Waarom lijken gassen niet beïnvloed te worden door zwaartekracht?
Beste Malte Olsen,
Je vraagt waarom gassen niet lijken te worden beïnvloed door zwaartekracht en ik zal proberen dit voor je uit te leggen. Allereerst moeten we begrijpen dat alle massa’s op aarde onderhevig zijn aan zwaartekracht. Dit geldt ook volgens Newton’s wet van zwaartekracht, bedacht door Sir Isaac Newton (GB, 1643 – 1727).
Okuma: Hvor meget vejer luft
Deze wet beschrijft de kracht tussen twee massa’s en luidt als volgt: F = G (m1 m2)/r2. Hierbij staat F voor de kracht gemeten in Newton, G is de gravitatieconstante, m1 is de massa van een lichaam (bijvoorbeeld een gasmolecuul), m2 is de massa van een ander lichaam (bijvoorbeeld de aarde) en r is de afstand tussen het gasmolecuul en het middelpunt van de aarde.
De verschillende aantrekkingskrachten van verschillende gassoorten worden dus uitsluitend bepaald door de massa van het molecuul (of in het geval van bepaalde gassen, het atoom). Op het oppervlak van de aarde wordt meestal een kortere versie van deze wet gebruikt, namelijk F = m * g, waarbij m de massa is van bijvoorbeeld een gasmolecuul, g de zwaartekrachtsversnelling (in Denemarken ongeveer g = 9,82 m/s2) en F is de kracht gemeten in Newton.
Ayrıca bakınız: Wat is B-inkomen en wie moet B-belasting betalen? | Ageras
Een gasmolecuul, zoals O2 (zuurstof), heeft bijvoorbeeld een zogenaamde atoommassa van 32 g/mol. Er zijn 6,02 * 10 23 moleculen in wat een mol wordt genoemd (Avogadro’s getal). Op dezelfde manier weegt N2 (stikstof) 28 g/mol, H2 (waterstof) 2 g/mol en He (helium) 4 g/mol.
De dichtheden (densiteit) van gassen kunnen worden gemeten onder bepaalde omstandigheden, zoals 1 atmosfeer druk (1,013*105 Pa (Pascal)) en 0⁰C, omdat gassen sterk veranderen in volume met temperatuur en druk (in tegenstelling tot vaste stoffen en vloeistoffen, waar de effecten veel kleiner zijn). Dit leidt tot de volgende massa-dichtheden:
- Zuurstof: 1,31 kg/m3
- Stikstof: 1,25 kg/m3
- Waterstof: 0,090 kg/m3
- Helium: 0,179 kg/m3
- CO2 (kooldioxide): 1,799 kg/m3
Ter vergelijking, de dichtheid van water is 1000 kg/m3 en de dichtheid van goud is 19.280 kg/m3. Een kubieke meter lucht weegt ongeveer 1,2 kg.
Dit verklaart waarom alle soorten lucht evenveel worden beïnvloed. Als er gezegd wordt dat sommige gassen lichter zijn dan andere, komt dit omdat ze minder dicht zijn. Olie is bijvoorbeeld minder dicht dan water, dus drijft olie op water. Op dezelfde manier stijgen lichte gassen op, dus helium en waterstof worden voornamelijk hoog boven de aarde gevonden (beide worden op verschillende manieren op aarde geproduceerd, helium komt vrij uit verschillende bronnen zoals radioactieve resten in water, waterstof wordt chemisch of elektrolytisch geproduceerd). Kooldioxide is zwaar en kan zich ophopen in laaggelegen gebieden zoals vulkanische gebieden.
Ayrıca bakınız: Wat zijn de maximale limieten voor contante betalingen? – Verbod op contant geld
Deze verschillen in dichtheid zijn de reden waarom luchtschepen helium gebruiken als gas, omdat het opwaartse kracht en “levitatie” geeft. Waterstof is tot nu toe beter, maar de Hindenburg-brand (LZ 129) op 6 mei 1937 in New Jersey, VS liet zien dat het ontvlambare waterstof niet geschikt is voor dit doel.
Je kunt ook de dichtheid van een gas verlagen door het te verwarmen. Bijvoorbeeld, de dichtheid van stikstof is 1,25 kg/m3 bij 0 ⁰C, maar bij dezelfde druk en 100 ⁰C is het 0,92 kg/m3. Dit is een manier om luchtballonnen in de lucht te krijgen door de gasvulling in de ballonomhulling te verwarmen met een grote vlam (flessengas), waardoor het gas opstijgt. Deze opwaartse kracht van opgewarmde lucht is ook verantwoordelijk voor veel aspecten van ons weer.
In een gas bewegen de individuele moleculen (atomen) en botsen ze met elkaar. Dit betekent dat ze verschillende snelheden hebben. De gemiddelde snelheid van bijvoorbeeld zuurstof- en stikstofmoleculen in een normale ruimte is ongeveer 500 m/s, maar sommige bewegen veel sneller, terwijl andere veel langzamer bewegen op een bepaald moment. We meten hun impact op muren en lucht als druk. Een lichter molecuul, zoals waterstof, beweegt bijvoorbeeld 2000 m/s sneller bij dezelfde temperatuur. Waterstof in de bovenste atmosfeer heeft ook een vergelijkbare snelheidsverdeling. De snelste moleculen in de bovenste atmosfeer kunnen zo’n hoge snelheden bereiken dat ze aan de zwaartekracht van de aarde kunnen ontsnappen, dit vereist een snelheid van ongeveer 11.300 m/s.
Om jezelf verder te informeren, kan je zoeken naar “opwaartse kracht”, “ideale gaswet”, “gaswetten”, “ballonnen” en natuurlijk kan je een zoekmachine en Wikipedia gebruiken.
Ik hoop dat dit je vraag beantwoordt. Als je nog meer vragen hebt, laat het dan gerust weten!
Ayrıca bakınız: Smerter og pijnstillende medicatie
Met vriendelijke groet,
J W
