Re: Mitä tieteellisiä ongelmia olet saanut ratkaistua mitkä estivät kehitystä ?
Lähetetty: 28 Touko 2025, 10:46
Kaasun tiheys (\( \rho \)) riippuu kaasun koostumuksesta, paineesta ja lämpötilasta. Jos ilmakehän happipitoisuus on **30 %** (normaali noin 20,95 %), voidaan kaasun tiheys laskea **ideaalikaasulain** avulla olettaen normaaliolosuhteet (paine \( P = 1 \, \text{atm} = 101325 \, \text{Pa} \), lämpötila \( T = 25 \, \text{°C} = 298 \, \text{K} \)).
### 1. Ilmakehän keskimääräinen moolimassa (\( M \))
Ilma koostuu pääasiassa typestä (\( \text{N}_2 \)), hapesta (\( \text{O}_2 \)) ja muista kaasuista. Normaalisti:
- \( \text{O}_2 \): 20,95 %, \( M_{\text{O}_2} = 32 \, \text{g/mol} \)
- \( \text{N}_2 \): 78,08 %, \( M_{\text{N}_2} = 28 \, \text{g/mol} \)
- \( \text{CO}_2 \), argon jne.: ~1 %
Jos happea on **30 %**, typen osuus pienenee (oletetaan, että muut kaasut pysyvät samoina). Uusi koostumus:
- \( \text{O}_2 \): 30 %
- \( \text{N}_2 \): 70 % - muut kaasut (oletetaan \( \text{N}_2 \approx 69,5 \% \), \( \text{Ar} \approx 0,5 \% \))
Keskimääräinen moolimassa:
\[
M = 0,30 \times 32 + 0,695 \times 28 + 0,005 \times 40 \approx 29,14 \, \text{g/mol}
\]
*(Normaali ilma: ~28,97 g/mol, joten tiheys kasvaa hieman.)*
### 2. Kaasun tiheys ideaalikaasulain mukaan
Ideaalikaasulaki:
\[
PV = nRT \implies \rho = \frac{m}{V} = \frac{PM}{RT}
\]
- \( P = 101325 \, \text{Pa} \)
- \( M = 0,02914 \, \text{kg/mol} \)
- \( R = 8,314 \, \text{J/(mol·K)} \)
- \( T = 298 \, \text{K} \)
Sijoitetaan arvot:
\[
\rho = \frac{101325 \times 0,02914}{8,314 \times 298} \approx 1,19 \, \text{kg/m}^3
\]
*(Normaalin ilman tiheys samassa lämpötilassa ja paineessa on noin 1,18 kg/m³.)*
### 3. Vertailu normaaliin ilmakehään
- **Normaali ilma** (20,95 % happea):
\( \rho \approx 1,18 \, \text{kg/m}^3 \)
- **30 % happea**:
\( \rho \approx 1,19 \, \text{kg/m}^3 \)
### Yhteenveto
Jos ilmakehän happipitoisuus on **30 %**, kaasun tiheys **kasvaa hieman** (noin 0,8 %), koska happi (\( \text{O}_2 \)) on tiheämpää kuin typpi (\( \text{N}_2 \)). Tarkka arvo riippuu oletuksista muiden kaasujen pitoisuuksista.
### 1. Ilmakehän keskimääräinen moolimassa (\( M \))
Ilma koostuu pääasiassa typestä (\( \text{N}_2 \)), hapesta (\( \text{O}_2 \)) ja muista kaasuista. Normaalisti:
- \( \text{O}_2 \): 20,95 %, \( M_{\text{O}_2} = 32 \, \text{g/mol} \)
- \( \text{N}_2 \): 78,08 %, \( M_{\text{N}_2} = 28 \, \text{g/mol} \)
- \( \text{CO}_2 \), argon jne.: ~1 %
Jos happea on **30 %**, typen osuus pienenee (oletetaan, että muut kaasut pysyvät samoina). Uusi koostumus:
- \( \text{O}_2 \): 30 %
- \( \text{N}_2 \): 70 % - muut kaasut (oletetaan \( \text{N}_2 \approx 69,5 \% \), \( \text{Ar} \approx 0,5 \% \))
Keskimääräinen moolimassa:
\[
M = 0,30 \times 32 + 0,695 \times 28 + 0,005 \times 40 \approx 29,14 \, \text{g/mol}
\]
*(Normaali ilma: ~28,97 g/mol, joten tiheys kasvaa hieman.)*
### 2. Kaasun tiheys ideaalikaasulain mukaan
Ideaalikaasulaki:
\[
PV = nRT \implies \rho = \frac{m}{V} = \frac{PM}{RT}
\]
- \( P = 101325 \, \text{Pa} \)
- \( M = 0,02914 \, \text{kg/mol} \)
- \( R = 8,314 \, \text{J/(mol·K)} \)
- \( T = 298 \, \text{K} \)
Sijoitetaan arvot:
\[
\rho = \frac{101325 \times 0,02914}{8,314 \times 298} \approx 1,19 \, \text{kg/m}^3
\]
*(Normaalin ilman tiheys samassa lämpötilassa ja paineessa on noin 1,18 kg/m³.)*
### 3. Vertailu normaaliin ilmakehään
- **Normaali ilma** (20,95 % happea):
\( \rho \approx 1,18 \, \text{kg/m}^3 \)
- **30 % happea**:
\( \rho \approx 1,19 \, \text{kg/m}^3 \)
### Yhteenveto
Jos ilmakehän happipitoisuus on **30 %**, kaasun tiheys **kasvaa hieman** (noin 0,8 %), koska happi (\( \text{O}_2 \)) on tiheämpää kuin typpi (\( \text{N}_2 \)). Tarkka arvo riippuu oletuksista muiden kaasujen pitoisuuksista.
Edelleen ilman vapaasti säädettäviä sovitusparametreja.