spørgsmål

hvad er vægten af 1 kubikfod luft?

spurgt af: Jonathan
svar

endelig svar: 1 kubikfod luft ved standard temperatur og tryk under forudsætning af gennemsnitlig sammensætning vejer ca 0.0807 lbs.

denne har ikke et svar, der er nøjagtigt eller nødvendigvis korrekt, da luft er en sammensat blanding af forskellige gasser, og denne blanding kan ændre sig på grund af en enorm mængde variabler. At diskutere disse variabler, og hvordan disse variabler påvirker luften, er et af grundene til meteorologi – studiet af vejr.

men i betragtning af nogle data og nogle antagelser kan vi komme til et svar, der sandsynligvis er ret tæt.

først og fremmest skal vi kende sammensætningen af luft. Hvad er luft lavet af, og hvor meget er det lavet af. En hurtig internetsøgning dukkede op http://www.engineeringtoolbox.com/8_212.html som giver os noget at arbejde med. (For dem, der ikke kender stedets tegnsætning, bruges et komma”, ” i stedet for en periode “.”et decimaltegn). Denne opdeling er faktisk stærkt påvirket af, hvor vi er i verden, og hvor langt vi er over havets overflade og andre faktorer. Vi antager gennemsnitlig sammensætning ved havniveau ved 0 grader Celsius, der er kendt som STP eller Standard temperatur og tryk.

af grunde, der skulle blive klare lidt senere, har vi brug for volumenet af de forskellige komponenter, ikke vægten. Dette er sammensætningen af luft (som citeret fra hjemmesiden ovenfor) efter volumen:

ilt: 20,99%
Nitrogen: 78,03%
kulsyre: 0,03%
Hydrogen: 0,00005%
Argon: 0,93%
Neon: 0.0018%
Helium: 0, 0005%
Krypton: 0, 0001%
: 0.000009%

der er en pæn egenskab, der gælder for enhver gas, at en 22,4 liter af det ved STP (standard temperatur og tryk) indeholder 6.02214199 * 10^23 molekyler af nævnte gas. Dette beløb (Avogadros nummer) kaldes en muldvarp. Så en anden måde at sige dette på er, at en singe mol gas ved STP vil fylde 22,4 liter.

det specielle ved en muldvarp er, at a hvis vi har et molekyle, kan vi finde molekylets molekylvægt (fra et periodisk system), og det er hvor mange gram en mol af molekylet ville veje. For eksempel, hvis vi skulle slå op jern (Fe) på en periodisk tabel, finder vi, at dens atomvægt er 55.845. En mol jern er derfor 55.845 gram.

hurtig konvertering af 1 kubikfod til liter giver os 28,32 liter. Når vi går tilbage, kan vi tage dette nummer for at finde ud af, at 28, 32 liter gas ved STP vil være 1, 26414494 mol luft. Fantastisk, vi kan nu bestemme, hvor mange mol af hvert bestemt stof vi har fra den procentvise sammensætning af luft. Dette er resultaterne (og det molekylære symbol for hver):

ilt (O2): 0,2653 mol
Nitrogen (N2): 0.9864 mol
kulsyre (CO2): 0,0003792 mol
Hydrogen (H2): 0,0000006321 mol
Argon (Ar): 0,01176 mol
Neon (Ne): 0,00002275 mol
Helium (He): 0,000006321 mol
krypton (kr): 0.000001264 mol
ksenon (KSE): 0.0000001138 mol

ved at se på det periodiske system for atomvægten af bestanddele i ovennævnte molekyler (for eksempel CO2 ville vi få vægten for C og tilføje den to gange vægten af O) og multiplicere med antallet af mol, vi har af disse stoffer, får vi følgende vægte for stofferne:

Bemærk: Efter afrundingsfejl og sådan er vores nuværende nøjagtighed sådan, at noget mindre end 0.01 g er ubetydeligt, og jeg har udeladt disse tal.

ilt: 8.49 g
Nitrogen: 27.63 g
kulsyre: 0.02 g
Argon: 0.47 g

tilføjelse af disse tal sammen (husk resten var ubetydelig) vi får 36.61 g. konvertering til pund (da spørgsmålet var på engelske enheder antager jeg, at svaret er ønsket i engelske enheder) vi får 0.0807 lbs.

ENDELIG SVAR: 1 kubikfod luft ved standard temperatur og tryk under forudsætning af gennemsnitlig sammensætning vejer ca 0.0807 lbs.

besvaret af: Richard Remer