[科普中國]-空氣密度

換算式

空氣密度=1.293*（實(shí)際壓力/標(biāo)準(zhǔn)物理大氣壓）x（273.15 / 實(shí)際絕對溫度），絕對溫度=攝氏溫度+273.15

通常情況下，即20℃時，取1.205kg/m3。

空氣密度表

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測定實(shí)驗(yàn)【目的和要求】

通過實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)測定空氣密度的方法。

【儀器和器材】

帶閥門的塑料容器或玻璃容器，打氣筒，燒杯，水槽，量筒，天平。

【實(shí)驗(yàn)方法】

1．把容器的閥門打開，用打氣筒向容器內(nèi)打氣。到一定程度后停止打氣，關(guān)上閥門。用天平稱出容器的質(zhì)量（圖1．24-1）。

2．如圖1．24-2所示，把一只裝滿水的大燒杯倒扣在水槽中（實(shí)驗(yàn)時可先將燒杯沒入水槽中，然后將燒杯翻轉(zhuǎn)，使其底部向上）。將接在容器上的管子另一端放在燒杯下面，打開閥門將容器中的壓縮空氣緩緩地放一部分到燒杯中，同時調(diào)節(jié)燒杯的位置，使杯中空氣的體積約為杯容積的3/4，且杯內(nèi)外的液面相平。關(guān)閉閥門并在杯上記下這時水面的位置（用一根橡皮筋套在杯上即可）。

3．稱出放出一部分氣體后容器的質(zhì)量。兩次質(zhì)量差就是放到燒杯中的空氣的質(zhì)量。

4．將燒杯從水槽中取出，裝水至橡皮筋所示的位置。用量筒測出燒杯所盛水的體積，即為燒杯內(nèi)空氣的體積。

5．由公式ρ=m/V可求得在此時的大氣壓強(qiáng)和溫度下空氣的密度。

【注意事項(xiàng)】

1．由于空氣的密度與壓強(qiáng)有關(guān)，用排水取氣法收集氣體時，務(wù)必要使燒杯內(nèi)外的水面相平，這樣才能保證杯中空氣的壓強(qiáng)和環(huán)境空氣的壓強(qiáng)相同。

2．由于容器中盛的是壓縮空氣，所以放氣時一定要緩慢，防止氣體沖到燒杯外面。

3．本實(shí)驗(yàn)顯然也說明了空氣有質(zhì)量。

【思考題】

1．能否用氣球或橡皮袋代替本實(shí)驗(yàn)中的塑料容器存貯空氣？為什么？

2．為什么用此方法所測出的空氣密度是當(dāng)時環(huán)境溫度和壓強(qiáng)下的值？

提示：本小實(shí)驗(yàn)可輔以“力學(xué)”部分的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以此培養(yǎng)和提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰退仞B(yǎng)。

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)計算空氣密度ρ的公式為

ρ=(m1-m0)/V

式中： m1 為密度瓶和空氣的總質(zhì)量， V 為相應(yīng)的體積， m0 為密度瓶的質(zhì)量。

在大氣中總是含有水蒸氣， 而且水蒸氣壓可達(dá)1×103Pa， 且其隨時間、 地點(diǎn)變化的幅度很大。設(shè)空氣樣品中水蒸氣的分壓為pw， 把空氣和水蒸氣都當(dāng)作理想氣體， 在熱力學(xué)溫度為T 時，經(jīng)理論推導(dǎo)， 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（P0， T0） 下干空氣的密度為

式中： p0=1.01325×105Pa，T0=273.15K，p 為由氣壓計測得的空氣壓強(qiáng)，α為273.15的倒數(shù)。

實(shí)驗(yàn)儀器如圖所示

1） 測量密度瓶的容積．用游標(biāo)卡尺量出密度瓶的外徑 D， 長度L， 上底板厚度δ1， 下底板厚度δ2， 側(cè)壁厚度δ0， 算出密度瓶的容積V。

2） 將密度瓶開關(guān)打開， 放到電子物理天平上稱出空氣和密度瓶總質(zhì)量 m1， 然后將其平放桌面上， 瓶口與真空橡皮管相接。

3） 打開真空閥， 真空表讀數(shù)接近－0.1MPa時， 已抽凈瓶內(nèi)空氣。
4） 將密度瓶放到電子物理天平上稱出其質(zhì)量m0， 算出環(huán)境空氣密度。
5） 由干濕泡水銀溫度計讀出實(shí)驗(yàn)室溫度t和濕溫度計的數(shù)值t′， 進(jìn)而依據(jù)空氣的相對濕度與干濕泡溫度計溫差的數(shù)據(jù)表和水的飽和蒸汽壓與溫度的關(guān)系數(shù)據(jù)表算出水蒸氣的分壓pw。

6） 用福廷式水銀氣壓計測環(huán)境大氣壓強(qiáng)p。
7） 將各個量值代入計算式， 算出標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的密度， 并與給定的標(biāo)準(zhǔn)值比較。1