【题】1立方米的干燥空气和1立方米的湿润空气在相同的温度和压力下,你知道哪个重哪个轻吗?
【解】1立方米干燥空气和1立方米蒸汽混合就成为了1立方米湿润空气。我们似乎可以按照这个思路得出这样的答案:相比1立方米干燥空气,1立方米湿润空气因为其中会多出来蒸汽的重量,所以肯定是1立方米湿润空气要重。然而恰恰相反,这个结论是不正确的:实际上,干燥空气要比湿润空气重。
每种气体混合物成分的压强都会比该混合物的总压强小。而对于干燥空气和湿润空气而言,这个总压力都是相等的,所以气体体积单位的重量会随着压强减小而减小。
下面我们来详细分析一下:湿润空气中气体的压强我们用气压f来表示;那么1-f就表示混合物中1立方米干燥空气的压强。假如在上述温度和气压下,r表示1立方米蒸汽的重量;q表示1立方米干燥空气的重量,那么在气压f下:
1立方米蒸汽的重量就是fr;
1立方米空气的重量就是(1-f)q;
1立方米混合体的总重量就等于fr+(1-f )q;
假如r<q(事实确实如此,水蒸气相对分子质量为18,空气的相对分子质量为29),那么fr+(1-f )q<q,即相比1立方米的干燥空气来说,1立方米空气和蒸汽的混合物是要轻一些的。由于r<q,也就有了下列的不等式:
fr<fq
fr+q<fq+q
fr+q-fq<q
fr+(1-f)q<q
这也就是说,在温度和压强相等的情况下,1立方米的湿润空气要轻于1立方米的干燥空气。