Чему равна плотность газа в физике

Плотность идеального газа

Плотность идеального газа и другие его физические свойства

Представление об идеальном газе возникло при изучении свойств разреженных газов. В движении каждой частицы любого газа всегда можно различить две фазы: свободное движение и столкновение. Некоторое время частица движется настолько далеко от остальных, что её движение можно считать свободным. Среднее время τ такого движения называется временем свободного пробега. Путь l, который частица в среднем проходит за это время, называется длиной свободного пробега. По истечении времени порядка τ частица сближается с какой-то другой и начинает с ней взаимодействовать. Среднее время τ ’ взаимодействия двух частиц называется временем столкновения.

Данную величину обычно обозначают греческой буквой или латинскими D и d. Единицей измерения плотности в системе СИ принято считать кг/м 3 , а в СГС – г/см 3 .

Плотность идеального газа можно вычислить по формуле:

Выразив величину массы из уравнения Менделеева-Клапейрона получим новую формулу для вычисления плотности идеального газа:

Примеры решения задач

Задание	Вычислите плотность по хлору смеси 55 л азота и 180 л кислорода.
Решение	Найдем объемные доли веществ в смеси:

φ (N₂) = 55 / (55 + 180) = 55 / 235 = 0,23.

φ (O₂) = 180 / (180 + 55) = 180 / 235 = 0,77.

Объемные доли газов будут совпадать с молярными, т.е. с долями количеств веществ, это следствие из закона Авогадро. Найдем условную молекулярную массу смеси:

M_r conditional (mixture) = 0,23 × 28 + 0,77 × 32 = 6,44 + 24,64 = 31,08.

Найдем относительную плотность смеси по водороду:

Ответ Плотность по хлору смеси, состоящей из азота и кислорода равна 0,44.

Задание	Рассчитайте плотности газов хлористого нитрозила NOCl и бутана C4H10 по воздуху.
Решение	Отношение массы данного газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму. Данная величина показывает, во сколько раз первый газ тяжелее или легче второго газа.

Относительную молекулярную массу воздуха принимают равной 29 (с учетом содержания в воздухе азота, кислорода и других газов). Следует отметить, что понятие «относительная молекулярная масса воздуха» употребляется условно, так как воздух – это смесь газов.

M_r(NOCl) = A_r(N) + Ar(O) + Ar(Cl) = 14 + 16 + 35,5 = 65,5.

Источник

Плотность газа

Плотность газа и другие его физические свойства

Одной из важнейших физических свойств газообразных веществ является значение их плотности.

Данную величину обычно обозначают греческой буквой r или латинскими D и d. Единицей измерения плотности в системе СИ принято считать кг/м 3 , а в СГС – г/см 3 . Плотность газа – справочная величина, её обычно измеряют при н. у.

Зачастую, применительно к газам используют понятие «относительная плотность». Данная величина представляет собой отношение массы данного газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму.

Например, при нормальных условиях масса диокисда углерода в объеме 1 л равна 1,98 г, а масса водорода в том же объеме и при тех же условиях – 0,09 г, откуда плотность диоксида углерода по водороду составит: 1,98 / 0,09 = 22.

Относительная плотность газа

Обозначим относительную плотность газа m₁ / m₂ буквой D. Тогда

Следовательно, молярная масса газа равна его плотности по отношению у другому газа, умноженной на молярную массу второго газа.

Часто плотности различных газов определяют по отношению к водороду, как самому легкому из всех газов. Поскольку молярная масса водорода равна 2,0158 г/моль, то в этом случае уравнение для расчета молярных масс принимает вид:

или, если округлить молярную массу водорода до 2:

Вычисляя, например, по этому уравнению молярную массу диоксида углерода, плотность которого по водороду, как указано выше равна 22, находим:

Плотность газа в лабораторных условиях самостоятельно можно определить следующим образом: необходимо взять стеклянную колбу с краном и взвесить её на аналитических весах. Первоначальный вес – вес колбы, из которой откачали весь воздух, конечный – вес колбы, наполненной до конкретного давления исследуемым газом. Разность полученных масс следует разделить на объем колбы. Вычисленное значение и есть плотность газа в данных условиях.

Чтобы рассчитать плотность газа при н.у. нужно воспользоваться уравнением состояния идеального газа:

В таблице ниже приведены значения плотностей некоторых газов.

Таблица 1. Плотность газов при нормальных условиях.

Источник

Чему равна плотность газа в физике

Для обозначения плотности обычно используется символ (ро). Пло́тность — скалярная физическая величина, определяемая как отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму или площади (поверхностная плотность).

Более точное определение плотности требует уточнение формулировки:

• Средняя плотность тела — отношение массы тела к его объёму. Для однородного тела она также называется просто плотностью тела.
• Плотность вещества — это плотность тел, состоящих из этого вещества.
• Плотность тела в точке — это предел отношения массы малой части тела (), содержащей эту точку, к объёму этой малой части (), когда этот объём стремится к нулю [1] , или, записывая кратко, . При таком предельном переходе необходимо помнить, что на атомарном уровне любое тело неоднородно, поэтому необходимо остановиться на объёме, соответствующем используемой физической модели.

Виды плотности и единицы измерения

Исходя из определения плотности, её размерность кг/м³ в системе СИ и в г/см³ в системе СГС.

Для сыпучих и пористых тел различают:

• истинную плотность, определяемую без учёта пустот;
• удельную (кажущуюся) плотность, рассчитываемую как отношение массы вещества ко всему занимаемому им объёму.

Истинную плотность из кажущейся получают с помощью величины коэффициента пористости — доли объёма пустот в занимаемом объёме.

Формула нахождения плотности

Плотность (плотность однородного тела или средняя плотность неоднородного) находится по формуле:

где m — масса тела, V — его объём; формула является просто математической записью определения термина «плотность», данного выше.

• При вычислении плотности газов эта формула может быть записана и в виде:

где М — молярная масса газа, — молярный объём (при нормальных условиях равен 22,4 л/моль).

Зависимость плотности от температуры

Как правило, при уменьшении температуры плотность увеличивается, хотя встречаются вещества, чья плотность ведёт себя иначе, например, вода, бронза и чугун. Так, плотность воды имеет максимальное значение при 4 °C и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры относительно этого значения.

При изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно: плотность растёт при переходе из газообразного состояния в жидкое и при затвердевании жидкости. Вода, кремний, германий и некоторые другие вещества являются исключениями из данного правила, так как их плотность при переходе в твердую фазу уменьшается.

Источник

Плотность газов и паров

Плотность газов и паров при нормальных условиях

В таблице приведена плотность газов и паров при нормальных условиях – температуре 0°С и нормальном атмосферном давлении (760 мм. рт. ст.). Для некоторых газов, например газа стибина, плотность дана при температуре 15°С и давлении 754 мм. рт. ст.

Значение плотности газов в таблице указано в размерности кг/м 3 для следующих газов и паров: азот N₂, аммиак NH₃, аргон Ar, ацетилен C₂H₂, бор фтористый BF₃, бутан C₄H₁₀, водород: бромистый HBr, йодистый HI, мышьяковистый H₃As, селенистый H₂Se, сернистый H₂S, теллуристый H₂Te, фосфористый H₃P, хлористый HCl, воздух, гелий He, германия тетрагидрид GeH₄, диметиламин (CH₃)₂NH, дифтордихлорметан CF₂Cl₂, дициан C₂N₂, закись азота N₂O, кислород O₂, кремний фтористый SiF₄, гексагидрид Si₂H₆, тетрагидрид SiH₄, криптон Kr, ксенон Xe, метан CH₄, метиленхлорид CH₃Cl, метиламин CH₅N, метиловый эфир C₂H₆O, метилфторид CH₃F, метилхлорид CH₃Cl, мышьяк фтористый AsF₅, неон Ne, нитрозил фтористый NOF и хлористый NOCl, озон O₃, окись азота NO, пропан C₃H₈, пропилен C₃H₆, радон Rn, двуокись серы SO₂ и гексафторид серы SF₂, силан диметил SiH₂(CH₃)₂, метил SiH₃CH₃, хлористый SIH₃Cl, трифтористый SiHF₃, стибин SbH₃, сульфурил фтористый SO₂F₂, триметиламин (CH₃)₃N, триметилбор (CH₃)₃B, двуокись углерода CO₂, окись углерода CO, сероокись COS, фосфор фтористый PF₂, оксифторид POF₃, пентафторид PF₅, фтор F₂, фторокись азота NO₂, двуокись хлора ClO₂, окись хлора Cl₂O, хлорокись азота NO₂Cl, этан C₂H₆, этилен C₂H₄, окись азота NO.

Плотность газов вычисляется, как отношение молярной массы газа к его молярному объему, который при 0°С и давлении 1 атм. равен 22,4 л/моль.

Следует отметить, что самым легким газом является водород — плотность этого газа при нормальных условиях равна 0,0899 кг/м 3 . Для удобства восприятия плотность газов приводят именно к плотности водорода, используя при этом относительную плотность по водороду. Например, относительная плотность газа азота N2 по водороду равна 13,9.

Наибольшую плотность имеет газ радон. Этот радиоактивный газ имеет плотность при нормальных условиях 9,73 кг/м 3 , а его относительная плотность по водороду составляет величину 108,2.

Необходимо отметить, что при увеличении давления газов и паров, их плотность увеличивается пропорционально.

Примечание: Для газов и паров, рядом со значением плотности которых, присутствует символ *, ее величина в таблице приведена при температуре 20°С.

Из анализа данных, представленных в таблице, видно, что плотность рассмотренных газов находится в диапазоне от 0,089 до 9,73 кг/м 3 .

Плотность газов в жидком и твердом состояниях при различных температурах

Значения плотности газов и паров в жидком и твердом состояниях приведены в таблице в зависимости от температуры при нормальном атмосферном давлении. Величина плотности газов указана в основном при низких температурах (в интервале от -268 до 20°С), при которых они находятся в жидком, или твердом состояниях.

При низких температурах плотность некоторых газов сравнима с плотностью металлов. К плотным (тяжелым) газам в жидком состоянии можно отнести такие газы, как этилен, криптон (плотность 2371 кг/м 3 ) и ксенон (плотность 3060 кг/м 3 ). Например, плотность газа этилена при температуре -102°С имеет значение 5566 кг/м 3 , что почти в полтора раза больше плотности алюминия. При этом этилен находится в жидком состоянии.

Газы в твердом состоянии имеют плотность немногим больше, чем в жидком. Твердое состояние газа достигается при более низкой температуре.
Например, углекислый газ находится в виде жидкости при температуре -60°С (при атмосферном давлении), но уже при -79°С становиться твердым и имеет плотность 1530 кг/м 3 .

Плотность газов в таблице дана в т/м 3 и приведена для следующих газов: азот N₂, окись азота NO, аммиак NH₃, аргон Ar, ацетилен C₂H₂, водород: сернистый H₂S, фосфористый H₃P, фтористый HF, хлористый HCl, воздух, гелий He, криптон Kr, ксенон Xe, кислород O₂, метан CH₄, метилхлорид CH₃Cl, неон Ne, озон O3, сера двуокись SO₂, углерод: двуокись CO₂, окись CO, фтор F₂, хлор Cl₂, этан C₂H₆, этилен C₂H₄.

Источник:
Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.

Источник

Плотность (физика)

Плотность — физическая величина равная отношению массы тела к его объему, показывает массу единичного объема вещества.

Более формально: плотность есть предел отношения массы вещества m к занимаемому им объёму V . Таким образом, плотность .

Содержание

Виды плотности и единицы измерения

Плотность измеряется в кг/м³ в системе СИ и в г/см³ в системе СГС.

Для сыпучих и пористых тел различают

• истинную плотность — без учёта пустот, и
• кажущуюся плотность — отношение массы вещества ко всему занимаемому им объёму.

Формула нахождения плотности

Плотность находится по формуле:

Плотность газов находится по формуле: , где М — молярная масса газа, V_m — молярный объём (при нормальных условиях равен 22,4 л/моль)

Зависимость плотности от температуры

Как правило, при уменьшении температуры плотность увеличивается, но есть вещества, чья плотность ведет себя иначе, например, вода, бронза и чугун.

При фазовых переходах, изменении агрегатного состояния плотность вещества меняется скачкообразно.

Самую большую плотность во Вселенной имеют черные дыры (ρ

10 11 кг/м³). Самую низкую плотность имеет межгалактическая среда (ρ

В астрономии большое значение имеет средняя плотность небесных тел, по ней можно приблизительно определить состав этого тела.

Плотности некоторых газов

Плотность газов и паров (0° С, 101325 Па), кг/м³

Азот	1,250	Кислород	1,429
Аммиак	0,771	Криптон	3,743
Аргон	1,784	Ксенон	5,851
Водород	0,090	Метан	0,717
Водяной пар (100° С)	0,598	Неон	0,900
Воздух	1,293	Углекислый газ	1,977
Хлор	3,214	Гелий	0,178
Этилен	1,260

Измерение плотности

• Пикнометр — прибор для измерения истинной плотности
• Ареометр (денсиметр, плотномер) — измеритель плотности жидкостей.
• Бурик Качинского и бур Зайдельмана — приборы для измерения плотности почвы.

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «Плотность (физика)» в других словарях:

ФИЗИКА. — ФИЗИКА. 1. Предмет и структура физики Ф. наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиб. общие свойства и законы движения окружающих нас объектов материального мира. Вследствие этой общности не существует явлений природы, не имеющих физ. свойств … Физическая энциклопедия

Физика звёзд — Физика звезд одна из отраслей астрофизики, изучающая физическую сторону звезд (масса, плотность, …). Содержание 1 Размеры, массы, плотность, светимость звезд 1.1 Масса звёзд … Википедия

Плотность состояний — величина, определяющая количество энергетических уровней в интервале энергий на единицу объёма в трёхмерном случае (на единицу площади в двумерном случае). Является важным параметром в статистической физике и физике твёрдого тела. Термин может… … Википедия

ФИЗИКА — наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, св ва и строение материи и законы её движения. Понятия Ф. и её законы лежат в основе всего естествознания. Ф. относится к точным наукам и изучает количеств … Физическая энциклопедия

ФИЗИКА — ФИЗИКА, наука, изучающая совместно с химией общие законы превращения энергии и материи. В основе обеих наук лежат два основных закона естествознания закон сохранения массы (закон Ломоносова, Лавуазье) и закон сохранения энергии (Р. Майер, Джауль… … Большая медицинская энциклопедия

Физика взрыва — (a. explosion physics; н. Physik der Explosion; ф. physique de l explosion; и. fisica de explosion, fisica de estallido, fisica de detonacion) наука, изучающая явление взрыва и механизм его действия в среде. Hарушение механич.… … Геологическая энциклопедия

Физика моря — физика океана, раздел геофизики (См. Геофизика), посвященный изучению физических процессов в Мировом океане. Термин «физическая океанография» иногда используется как синоним Ф. м., но в узком смысле означает часть Ф. м., посвященной… … Большая советская энциклопедия

Физика — I. Предмет и структура физики Ф. – наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиболее общие закономерности явлений природы, свойства и строение материи и законы её движения. Поэтому понятия Ф. и сё законы лежат в основе всего… … Большая советская энциклопедия

Физика — 1) Ф. и ее задачи. 2) Методы Ф. 3) Гипотезы и теории. 4) Роль механики и математики в Ф. 5) Основные гипотезы Ф.; вещество и его строение. 6) Кинетическая теория вещества. 7) Действие на расстоянии. 8) Эфир. 9) Энергия. 10) Механические картины,… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Плотность — У этого термина существуют и другие значения, см. Плотность (значения). Плотность Размерность L−3M Единицы измерения СИ … Википедия

Источник