Ich kann mir mindestens vier Dinge vorstellen, die in diesem Experiment vor sich gehen und auf die hingewiesen werden muss:

1. Wenn Sie einen Ballon mit dem Mund aufblasen, ist die Luft warm: Dadurch wird die Luft im Inneren Der aufgeblasene Ballon ist etwas leichter als die Luft, die er verdrängt hat.
2. Die Luft im Ballon hat bei 37 ° C eine relative Luftfeuchtigkeit von 100%, und im Inneren des Ballons bildet sich schnell Kondenswasser, wenn sich die Luft im Inneren abkühlt.
3. Die Luft im Ballon enthält Kohlendioxid, das eine höhere Dichte als Raumluft aufweist (Molekulargewicht 12 + 16 + 16 = 44 amu, gegenüber Sauerstoff bei 32 amu und Stickstoff bei 28 amu - ohne Berücksichtigung kleiner Isotopeneffekte und Argon ignorieren).
4. Der Druck im Ballon ist größer als außerhalb - dies erhöht die Dichte.
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Wie groß sind diese Effekte?

5. Warme Luft: 37 ° C gegenüber 20 ° C führt zu einem Dichteabfall von 0,945x (293/310) oder -5,5%
6. Feuchtigkeit: Partialdruck des Wassers bei 37 ° C. beträgt 47,1 mm Hg Quelle, was ungefähr 0,061 atm entspricht Kugeln. Unter der Annahme, dass der Druck konstant ist, verdrängt dieses Wasser (Masse 18 amu) Luft (mittlere Masse 29 amu), so dass die Luftdichte um 0,061 * (29 - 18) / 29 = 2,3% abnimmt. Wenn wir zulassen, dass die Luft außerhalb des Ballons eine relative Luftfeuchtigkeit von 60% hat (mit einem gesättigten Dampfdruck von 10,5 mm Hg), ist sie etwas weniger dicht als trockene Luft (10,5 * 0,6 / 760 * (29-18) / 29 = 0,3) %) macht den Nettodifferenz -2,0% . Beachten Sie, dass ein Großteil dieser Feuchtigkeit beim Abkühlen des Ballons kondensiert. Auf der Innenseite des Ballons bilden sich kleine Tröpfchen. Wenn die Luft im Inneren noch gesättigt ist, ist ihre Dichte um 0,1% niedriger als außen. Das Nettoergebnis beträgt 2,9% der Luftmasse im Ballon.
7. Kohlendioxid: Die ausgeatmete Luft enthält 4 - 5% Kohlendioxid. Quelle: Wikipedia mit einem äquivalenten Sauerstoffabfall. Die Dichte der ausgeatmeten Luft ist daher um 0,045 * (44 - 32) / 29 = + 1,9% höher als die der eingeatmeten Luft
8. Druck im Ballon: Ab diesem Youtube-Video - Zeitpunkt 3:43 Ich schätze den Druckanstieg im Ballon auf 23 mm Hg, was zu einer Erhöhung der Dichte um 2,9% führt
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Zusammenfassung in einer Tabelle:

  Faktoreffekt bei Raumtemperatur -5,5% 0,0% Feuchtigkeit -2,0% 2,9% CO2 1,9% 1,9 % Druck 2,9% 2,9% netto -2,7% 7,7%  

Ein frisch aufgeblasener Ballon hat daher nur eine geringfügig geringere Dichte als die verdrängte Luft, da der Temperatur- + Feuchtigkeitseffekt größer ist als die anderen zwei. Nachdem Sie eine Weile gewartet haben, gleicht sich die Temperatur aus und die Luftdichte im Ballon ist um 7,7% höher, wobei mehr als die Hälfte davon nicht durch den Druck im Ballon verursacht wird. ..

Zusammenfassend: Das in Ihrem Link beschriebene Experiment misst den Dichteunterschied zwischen Luft in einem Ballon und Umgebungsluft. Da die Dichte der Luft im Ballon höher ist als die Dichte außerhalb des Ballons, kann man schließen, dass die Luft im Ballon eine endliche Dichte hat. Man kann NICHT schließen, dass das Medium außerhalb des Ballons (von dem wir glauben, dass es "trockene Luft" ist) überhaupt eine Dichte hat - da nichts in dieser Messung etwas über die Luft außerhalb des Ballons aussagt.

Wenn Sie Wenn Sie das Experiment sorgfältig mit einem Ballon durchgeführt haben, der ursprünglich mit warmer Luft gefüllt war, und Sie die Luft abkühlen ließen, können Sie möglicherweise feststellen, dass sich das Gleichgewicht verschiebt - mit anderen Worten, dass sich der Auftrieb des Ballons ändern muss wie es abkühlt. Das wäre ein Experiment, um zu demonstrieren, dass "Luft Masse hat" (das Ballonvolumen nimmt ab und es erfährt weniger Auftrieb). Aus dem beschriebenen Experiment (Aufspringen des Ballons) erfahren wir, dass " ausgeatmete Luft Masse hat". Das ist nicht dasselbe.

Wenn Sie eine Luftpumpe (Ballonpumpe) zum Aufblasen des Ballons verwenden, verschwinden die ersten drei Komponenten und Sie haben nur aufgrund des Drucks die Differenz - 2,9% der Luftmasse im Ballon.

Dies ist ein guter Weg, um zu zeigen, dass die Luftdichte mit dem Druck zunimmt und daher Luft eine Masse haben muss.

Wenn die Waage an der Seite des Unburst-Ballons nach unten kippt, zeigt sie die Das im Ballon enthaltene Volumen hat eine höhere Masse als das gleiche Luftvolumen bei atmosphärischem Druck. Dies bedeutet, dass die Dichte größer sein muss. Wir kennen den Druck im Ballon nicht, obwohl wir wissen, dass er höher als der atmosphärische Druck sein muss, da die elastische Haut des Ballons eine Kraft auf die Luft im Ballon ausübt.

John Rennies Antwort weist richtig darauf hin, dass die richtige Argumentationskette hier etwas komplex ist:

• Auf einer Seite des Gleichgewichts haben wir eine Luftsäule, die in den Weltraum aufsteigt, ein Ballon und etwas Druckluft und haben eine Menge der Luftsäule verdrängt, die dem Volumen der Druckluft entspricht.

• Auf der Auf der anderen Seite haben wir eine ähnliche Luftsäule und einen Ballon.

• Die erste Seite taucht ein und hat somit mehr Masse.

• Daher ist Luft in eine Form komprimierbar, die eine größere Dichte als die verdrängte Luftmasse aufweist.

• Daher hat Luft Masse.

Diese komplexe Argumentationskette geht wahrscheinlich allen außer den klügsten Schülern verloren. Und ein Schüler könnte leicht darauf hinweisen, dass ein Ballon, der eine Mischung aus Luft und Helium enthält, erzeugt werden könnte, um die andere Seite des Gleichgewichts zum Eintauchen zu bringen, aber daraus würden wir nicht schließen, dass Luft plus Helium masselos ist / p>

Ein besseres Experiment wäre, zwei identische starre Flaschen zu haben, die Luft aus einer zu evakuieren und zu zeigen, dass die evakuierte Flasche weniger Masse hat, entweder indem sie gegeneinander abgewogen werden oder indem ihre Trägheit gemessen wird. Das hat natürlich den Nachteil, dass spezielle Ausrüstung erforderlich ist.

Ein Experiment, das mir gefällt, zeigt, dass Luft Masse hat:

• Holen Sie sich einen Heliumballon, eine Bowlingkugel und einen Kombi.
• Setzen Sie den Ballon auf den Vordersitz und die Bowlingkugel auf den Rücksitz.
• Machen Sie sich auf den neuesten Stand und halten Sie die Gegenstände in Bezug auf das Auto stationär.
• Treten Sie auf die Bremse.

Die Bowlingkugel rollt vorwärts und zeigt damit an, dass sie Masse hat. Es hat Trägheit , daher hat es Masse . Der Heliumballon schwebt rückwärts. Was bewirkt, dass der Ballon rückwärts fährt? Der Luftdruck muss an der Vorderseite des Fahrzeugs gestiegen und hinten gesunken sein, als die Bremsen betätigt wurden. Ein Teil der Luft von der Rückseite des Autos ging beim Bremsen weiter nach vorne, daher hat die Luft wie die Bowlingkugel Trägheit und damit Masse.

Obwohl das von Ihnen beschriebene Experiment legitim ist, weist es eine Komplexität auf, die das Verständnis erschweren könnte ("Oh, mein Atem hat Masse!").

Der einfachere Weg, dies zu tun, besteht darin, einen Behälter (ich habe gesehen, dass ein Basketball verwendet wird, aber auch Luftballons funktionieren) auf eine Waage oder eine Waage mit regulären Gewichten auf der anderen Seite zu stellen. Verwenden Sie eine Fahrradpumpe, um Ihrem Container Luft hinzuzufügen, und sehen Sie, wie die Masse des Containers zunimmt.
Es ist schwer zu behaupten, dass die Pumpe etwas anderes als die gleiche Luft importiert, die Ihren Behälter umgibt, und der Effekt ist klar. Das hat in meiner Jugend gut funktioniert.

Manchmal ist es hilfreich, einem Schüler die Gründe für das experimentelle Design zu erklären, indem er "konkurrierende alternative Hypothesen" testet.

Ein positives Ergebnis dieses Experiments wäre ein starker Beweis gegen die alternative Hypothese, dass die in den Ballon geblasene Luft keine Masse hat.

Ein negatives Ergebnis würde jedoch nicht beweisen, dass die Luft keine Masse hat. Weitere Experimente wären erforderlich, um zu verstehen, warum das unerwartete Ergebnis erzielt wurde.

Abgesehen davon besteht der beste Weg, dies zu tun, darin, dem experimentellen Ansatz von Lavoisier zu folgen - und die Konservierung zu demonstrieren der Masse. Wiegen Sie eine feste Verbindung, erhitzen Sie den Feststoff, um ein Gas auszutreiben (fangen Sie das Gas ein), und messen Sie dann das durch den Feststoff verlorene Gewicht und (weniger leicht) das Gewicht des Gases. Eine zunehmend bessere experimentelle Technik sollte eine quantitativ bessere Übereinstimmung mit der Erhaltung der Masse zeigen.

Die Antwort auf Ihre Frage: "Aber wenn der Luftdruck im Ballon gleich dem außerhalb ist, hebt die Auftriebskraft das Gewicht der Luft im Ballon auf, nicht wahr?" ist ja! Leider ist dies bei einem aufgeblasenen elastischen Ballon nicht der Fall. Der Druck im Ballon wird durch den elastischen Druck des Ballons erhöht, wodurch das Volumen und damit die Auftriebskraft verringert werden.

Das Experiment in der angegebenen Verbindung ist insofern fehlerhaft, als 1) die Substanz im Ballon nicht Das gleiche wie draußen und aufgrund der Verwendung eines elastischen Ballons hat es eine höhere Dichte. 2) Die Aussage im Experiment, dass "Luft auf Meereshöhe tatsächlich 14,7 Pfund pro Quadratzoll wiegt", ist in der Tat der Druck, nicht das Gewicht.

Die unterschiedlichen Ergebnisse des Experiments sind auf experimentelle Fehler zurückzuführen.

Die Luftmasse könnte mit einem Experiment unter Verwendung einer massenabhängigen Eigenschaft wie Trägheit (m = F / a) genauer bestimmt werden.

Ich biete Folgendes an, um den Druck zu klären , Temperatur, Substanz, Behälterproblem.

Die "Masse" eines nicht starren Behälters und der Stoff, mit dem er gefüllt ist, ist größer als der Behälter allein, um die "Masse" des darin enthaltenen Stoffes

Da das messbare „Gewicht“ von Dingen wie Gravitationskraft und Auftrieb abhängt, ist es schwierig, die Gewichtsunterschiede experimentell zu messen.

Wenn der nicht starre Behälter gefüllt ist Bei gleicher Substanz wie außerhalb des Behälters und gleicher Temperatur und gleichem Druck ist das „Gewicht“ des leeren und gefüllten Behälters gleich. Das Gewicht des Stoffes im Behälter wird durch den Auftrieb des Stoffes außerhalb des Behälters aufgehoben. Dies gilt sowohl für flüssige als auch für gasförmige Substanzen, solange der Behälter allein einen negativen Auftrieb aufweist.

Wenn Sie sich veranlasst fühlen, den Gewichtsunterschied experimentell zu „messen“, würde ich empfehlen, eine digitale Küchenwaage zu verwenden, die mindestens 0,1 Unzen messen kann, und eine Hebelarmanordnung, um die Empfindlichkeit zu erhöhen. Wenn Sie einen Hebelarm erhalten, der leicht genug ist, können Sie möglicherweise eine Empfindlichkeit von 0,01 Unzen messen. Sie werden durch die Reichweite der Waage und das Gewicht des Hebelmechanismus und des Behälters begrenzt. Auf Meereshöhe und bei 15 ° C hat Luft eine Dichte von ungefähr 1,225 kg / m3 (0,001225 g / cm3, 0,0023769 Butzen / ft3, 0,0765 lbm / ft3) gemäß ISA (International Standard Atmosphere). Dies bedeutet, dass ein Kubikfuß Luft mehr als 8 Unzen wiegt. Es sollte leicht zu messen sein, ob die aufgenommene Luft das Gewicht des Behälters erhöht.

Setzen Sie einen Haken an das Ende des Hebelarms und Hängen Sie einen ungeöffneten Müllsack daran. Wenn Sie die Option Tara wiegen, können Sie jede Gewichtsänderung direkt messen. Nachdem Sie das Gewicht des Beutels und des Bindemechanismus auf Null gesetzt haben, nehmen Sie ihn aus dem Haken und schöpfen Sie Luft hinein. Binden Sie die Öffnung langsam zu, um sicherzustellen, dass kein anderer Druck als das Gewicht des hängenden Beutels auf die Luft im Inneren ausgeübt wurde. Sie sollten kein Gewicht auf der Waage sehen, das anzeigt, dass durch Hinzufügen der Luft keine Gewichtszunahme aufgetreten ist. Denken Sie daran, dass Sie Schwankungen aufgrund seismischer oder akustischer Vibrationen feststellen können, wenn Sie die Waage empfindlich genug machen können.

Ein weiteres interessantes Experiment, das den Einfluss von Temperatur und Druck auf den Ballon zeigt, ist die Verwendung Ihr Hebelarm-Skalierungsmechanismus zum Messen eines atemgefüllten großen Standard-Partyballons „elastisch“ an einem sehr kalten Tag in Minnesota. Wenn Ihre Waage empfindlich genug ist, sollten Sie in der Lage sein, die Gewichtszunahme zu sehen, wenn sich das heiße Kohlenmonoxid / Luft-Gemisch im Ballon abkühlt. Dies wäre auf die Abnahme des Auftriebs zurückzuführen, wenn der Ballon schrumpft.