С | Динамическая вязкость μ·106, Па·с | Кинематическая вязкость ν·106, м2/с | Температура, °С | Динамическая вязкость μ·106, Па·с | Кинематическая вязкость ν·106, м2/с |
| -50 | 14,6 | 9,23 | 10 | 17,6 | 14,16 |
| -45 | 14,9 | 9,64 | 15 | 17,9 | 14,61 |
| -40 | 15,2 | 10,04 | 20 | 18,1 | 15,06 |
| -35 | 15,5 | 10,42 | 30 | 18,6 | 16,00 |
| -30 | 15,7 | 10,80 | 40 | 19,1 | 16,96 |
| -25 | 16,0 | 11,21 | 50 | 19,6 | 17,95 |
| -20 | 16,2 | 11,61 | 60 | 20,1 | 18,97 |
| -15 | 16,5 | 12,02 | 70 | 20,6 | 20,02 |
| -10 | 16,7 | 12,43 | 80 | 21,1 | 21,09 |
| -5 | 17,0 | 12,86 | 90 | 21,5 | 22,10 |
| 0 | 17,2 | 13,28 | 100 | 21,9 | 23,13 |
Простые свойства воздуха
Выше мы рассмотрели основные физические величины и технические параметры воздуха. Отдельно хочется остановиться на его обычных и простых свойствах с которыми неизбежно сталкивается любой человек в своей жизни.
Свойства воздуха:
- Расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении.
- Обладает весом. Воздух оказывает постоянное давление на всё, что находится на поверхности Земли.
- Обладает упругостью и восстанавливает свою форму, когда на него прекращают оказывать давление.
- Проводит звук, благодаря чему мы слышим музыку и человеческую речь.
- Плохо проводит тепло.
- Не имеет формы и легко адаптируется к объему, в котором он находится.
- Не обладает собственным запахом, но способен переносить ароматы других объектов. Если вы очистите апельсин, воздух поможет Вам почувствовать его приятный запах, так как частицы апельсина смешаются с частицами воздуха.
- Невидим и бесцветен. Он позволяет нам видеть окружающие предметы сквозь его.
- Горячий воздух легче, чем холодный, и поднимается вверх. Это объясняет различие температуры в помещениях на разной высоте.
Рекомендации для Вас:
