空氣密度

空氣密度=1.293*（實際壓力/標準物理大氣壓）x（273.15 / 實際絕對溫度），絕對溫度=攝氏溫度+273.15

通常情況下，即20℃時，取1.205kg/m。

【目的和要求】

通過實驗學習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。

【實驗方法】

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

2．如圖1．24-2所示，把一隻裝滿水的大燒杯倒扣在水槽中（實驗時可先將燒杯沒入水槽中，然後將燒杯翻轉，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，同時調節燒杯的位置，使杯中空氣的體積約為杯容積的3/4，且杯內外的液面相平。關閉閥門並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量。兩次質量差就是放到燒杯中的空氣的質量。

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，即為燒杯內空氣的體積。

5．由公式ρ=m/V可求得在此時的大氣壓強和溫度下空氣的密度。

【注意事項】

1．由於空氣的密度與壓強有關，用排水取氣法收集氣體時，務必要使燒杯內外的水面相平，這樣才能保證杯中空氣的壓強和環境空氣的壓強相同。

2．由於容器中盛的是壓縮空氣，所以放氣時一定要緩慢，防止氣體衝到燒杯外面。

3．本實驗顯然也說明了空氣有質量。

【思考題】

1．能否用氣球或橡皮袋代替本實驗中的塑料容器存貯空氣？為什麼？

2．為什麼用此方法所測出的空氣密度是當時環境溫度和壓強下的值？

提示：本小實驗可輔以“力學”部分的物理實驗教學，以此培養和提高學生的實驗能力和素養。

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量， V 為相應的體積， m0 為密度瓶的質量。

在大氣中總是含有水蒸氣，而且水蒸氣壓可達1×10Pa，且其隨時間、地點變化的幅度很大。設空氣樣品中水蒸氣的分壓為pw，把空氣和水蒸氣都當作理想氣體，在熱力學溫度為T 時，經理論推導，標準狀態（P0， T0）下干空氣的密度為

式中： p0=1.01325×10Pa，T0=273.15K，p 為由氣壓計測得的空氣壓強，α為273.15的倒數。

實驗儀器如圖所示

1）測量密度瓶的容積．用遊標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，側壁厚度δ0，算出密度瓶的容積V。

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

3）打開真空閥，真空表讀數接近－0.1MPa時，已抽凈瓶內空氣。

4）將密度瓶放到電子物理天平上稱出其質量m0，算出環境空氣密度。

5）由乾濕泡水銀溫度計讀出實驗室溫度t和濕溫度計的數值t′，進而依據空氣的相對濕度與乾濕泡溫度計溫差的數據表和水的飽和蒸汽壓與溫度的關係數據表算出水蒸氣的分壓pw。

6）用福廷式水銀氣壓計測環境大氣壓強p。

7）將各個量值代入計算式，算出標準狀態下空氣的密度，並與給定的標準值比較。