محتويات
كيف نحسب كتلة الهواء في الغرفة
يمكننا حساب كتلة الهواء في الغرفة : عن طريق المعادلة الآتية: p=M\V
حيث أن p هي رمز كثافة الهواء، و M هي كتلة الهواء و V هو حجم الهواء، أي أن كثافة الهواء = كتلة الهواء ÷ حجم الهواء في الغرفة، وبشكل آخر فإن كتلة الهواء تساوي كثافة الهواء × حجم الهواء في الغرفة.
وهذه هي المعادلة التي يمكننا عن طريقها حساب كتلة الهواء في الغرفة.
إذا كانت الغرفة طولها 4 متر، والعرض 3 متر والارتفاع 3.5 متر، وكثافة الهواء هي 1.3 كجم\م3. فاحسب كتلة الهواء في هذه الغرفة؟
الإجابة هي: عن طريق معادلة حساب كتلة الهواء وهي p=M\V
فإن p=1.3، و M وهي كتلة الهواء مطلوبة، و V وهي حجم الغرفة، V= الطول × العرض × الارتفاع.
V=4×3×3.5= 42m3.
إذن فإن المعادلة تكون كالتالي: 1.3=M\42، إذن فإن M= p×V أي M=1.3×42=54.6 kg.
فإن كتلة الهواء في هذه الغرفة تساوي 54.6 كجم. [1]
هل الهواء له كتله ام لا
نعم، الهواء له كتلة.
إن المادة هي أي شيء له كتلة ويشغل حيزًا من الفراغ، ولإثبات أن للهواء كتلة، فهناك تجربة بسيطة احصل على بالونين ونفخهم بالهواء، تصبح البالونات أكثر حجمًا عندما تضع فيها الهواء والطريقة الوحيدة التي تجعل البالونات أكبر حجمًا هي أن الهواء يشغل مساحة، وبهذا يكون قد اكتمل نصف اثباتنا على أن الهواء يشغل مساحة، إذن فهو له كتلة.
وعلى الرغم من أنه الهواء له كتلة إلا أنها ليست كثيفة، ولكن يمكننا أن نبين وجود كتلة للهواء الموجود داخل البالونات من خلال التوازن عن طريق إكمال التجربة.
سوف نحتاج عصا بطول متر، ونربط البالونات المنتفخة في كل طرف من طرفي العصا عن طريق شريط، واربط خيط في منتصف العصا والصق طرفه الآخر في أعلى منضدة أو طاولة وتأكد من ان عصا القياس حرة في الحركة، قم بموازنة عصا القياس.
الآن معنا عصا مترية معلقة من منتصفها في طاولة وعلى كل طرف من طرفي العصا به بالون منتفخ بالهواء، وبالتأكيد إذا تغيرت الكتلة في إحدى البالونين فإن عصا القياس سوف تميل للجسم الأكثر كتلة، لذا فإن ما علينا فعله الآن هو جلب إبرة حادة وعمل ثقب في إحدى البالونين برفق دون فرقعة البالون.
نحن نريد ثقب صغير حتى يتسرب منه الهواء دون تطاير أجزاء البالون في أنحاء الغرفة.
وبعد عمل الثقب وتسرب الهواء من البالون الذي على اليمين مثلًا، فإن عصا القياس ستميل للأسفل عند البالون السليم لأن الكتلة به أكثر، والبالون الآخر أصبح أقل كتلة الآن بعد تفريغه من الهواء إذن فإن للهواء كتلة.
والجدير بالذكر أن أول من أثبت أن للهواء كتلة هو العالم جاليليو جاليلي في عام 1604م. [2]
كم هي كتلة الهواء
كتلة الهواء هي 1.293 كجم\م3.
إن كتلة الهواء أو الكثافة الهوائية هي خاصية أساسية للغلاف الجوي، حيث يعد الهواء هو خليط من الغازات التي تشكل الغلاف الجوي للأرض، وكما درس الجميع فإن الغلاف الجوي لا يتكون من غاز واحد فقط أو اثنين بل يتكون الغلاف الجوي من عدة غازات منها:
- النيتروجين بنسبة 78% من الغلاف الجوي.
- الأكسجين بنسبة 21% من الغلاف الجوي.
- بخار الماء.
- ثاني أكسيد الكربون.
- الهيليوم.
- الأرجون.
- الأوزون.
يعد تركيز بخار الماء متغير للغاية لأنه يعتمد على درجة الحرارة، وبالتالي يشار إلى الهواء الجاف أنه الهواء الذي الذي تمت إزالة بخار الماء منه فعليًَا.
وتبلغ كثافة الهواء الجاف النقي حوالي 1.293 كجم\م3 عند درجة الحرارة 273 كلفن، وضغط يساوي 101.325 كيلو باسكال، وبغض النظر عن تقلب نسبة بخار الماء بسبب درجة الحرارة، فإن الهواء يكون ثابت بشكل أساسي على ارتفاع لا يقل عن 50 كم.
ويعد الوزن الجزيئي للهواء هو 28.96 جم\مول، فكما ذكرنا أن الهواء عبارة عن خليط من عدة غازات منها: النيتروجين بنسبة 78%، والأكسجين بنسبة 21%، والأرجون بنسبة 0.934% وثاني أكسيد الكربون بحوالي 0.03%.
لذلك فعن طريق حساب الوزن الذري لكل غاز منهم بمساعدة نسبته في الهواء يعطينا الناتج الأخير وهو أن الوزن الجزيئي للهواء هو 28.96 جم\مول. [3] [4]
ما كتلة 1 متر مكعب من الهواء
كتلة 1 متر مكعب من الهواء هي 1.296 كجم\م3.
حيث ان الكتلة لا تتغير هي وزن ثابت، ولكن عند تغير درجة الحرارة يمكن لكتلة الهواء أن تتغير طبقًا للمعادلة: p=M\V ومنها فإن الكتلة تساوي M=p×V
فإذا كانت كثافة الهواء عند درجة الحرارة 20 مئوية هي 1.2041 كجم\م3، فإن كتلة 1 متر مكعب من الهواء طبقًا للمعادلة هي: M= 1× 1.2041 = 1.2041 KG\m3.
أي يتم حساب الكتلة عن طريق ضرب حجم الهواء المراد حسابه وهو الواحد متر مكعب في كثافة الهواء عند درجة حرارة 20 درجة مئوية هي: 1.2041، والناتج هو كتلة الهواء عند درجة الحرارة تلك عند مستوى سطح البحر.
وعلى هذا فإن كتلة 1 متر مكعب عند مستوى سطح البحر هي 1.2041 كجم\متر مكعب. [5]
