Question

Плотность воздуха при 0°C равна 1,29 кг/м^3, а плотность жидкого воздуха при -194°C равна 960 кг/м^3. Как объяснить такое различие плотностей? Как получают жидкий воздух? ​

Answer 1

Ответ:

Объяснение: В жидкости расстояние между молекулами намного меньше чем в газе. Молекулы в жидкости более плотно "упакованы", следовательно единица объёма жидкости будет иметь массу больше.

В начале XX века это делали с помощью машины Линде, которую вы видите на фотографии. Она предназначена для сжижения воздуха. Основные её части – компрессор (электродвигатель с насосом), теплообменник (две свёрнутые спиралью трубки, проходящие одна внутри другой) и термос, внутри которого собирается сжиженный газ. Все детали машины Линде обёрнуты теплоизоляционным материалом, препятствующим поступлению теплоты извне к сжижаемому газу и получающейся жидкости. Вблизи горловины внутренняя трубка оканчивается узким отверстием – дросселем.

Здесь должен быть рисунок

Сжатый компрессором и предварительно охлаждённый воздух поступает во внутреннюю трубку теплообменника и движется вниз. Продавливаясь через дроссель, воздух резко расширяется, совершая работу против сил притяжения своих молекул. Согласно первому закону термодинамики, работа воздуха приводит к уменьшению его внутренней энергии, поэтому он охлаждается.

Из термоса воздух постоянно отсасывается компрессором через широкую трубку. Проходя в промежутке между трубками, этот воздух охлаждает его новые опускающиеся порции. Для этого и служит теплообменник. Этот, уже более холодный воздух, проходя через дроссель и расширяясь, опять совершает работу, и его температура падает ещё сильнее. Через несколько часов работы машины температура воздуха вблизи дросселя уменьшается настолько, что воздух сжижается и его капли падают в термос.

Answer 2

Плотность воздуха и жидкого воздуха зависит от температуры и давления. При 0°C и нормальном атмосферном давлении (1013,25 гПа) плотность воздуха равна 1,29 кг/м³. При -194°C и том же давлении плотность воздуха уменьшается до 0,86 кг/м³. Однако, при этой температуре воздух начинает конденсироваться в жидкость, так как его точка кипения равна -194,35°C. Жидкий воздух имеет плотность 960 кг/м³ при -194°C и 1 атм. Такое большое различие плотностей объясняется тем, что молекулы в жидкости расположены ближе друг к другу, чем в газе. Жидкий воздух получают путем сжатия и охлаждения обычного воздуха до температуры ниже его точки кипения. Для этого используются специальные установки, называемые криогенными. Жидкий воздух применяется в различных областях науки и техники, например, для охлаждения сверхпроводников или для получения отдельных компонентов воздуха (кислорода, азота, аргона и т.д.). Надеюсь, что это ответило на ваш вопрос.