Какими свойствами обладает воздух

Воздух — это

Атмосфера окружает Землю и содержит воздух, которым мы дышим; она защищает нас от космического пространства; она содержит влагу (облака), газы и мельчайшие частицы. Одним словом, атмосфера — это защитный пузырь, в котором мы живем. Считается, что она простирается на высоту около 60000 км от поверхности Земли.

Из всего сухого состава атмосферы наиболее распространенным является азот. Азот разбавляет кислород и препятствует быстрому горению на поверхности Земли. Живым существам он необходим для производства белков.

Кислород используется всеми живыми существами и необходим для дыхания. Он также необходим для горения. Аргон используется в лампочках, в окнах с двойными стеклами, а также для сохранения музейных экспонатов. Растения используют углекислый газ для получения кислорода. Углекислый газ также действует как «одеяло», препятствующее выходу тепла в космическое пространство. Изменения в количестве этих газов напрямую влияют на наш климат.

Свойства

Химические

Химический состав воздуха, исключая водяной пар:

Эти процентные содержания атмосферных газов указаны для абсолютно сухой атмосферы. Атмосфера редко бывает сухой, если вообще бывает. Водяной пар (вода в газообразном состоянии) присутствует почти всегда, примерно до 4% от общего объема.

Также присутствует множество мельчайших твердых или жидких частиц, называемых аэрозолями. Аэрозоли могут состоять из пыли, спор и пыльцы, соли из морских брызг, вулканического пепла, дыма и загрязняющих веществ, попавших в атмосферу в результате деятельности человека.

Химический состав воздуха с учетом водяного пара:

В пустынных районах Земли (30° с.ш.), где дуют сухие ветры, вклад водяного пара в состав атмосферы близок к нулю. В экстремально жаркие и влажные дни вклад водяного пара возрастает почти до 3 %. Верхний предел, приближающийся к 4%, наблюдается в тропическом климате.

Молекулы воздуха уменьшаются и становятся меньше. Содержание влаги варьируется от места к месту. В засушливых районах содержание влаги меньше, чем в болотистых.

1. Содержание водяного пара или влаги в воздухе варьируется. Максимальная влагоемкость воздуха зависит в первую очередь от температуры.
2. Состав воздуха остается неизменным до высоты около 10 000 м.
3. Средняя температура воздуха уменьшается на 0,6 °С на каждые 100 м по вертикали.
4. Стандартная атмосфера (атм) определяется как давление, равное давлению, оказываемому 760 мм ртутного столба при 0°C на уровне моря и стандартной силе тяжести (32,174 фута/сек2).

Физические

Основные физические свойства воздуха:

Воздух обычно не имеет ни цвета, ни запаха. Это невидимая материя, которую можно только почувствовать. Все живые существа дышат воздухом для своего выживания. Движущийся воздух называется ветром.

Он представляет собой смесь различных газов. Поэтому, как и любая другая материя, он также занимает пространство. При надувании воздушный шар расширяется, потому что воздух, вдуваемый в него, заполняет пустое пространство.

Он имеет вес, и давление, оказываемое весом воздуха, называется давлением воздуха. Из-за гравитации смесь газов у поверхности земли плотнее, чем на больших высотах. Поэтому газообразная атмосфера в горах тоньше, чем на поверхности.

Безвкусный и неароматный газ, бесцветный, за исключением очень глубоких слоев, где виден слабый голубой цвет, что объясняется содержанием в нем озона. При нормальных условиях давления в 760 мм и температуре 0° C вес литра воздуха колеблется, как правило, между 1,2927 и 1,2933 грамма, что объясняется тем, что воздух не имеет абсолютно постоянного химического состава. По этой причине бесполезно с большой точностью определять плотность газа по отношению к воздуху, если одновременно не выяснен состав последнего. Для большинства целей достаточно точным значением будет среднее значение 1,2930 при 0° C. и 760 мм. Один грамм воздуха при указанных условиях занимает 773 куб. см, а его плотность по отношению к водороду составляет 14,44.

Кислород имеет молярную массу 15,9994 г/моль, а азот — 14,0067 г/моль. Поскольку в воздухе оба этих элемента являются двухатомными — O2 и N2, молярная масса кислорода равна 32 г/моль, а молярная масса азота — 28 г/моль.

Средняя молярная масса равна сумме мольных долей каждого газа, умноженной на молярную массу этого газа:

M смеси = (x 1 *M 1 + ......+ x n *M n ) (1)

где:

x i = мольные доли каждого газа;
M i = молярная масса каждого газа.

Молярная масса сухого воздуха составляет 28,9647 г/моль.

На высоте 5 км от поверхности Земли давление почти вдвое меньше, чем на поверхности. Это разрежение воздуха с высотой вызывает одышку. На вершине Эвереста давление воздуха падает примерно до 265 мбар. Поэтому альпинистам приходится использовать кислород в баллонах. Поэтому давление воздуха в самолетах искусственно поддерживается на уровне 1 атмосферы. Некоторые особенности атмосферы таковы:

1. Газообразные компоненты сжимаемы.
2. Молекулы газа не оседают под действием силы тяжести, потому что поступательная кинетическая энергия конкурирует с силами оседания и удерживает молекулы газа на плаву. Если бы не высота, газы находились бы практически в нескольких сантиметрах от поверхности, а над головой был бы вакуум.
3. Давление и плотность уменьшаются экспоненциально с увеличением высоты, как определено уравнением барометрического закона.

Тепловые свойства

Движения и перемещения воздуха в атмосфере вызваны нагреванием Земли, которая, в свою очередь, нагревает атмосферу. Чем теплее воздух, тем быстрее движутся частицы. Молекулы раздвигаются, потому что они нагреваются и ускоряются. В результате воздух, как и большинство других веществ, расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении.

Температурная инверсия возникает, когда вместо того, чтобы уменьшаться с высотой, температура начинает расти. Это называется температурной инверсией. В такой ситуации воздух над землей теплее, чем внизу. Земля имеет свойство нагреваться быстрее, а также быстрее остывать, чем окружающий воздух. В ясную ночь, когда воздух у земли быстро остывает, она теряет тепло, и поверхность Земли быстро становится холоднее, чем воздух над ней, потому что благодаря своей способности терять тепло медленно она сохраняет и остается теплее поверхности Земли. Существуют и другие способы инверсии.

Температурная инверсия оказывает большое влияние на метеорологию, поскольку атмосфера становится стабильной. Она блокирует рассеивание загрязняющих веществ, ограничивая вертикальное перемешивание. Не позволяя рассеиваться загрязняющим веществам, инверсия способствует образованию значительного количества смога. Особенно зимой во многих индийских городах происходит накопление загрязняющих веществ, выбрасываемых автомобилями и другими видами человеческой деятельности.

Плотность

Плотность — это свойство воздуха, которое сильно зависит от переменных значений вышеперечисленных свойств воздуха.

На плотность воздуха влияет влажность, или количество осадков в окружающей среде. Когда в воздухе больше водяного пара, плотность воздуха уменьшается.

Температура — это свойство воздуха, которое влияет на его плотность. При повышении температуры молекулы воздуха движутся быстрее и при столкновении разлетаются далеко друг от друга. Когда воздух становится плотнее, он создает сопротивление для тел, которые движутся сквозь него. Например, снаряд, выпущенный в знойную летнюю погоду, разлетится дальше, чем выпущенный в морозный день. Сочетание более высоких температур и атмосферного давления на больших высотах уменьшает плотность воздуха.

Примеры

На самом деле свойства воздуха значительно отличаются в зависимости от того, в какой точке мира вы находитесь. Очевидно, что в Сахаре воздух очень сухой, в то время как в тропическом лесу Амазонки он гораздо более влажный. Кроме того, давление воздуха значительно зависит от высоты над уровнем моря: расстояние по вертикали от уровня моря до вершины Эвереста (самой высокой точки на Земле) составляет 8848 метров — около 5½ миль.

Важным показателем свойств воздуха является уровень углекислого газа (CO2). Средний уровень CO2 составляет примерно 360 частей на миллион (ppm), хотя это значение растет как из-за загрязнения, так и из-за парникового эффекта.
 

Энтальпия — это мера полной энергии в термодинамической системе. Она включает в себя начальную энергию (энергию, необходимую для создания системы) и энергию, необходимую для освобождения места для нее путем вытеснения окружающей среды и создания ее объема и давления.

Воздух является такой термодинамической системой, поэтому энтальпия может описывать тепловую энергию, присутствующую в воздухе. Обычно она описывается в килоджоулях (кДж) на килограмм воздуха, но также может быть описана в килокалориях (ккал) на килограмм воздуха.

Энтальпия сухого воздуха при 0°C равна 0 кДж/кг.

Обычно абсолютная влажность воздуха в помещении составляет 5-10 г на килограмм воздуха; в ванной комнате после принятия душа она может достигать 20 г/кг.