Влажный воздух несколько менее плотен, чем сухой воздух при тех
же значениях давления и температуры. Это объясняется тем, что
водяной пар менее плотен, чем сухой воздух. Если взять какой-то
объем сухого воздуха и заменить часть молекул постоянных газов более
легкими молекулами водяного пара в том же количестве и с теми же
скоростями движения так, что температура и давление от этого не
изменятся, то плотность полученного влажного воздуха будет несколько
меньше, чем плотность сухого воздуха.
Разница не очень велика. Плотность сухого воздуха при температуре
0°С и давлении 1000 гПа равна 1,276 кг/м3.
Если же воздух влажный, притом насыщенный, т. е. давление водяного
пара 6,1 гПа (больше оно при температуре 0 °С быть не может), то
плотность его при давлении 1000 гПа будет 1,273 кг/м3, т. е. только
на 0,003 кг/м3 меньше, чем плотность сухого воздуха. При более
высоких температурах и, следоватетьно, при большем влагосодержании
разность увеличивается, хотя и остается небольшой.
4. Плотность воздуха в каждом месте непрерывно изменяется во
времени. Кроме того, она меняется с высотой, потому что с высотой
меняются также атмосферное давление и температура воздуха. Давление
с высотой всегда уменьшается, а вместе с ним убывает и плотность.
Температура с высотой в основном понижается, по крайней мере в
нижних 10-15 км атмосферы. Но падение температуры влечет за собой
повышение плотности. В результате совместного влияния изменения
давления и температуры плотность с высотой, как правило, понижается,
но не так сильно, как давление. В среднем для Европы она равна у
земной поверхности 1,25 кг/м3, на высоте 5 км - 0,74 кг/м3, 10 км -
0.41 кг/м3, 20 км -0,09 кг/м3.
На высотах около 300 км плотность воздуха имеет порядок величины
10-" кг/м3, т. е. в сто миллиардов раз меньше, чем у земной
поверхности.1 На высоте 500 км плотность воздуха уже Ю-12 кг/м3, на
750 км - Ю-13 кг/м3 или еще меньше. Эти значения плотности ничтожны
по сравнению с приземными. Но все же до высот около 20 тыс. км
плотность воздуха остается значительно большей, чем плотность
вещества в межпланетном пространстве.
5. Если бы плотность воздуха не изменялась с высотой, а оставалась
на всех уровнях такой же, как у земной поверхности, то высота
атмосферы, создающая такое же давление, как и реально наблюдаемое
(<=1013 гПа), оказалась бы равной примерно 8000 м. Эта высота (8000
м) называется высотой однородной атмосферы. В действительности
плотность воздуха с высотой убывает, и потому истинная высота
атмосферы равняется многим тысячам километров.