Vzduch

Vyšší procento vodních kapiček ve vzduchu dává vzniknout mlze

Vzduch je směs plynů tvořící plynný obal Zeměatmosféru – sahající až do výše asi 100 km. Ovlivňuje chemické reakce jak v neživé přírodě, tak i v živých organismech (většina živých organismů by bez kyslíku z ovzduší nemohla vůbec existovat). Má i své významné fyzikálně chemické vlastnosti, jedná se zejména o koloběh vodyovzduší. Kromě toho tepelná kapacita vzduchu udržuje na Zemi teplotu přijatelnou pro život. Je také důležitou průmyslovou surovinou. Mimo jiné vzduch (resp. kyslík v něm obsažený) také slouží k oxidaci paliva v běžných spalovacích motorech, k oxidaci paliva při výrobě elektrické energie v tepelných elektrárnách, dále při vytápění či ohřevu vody atd. Vzduch tedy slouží coby druhá (prakticky neviditelná) složka každého běžného fosilního paliva.

Složení vzduchu

Čistý vzduch v nižších vrstvách je homogenní směsí těchto plynů (nejsou uvedeny proměnlivé složky, především vodní pára, jejíž koncentrace se ve vzduchu podstatně mění):[1]

plynobjem [%]hmotnost [%]
dusík78,08475,518
kyslík20,94623,135
argon0,931,288
oxid uhličitý0,0407 (407 ppm)0,059
neon0,0018 (18,18 ppm)0,0012
helium0,000524 (5,24 ppm)0,000072
metan0,0002 (2 ppm)0,0001
krypton0,000114 (1,14 ppm)0,0003
vodík0,00005 (0,5 ppm)0,000001
xenon0,0000087 (87 ppb)0,00004

Fyzikální vlastnosti vzduchu při 0 °C a 101 325 Pa

VlastnostSymbolJednotkaHodnota
Molární hmotnostMmg/mol28,96
Molární objemVmdm³/mol22,40
Plynová konstantarJ/kg/K[2]287,10
Hustotaρ0kg/m³1,29
Měrná tepelná kapacita (0 °C)ckJ/kg/K1,01
Izoentropický exponentκ[-]1,40
Teplota tánítt°C-213,4
Teplota varutv°C−194,5

Uvedené plyny jsou až na výjimky (CO2, CH4, H2) relativně stálé a jejich koncentrace se nemění. Mimoto atmosférický vzduch obsahuje proměnlivé množství vodní páry a různých jiných plynů (CO, SO2, N2O, NO, NO2, NH3, O3) a tuhé aerosoly (prach, pyl a mikroorganismy). Vodní pára a oxid uhličitý jsou v atmosféře nejvíce zastoupené skleníkové plyny, díky kterým je na Zemi teplota asi o 33 stupňů Celsia vyšší, než by byla bez skleníkového efektu způsobeného těmito plyny (hodnota záleží na různých odhadech a modelech)[zdroj?].

Kapalný vzduch

Kapalný vzduch se v minulosti získával při průmyslovém pochodu, kdy se atmosférický vzduch zbaví prachu, CO2 a vlhkosti a stlačí až na 200násobek normálního tlaku. Následně se ochladí studenou vodou a pak se nechá rozepnout do prostoru na tlak 20 až 30násobek normálního tlaku. Tím jeho teplota silně klesne a takto ochlazeného vzduchu se použije k předchlazování dalšího vzduchu v protiproudném chladiči. Postupně se dosáhne tak nízké teploty, že vzduch zkapalní za 20 až 30násobku běžného tlaku. Celý proces chlazení byl tedy založen na Joule-Thomsonově jevu a je proto poměrně málo efektivní. Nový (účinnější) postup zařazuje za kompresi a chlazení namísto jednoduché expanze tzv. izoentropické škrcení. K expanzi vzduchu tedy dochází při jeho průchodu turbínou, kde je navíc odevzdána využitelná objemová práce a je dosaženo ještě nižších teplot při stejném rozdílu tlaků, resp. k dosažení stavu zkapalnění postačí i nižší tlak za první kompresí. Kapalný vzduch tvoří namodralou kapalinu o bodu varu −190 °C.

Průmyslově se z kapalného vzduchu destilací (přesněji rektifikací) získává kyslík, dusík, argon a helium. Nicméně je třeba podotknout, že existují i jiné postupy přípravy kyslíku a dusíku ze vzduchu a helium lze získávat i z některých zdrojů zemního plynu.

Stlačený vzduch

V průmyslu se stlačený vzduch používá zejména pro přenos energie pro pneumatické nástroje a zařízení. Příkladem budiž pneumatické kladivo či různé balicí stroje. Vzduch pro přenos energie je obvykle stlačen kompresorem, podle potřeby ochlazen, vysušen a zbaven oleje pocházejícího z kompresoru.

Stlačený vzduch se používá pro pohon a ovládání průběžných brzd vlaků. Pneumaticky jsou ovládány a poháněny i další mechanismy v dopravních prostředcích.

Stlačeným vzduchem se nafukují pneumatiky, zvedací vaky, nafukovací čluny, míče, hračky.

Stlačený vzduch je dále používán při potápění a práce pod vodou, obvykle do maximální hloubky 40 m.

Vzduch také slouží k dopravě – buď přímo, např. zemědělský fukar, nebo pro přepravu schránek např. v systému potrubní pošty. Rovněž se používá k instalaci optických kabelů, které by mechanické zasunování do potrubí poškodilo.

Stlačeným vzduchem lze pomocí Venturiho efektu vyrobit i podtlak, který se pak používá např. v přísavkách.

Dopravní medium

Vzduchem se pohybují všechna vozidla, hladinové lodě a všechna letadla. Vzduch v motorových letadlech s pevnými křídly letadlo nejenže pomáhá pohánět, ale nese jej i nad povrchem Země. Bezmotorová letadla (kluzáky,větroně a padáky) využívají všech vlastností vzduchu pro svůj přesně definovaný pohyb.

Vzduch klade všem dopravním prostředkům (s výjimkou kosmických lodí a ponorek) přirozený odpor, který stoupá úměrně s druhou mocninou jejich rychlosti. Vozidla tento odpor překonávají zvýšeným výkonem pohonného systému a čelí mu konstrukčním uspořádáním resp. svými aerodynamickými tvary. Zajímavý efekt lze dobře pozorovat kupř. u kolejových vozidel v tunelech (třeba v metru), kde se vozidlo v tunelu chová jako volný píst a vzduch před sebou tlačí tunelem dopředu.

Tělesa, která se velmi rychle pohybují v atmosféře (kupř. granáty, rakety, střely), bývají z důvodů stabilizace dráhy letu vzduchem udržována v přímém směru prostřednictvím setrvačného efektu.

Reference

  1. HAŠEK, Pavel. Tabulky pro tepelnou techniku. Ostrava: [s.n.], 1980. Dostupné online. 
  2. IBLER, Zbyněk et al. 2002, str. 70.

Literatura

Externí odkazy

Média použitá na této stránce

A strange fog at the beaches (201998824).jpg
Autor: Laurence Cymet, Licence: CC BY 2.0
Due to a combination of heat and humidity and a very quick downpour, a strange thick fog rolled into the Toronto Beaches. You could barely see through it and it was about 10 degrees cooler than the air.