Otwórz menu główne

Powietrze

mieszanina gazów w atmosferze Ziemi
Ten artykuł dotyczy mieszaniny gazów. Zobacz też: inne znaczenia.

Powietrze (łac. aer) – mieszanina gazów i aerozoli składająca się na atmosferę ziemską. Pojęcie jest stosowane przede wszystkim w odniesieniu do tej części powłoki gazowej, której chemiczny skład jest wyrównany wskutek cyrkulacji gazów w troposferze (zob. homosfera, warstwa o grubości do 100 km), bywa jednak odnoszone również do wszystkich sfer ziemskiej atmosfery, o różnym składzie chemicznym i właściwościach fizycznych[1][2][3].

W przednaukowej filozofii przyrody, w klasycznej koncepcji Empedoklesa, rozwiniętej następnie przez Arystotelesa, powietrze było uważane za jeden z czterech żywiołów[4].

Właściwości fizyczne powietrzaEdytuj

Powietrze jest bezbarwne, bez smaku, słabo rozpuszczalne w wodzie. Skroplone powietrze jest bladoniebieskie. Gęstość powietrza zależy od ciśnienia, temperatury oraz składu; dla suchego powietrza, przy ciśnieniu atmosferycznym, na poziomie morza, w temperaturze 20 °C wynosi 1,2 kg/m³. Temperatura topnienia zestalonego powietrza wynosi około −213 °C, a temperatura wrzenia około −191 °C.

Skład powietrzaEdytuj

 
Skład procentowy powietrza

Skład mieszaniny gazów, występujących w najniższej części ziemskiej atmosfery, zmieniał się w historii Ziemi w bardzo szerokim zakresie (np. zmiany stężenia CO2). Atmosfera zawierająca tlen („trzecia atmosfera” w ewolucji Ziemi, „powietrze”) powstawała stopniowo, po osiągnięciu ewolucyjnego sukcesu przez organizmy fotosyntetyzujące. W kolejnych epokach geologicznych stężenia głównych składników powietrza wahały się, co bywało zarówno skutkiem, jak i przyczyną zmian klimatu (sprzężenia zwrotne)[5]. Współcześnie zawartość głównych składników powietrza zmienia się w niewielkim stopniu – zwane są one składnikami stałymi; zawartość niektórych składników zmienia się – zwane są one składnikami zmiennymi.

Objętościowy skład czystego suchego powietrza w troposferze
do wysokości 13 km ponad powierzchnią Ziemi[6]:
Składnik % ppm
azot 78,084 780 840
tlen 20,946 209 460
argon 0,934 9 340
dwutlenek węgla[7] 0,0411 411
neon 0,00181 18,18
hel 0,00052 5,24
metan 0,00017 1,70
krypton 0,00011 1,14
wodór 0,00005 0,50
ksenon 0,000008 0,087

Zawartość dwutlenku węgla wykazuje zmienność Dwutlenek węgla w atmosferze Ziemi. Jest monitorowane m.in. przez Mauna Loa Observatory(ang.)[8].

Ponadto powietrze zawiera parę wodną, przy czym jej zawartość silnie zmienia się z wysokością nad powierzchnią Ziemi, czasem, temperaturą, nasłonecznieniem itd. Przy powierzchni waha się w granicach 0,5%–4,0%.

Inne składniki zmienne:

(różne, w zależności od położenia geograficznego, rozwoju przemysłu (głównie ciężkiego), pory roku i innych sytuacji, np. erupcji wulkanu)

Zawiesiny

Suche powietrze ma średnią masę molową 28,97 g/mol.

WilgotnośćEdytuj

Powietrze zawiera różną, zależną od warunków otoczenia, ilość pary wodnej. Zawartość pary wodnej w powietrzu jest zależna od wielu czynników i zmienia się w zakresie 0–4%.

Do oceny stopnia wilgotności powietrza stosuje się dwie wielkości:

  • wilgotność bezwzględną, określającą ilość wody w gramach zawartej w 1 m³ powietrza, przy określonym jego ciśnieniu i temperaturze (zwykle są to warunki normalne fizyczne lub techniczne);
  • wilgotność względną, określającą stosunek ilości pary wodnej zawartej w 1 m³ powietrza, przy określonym ciśnieniu i temperaturze, do ilości pary wodnej nasyconej w tej samej temperaturze i ciśnieniu powietrza. Stosunek ten podaje się w procentach lub w postaci ułamka.

Powietrze w techniceEdytuj

Sprężone powietrze wykorzystywane jest jako nośnik energii. W pneumatyce przygotowanie sprężonego powietrza, realizowane w specjalnych urządzeniach (elementach), polega na:

  • usunięciu z niego zanieczyszczeń,
  • redukcji ciśnienia do wymaganego poziomu,
  • wprowadzeniu czynnika smarnego (dla mechanizmów, które tego wymagają).

Powietrze oczyszczone powinno charakteryzować się:

  • brakiem wody w postaci kropel; woda w postaci pary jest dopuszczalna, gdy punkt rosy występuje przy temperaturze niższej o 5–10 °C od najniższej temperatury pracy układu napędowego;
  • zanieczyszczeniami mechanicznymi poniżej 5 mikrometrów, przy udziale wagowym do 0,7 mg/m³ w warunkach normalnych fizycznych;
  • niewystępowaniem olejów oraz innych cieczy w postaci kropel. Konstruktor i użytkownik urządzeń pneumatycznych, znając najniższe temperatury w nich występujące, powinien ocenić, czy przy danej wilgotności powietrza zasilającego może wystąpić szkodliwe skraplanie się wody zawartej w postaci pary w sprężonym powietrzu (tzn., czy zostanie osiągnięty punkt rosy).

Aby zapewnić prawidłową pracę urządzeń pneumatycznych, należy tak osuszać zasilające je powietrze, żeby jego wilgotność względna w najniższej temperaturze pracy nie przekroczyła 80%. Powietrze opuszczające stację kompresorową ma zwykle temperaturę o 10–15 °C wyższą od temperatury otoczenia. Podczas stygnięcia powietrza w instalacji pneumatycznej następuje skroplenie się pary wodnej. Aby skroplona woda nie dostawała się do instalacji sprężonego powietrza, stosuje się urządzenia osuszające sprężone powietrze.

Zobacz teżEdytuj

PrzypisyEdytuj

  1. Powietrze (pol.). W: Encyklopedia.pwn.pl [on-line]. [dostęp 2012-04-29].
  2. Atmosfera ziemska (pol.). W: encyklopedia.pwn.pl [on-line]. encyklopedia.pwn.pl. [dostęp 2012-04-29].
  3. Powietrze dostępne np. w butlach ciśnieniowych jako preparat chemiczny „powietrze syntetyczne” zawiera 20 % tlenu i 80 % azotu; zob. Powietrze syntetyczne (pol.). W: Karta preparatu chemicznego [on-line]. www.linde-gaz.pl, 18.12.2007. [dostęp 2012-06-17].
  4. Giovanni Reale: Historia filozofii starożytnej. T. 1. Lublin: Wydawnictwo KUL, 1994, s. 172.
  5. Tjeerd H. van Andel: Nowe spojrzenie na starą planetę. Zmienne oblicze Ziemi.. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1997.
  6. Systemy ochrony powietrza, M. Mazur, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków
  7. Trends in Atmospheric Carbon Dioxide (ang.). W: NOAA Research News [on-line]. The Office of Oceanic and Atmospheric Research (OAR), 2019-05-06. [dostęp 2019-05-24].
  8. Mauna Loa Observatory (ang.). W: Earth System Research Laboratory (ESRL), Global Monitoring Division; National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) [on-line]. NOAA. [dostęp 2019-03-02].