Шчыльнасць паветра

У паўсядзённым жыцці мала хто задумваецца над тым, што такое шчыльнасць паветра і якое значэнне гэты паказчык мае ўвогуле ў існаваньні ўсяго існага на планеце. А між тым, мы штодзённа бачым ляцяць самалёты, парылых птушак, ўзляталі ўгору і падалі ўніз прадметы і зусім не задумваемся над тым, што менавіта параметр шчыльнасці паветра вызначае наяўнасць гэтых з'яў.

Часта, праводзячы адпачынак у розных месцах, мы кажам, што ў адным месцы быў вільготны паветра, а ў іншым - сухі. Пры гэтым дадаем, што ў першым выпадку вам было лёгка перасоўвацца, дыхаць, а ў другім вы адчувалі цяжар пры руху, дыскамфорт, які не адчувалі пры знаходжанні ў звычайнай для вас кліматычную асяроддзі. У гэты час, мы забываем тое, што нам казалі настаўнікі яшчэ падчас навучання ў школе на ўроках фізікі - вільготны паветра мае шчыльнасць меншую, чым паветра сухі, а, такім чынам, і маса яго менш, чым у сухога.

На першы погляд, гэта здаецца парадаксальным, калі браць пад увагу нашы пачуццёвыя адчуванні, пра якія гаворка ішла вышэй. Бо сапраўды, як паветра, да якога яшчэ дадаецца вада ў выглядзе пару, можа быць лягчэй таго, які вады не ўтрымлівае?

Але гэта сапраўды так, і адказ на гэтае, парадаксальны, на першы погляд, пытанне, навукоўцы ведалі даволі даўно.

Упершыню гіпотэзу аб тым, што шчыльнасць вільготнага паветра ніжэй, чым у паветра сухога, выказаў вялікі Язэп Ньютан у сваёй знакамітай кнізе «Оптыка», якая была выдадзена ў Лондане яшчэ в 1717 годзе. Тым не менш, гіпотэза вялікага ангельца не ўмела поспеху - да самага васемнаццатага стагоддзя навукоўцы не проста не прымалі яе, але і наогул не адчувалі асаблівай цікавасці да гэтай праблемы.

Каб хоць неяк наблізіцца да разумення праблемы - чаму шчыльнасць паветра залежыць ад яго вільготнасці - варта ўспомніць некалькі вядомых прыродных законаў.

Напрыклад, у самым пачатку мінулага стагоддзя Амадео Авагадра, знакаміты італьянскі фізік, усталяваў, што незалежна ад віду газу, калі ўзяць яго фіксаваны аб'ём, то пры аднолькавай тэмпературы і аднолькавым ціску, колькасць малекул у гэтым газе будзе велічынёй сталай. Гэтая велічыня і атрымала пазней назвы канстанты Авагадра, гэтак жа стаў называцца і адкрыты ім закон для газаў.

Як праяўляе сябе гэты закон, як залежыць шчыльнасць паветра ад тэмпературы, ціску і вільготнасці можна пераканацца на даволі простым прыкладзе.

Як правіла, сухі чысты (у хімічным сэнсе) паветра, змяшчае ў сваім складзе прыкладна 78% малекул азоту, пры гэтым атамны вага кожнай з гэтых малекул роўны 28. У складзе паветра яшчэ 21% належыць малекулам кіслароду, атамную вагу малекул якога, раўняецца 32 . Адзін працэнт у складзе паветра прыпадае на некаторыя іншыя газы, якія прысутнічаюць у ім, але для нашага разліку гэты паказчык будзем лічыць неістотным.

Малекулы газу, як вядома, валодаюць уласцівасцю свабоднага выхаду за межы рэзервуара, у якім знаходзіцца газ. Дык вось, Авагадра ўсталяваў наступную заканамернасць: калі ў наш аб'ём сухога газу, які змяшчае, як мы дамовіліся, малекулы азоту і кіслароду, дадаць малекулы вады, то яны і зробяць наша паветра менш шчыльным. Тлумачыцца гэта вельмі проста - малекулы вады маюць атамную вагу менш, чым у малекул азоту і вадароду, ён складае 18. А так як колькасць малекул ў зададзеным аб'ёме газу павінна быць сталым, то малекулы вады проста выціснулі малекулы азоту і кіслароду ў складзе паветра, замяніўшы іх сабой. Такім вось спосабам і становіцца шчыльнасць паветра вільготнага меншай, чым у сухога.

У гэтым прыкладзе, праўда, ёсць адно супярэчнасць. Яна складаецца з таго, што любы абывацель можа выклікнуць, як жа такое можа быць, калі шчыльнасць вады вышэй шчыльнасці паветра. Адказ тут таксама просты: вада прысутнічае ў паветры ў форме пара, які лягчэй і азоту і кіслароду, а таму на такую «ваду» распаўсюджваюцца ўсе заканамернасці, выведзеныя геніяльным Авагадра.

Важна ўлічваць, што ў большай ступені залежыць шчыльнасць паветра ад тэмпературы і ціску, чым ад вільготнасці. Таму вільготны паветра мае меншую шчыльнасць, чым сухі толькі пры ўмове захавання аднолькавых значэнняў тэмпературы і ціску.