Повітря – суміш газів суміш газів головним чином азоту і кисню – 98-99% в сумі – і аерозолів, що складають земну атмосферу.
Термін повітря використовується насамперед стосовно тієї частини газоподібної оболонки, хімічний склад якої врівноважений за рахунок циркуляції газів у тропосфері (див. Гомосфера , шар до 100 км завтовшки), але він також використовується для позначення всіх сфер атмосфери Землі, з різним хімічним складом і фізичні властивостями.
У донауковій філософії природи в класичній концепції Емпедокла , пізніше розробленій Арістотелем , повітря вважалося одним із чотирьох елементів.
Повітря необхідне для нормального існування на Землі живих організмів. Кисень, що міститься в повітрі, в процесі дихання надходить в клітини організму і використовується в процесі окислення, в результаті якого відбувається виділення необхідної для життя енергії ( метаболізм , аероби).
У промисловості і в побуті кисень повітря використовується для спалювання палива з метою отримання тепла і механічної енергії в двигунах внутрішнього згоряння.
Фізичні властивості повітря
Сухе повітря має середню молекулярну масу 28,97 г / моль.
Повітря безбарвний, несмачний і мало розчинний у воді газ. Згущене повітря блідо-синє. Щільність повітря залежить від тиску, температури та складу; для сухого повітря, при атмосферному тиску, на рівні моря, при 20 ° С – 1,2 кг / м³. Температура плавлення затверділого повітря становить приблизно −213 ° C, а температура кипіння приблизно −191 ° C.
Середні атмосферний тиск на рівні моря визначається для міжнародної стандартної атмосфери як 101325 Па
Щільність сухого повітря при нормальному атмосферному тиску ( 101 325 Па )
| Температура ° C | Щільності кг / м³ |
| -25 | 1,424 |
| 0 | 1,2929 |
| 20 | 1,2047 |
| 225 | 0,7083 |
- Середня питома теплоємність при постійному тиску – 1,006 кДж / (кг · К)
- Середня питома теплоємність при постійному об’ємі – 0,717 кДж / (кг · К)
- показник адіабати – 1,40
- Швидкість звуку (при н. у. ) – 331 м / с (1193 км / год)
- Середній коефіцієнт теплового розширення в інтервалі температур 0-100 ° C 3,67⋅10 -3 1 / К
- Коефіцієнт динамічної в’язкості повітря (при н. у. ) – 17,2 мкПа · с
- Розчинність повітря в воді – 29,18 см3 / л
- Показник заломлення (при стандартних умовах ) – 1,0002926
- Коефіцієнт зміни показника заломлення – 2,8⋅10 -9 1 / Pa
- Середня поляризованість молекули – 1,7⋅10 -30
- Константа Сатерленда – 171⋅10 -7
Коефіцієнт теплопровідності повітря при нормальному атмосферному тиску (101325 Па)
| Температура ° C | Теплопровідность Вт / (м · К) |
| -173 | 0.00922 |
| -143 | 0.01204 |
| -113 | 0.01404 |
| -83 | 0.01741 |
| -53 | 0.01983 |
| -23 | 0.02207 |
| -3 | 0.02348 |
| 0,1 | 0.02370 |
| 7 | 0.02417 |
| 17 | 0.02485 |
| 27 | 0.02553 |
| 37 | 0.02621 |
| 67 | 0.02836 |
| 97 | 0.03026 |
Склад повітря
У 1754 році Джозеф Блек експериментально довів, що повітря являє собою суміш газів, а не проста речовина.
Склад суміші газів, що знаходяться в найнижчій частині атмосфери Землі, змінився в дуже широкому діапазонза час історії Землі. Атмосфера, що містить кисень (“третя атмосфера” в еволюції Землі, “повітря”) розвивалася поступово після еволюційного успіху фотосинтетичних організмів.
У наступні геологічні епохи концентрація основних компонентів повітря коливалася, що було як результатом, так і причиною зміни клімату.
Склад повітря може змінюватися в невеликих межах: у великих містах вміст вуглекислого газу трохи вище, ніж в лісах; у високогір’ї і на великих висотах концентрація кисню трохи нижче внаслідок того, що молекули кисню важче молекул азоту, і тому концентрація кисню з висотою зменшується швидше.
Склад повітря може змінюватися в невеликих межах: у великих містах вміст вуглекислого газу трохи вище, ніж в лісах; у високогір’ї і на великих висотах концентрація кисню трохи нижче внаслідок того, що молекули кисню важче молекул азоту, і тому концентрація кисню з висотою зменшується швидше.
У наш час вміст основних компонентів повітря мало змінюється – їх називають твердими компонентами; вміст деяких компонентів різниться – їх називають змінними компонентами.
Об’ємний склад чистого сухого повітря в тропосфері до висоти 13 км над земною поверхнею
| Компонент | % | проміле |
|---|---|---|
| азот | 78.084 | 780 840 |
| кисень | 20.946 | 209 460 |
| аргон | 0,934 | 9340 |
| вуглекислий газ | 0,0411 | 411 |
| неон | 0,00181 | 18.18 |
| гелій | 0,00052 | 5.24 |
| метан | 0,00017 | 1,70 |
| криптон | 0,00011 | 1.14 |
| водень | 0,00005 | 0,50 |
| ксенон | 0,000008 | 0,087 |
Вуглекислий газ у повітрі
Вміст вуглекислого газу змінюється. Його вміст становить близько 0,04% (400 проміле). Незважаючи на свою низьку концентрацію, він відіграє важливу роль, вуглукислий газ є невід’ємною частиною циклу вуглецю в природі , в якому вуглець обмінюється між атмосферою та океанами, грунтом, скелями та біосферою.
Рослини та інші фотоавтотрофи використовують сонячну енергію для отримання вуглеводів з атмосферного вуглекислого газу та води за допомогою фотосинтезу. Практично всі організми залежать від вуглеводів, одержуваних переважно від фотосинтезу як основного джерела енергії та сполук вуглецю.
Вуглукислий газ поглинає та випромінює інфрачервоне випромінювання в областях спектру, в яких він пропускається в атмосферу іншими газами, і тому є парниковим газом, відіграючи значну роль у впливі на температуру поверхні Землі через парниковий ефект.
Близько 4 мільярдів років тому вона була однією з головних складових атмосфери первісної Землі, і перебував у значних кількостях, до зв’язування вуглецю фотосинтетичними організмами.
У наступні періоди історії Землі концентрація СО2 в її атмосфері змінювалася в широких межах. Концентрації СО2 атмосфері змінилася, досягнувши 4000 проміле (у 10 разів більше від теперішнього) у кембрійський період близько 500 мільйонів років тому, і впавши до 180 проміле під час плейстоценового зледеніння близько двох мільйонів років тому.
Протягом тривалого часу концентрація в неогені коливалася близько 280 проміле, збільшення концентрації почалося з часу промислової революції на початку 19 століття. Завдяки антропопресу концентрація СО2 в атмосфері він збільшився більш ніж на 45%, від рівня 280 проміле, який витримувався протягом 10 000 років до середини 18 століття до 415 проміле в травні 2019 року. Нинішня концентрація є найвищою за 14 мільйонів років, і це збільшення пов’язане з діяльністю людини, зокрема вирубкою лісів та спалюванням викопних палив. Збільшення СО2 та інших парникових гази в атмосфері Землі були викликані підвищенням температури, відомим як глобальне потепління. Підвищення концентрації СО2 в атмосфері збільшує концентрацію у внутрішніх водах та океанах, і, створюючи вуглекислоту, викликає підкислення вод.
Водяна пара в повітрі
Повітря містить водяну пару, її сильно змінюється з висотою над земною поверхнею в залежності від, часу, температури, сонячного світла. На поверхні її концентрація коливається від 0,5% до 4,0%. При температурі 0 ° C 1 м³ повітря може містити максимально 5 г води, а при температурі +10 ° C – вже 10 г.
Змінні компоненти повітря
Змінні компоненти повітря різні, залежно від географічного положення, розвитку галузі (в основному важкі), сезону та інших ситуацій, наприклад, виверження вулканів.
- оксид динітрогену – 0,3 проміле
- озон – мінливий до 0,07 проміле
- діоксид сірки – сильно мінливий, залежно від промислового забруднення
Суспензії в повітрі
- мінеральні речовини: пил , сажа
- органічні компоненти: мікроорганізми , рослинні спори
Вологість повітря
Повітря містить різну кількість водяної пари, залежно від умов навколишнього середовища. Вміст водяної пари у повітрі залежить від багатьох факторів і коливається в межах 0–4%.
Для оцінки ступеня вологості повітря використовують два значення:
- абсолютна вологість , що визначає кількість води в грамах, що містяться в 1 м³ повітря, при заданому тиску і температурі (зазвичай це нормальні фізичні або технічні умови);
- відносна вологість , яка визначає відношення кількості водяної пари, що міститься в 1 м³ повітря, при заданому тиску і температурі, до кількості насиченої водяної пари при однаковій температурі і тиску повітря. Це співвідношення задається у відсотках або у вигляді дробу.