Powietrze

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].

Ten artykuł dotyczy mieszaniny gazów. Zobacz też: inne znaczenia.

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

Właściwości fizyczne powietrza

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 około 1,2 kg/m³. Temperatura topnienia zestalonego powietrza wynosi około −213 °C, a temperatura wrzenia około −191 °C.

Skład powietrza

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	9340
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 (patrz: dwutlenek węgla w atmosferze Ziemi). Jest monitorowana m.in. przez Mauna Loa Observatory(inne języki)^[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)

• tlenek diazotu – 0,3 ppm
• ozon – zmiennie do 0,07 ppm
• dwutlenek siarki – silnie zmienny, zależny od zanieczyszczeń przemysłowych

Zawiesiny

• składniki mineralne: pył, sadza
• składniki organiczne: drobnoustroje, zarodniki roślin

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

Wilgotność

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 technice

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 też

Zobacz hasło powietrze w Wikisłowniku

Zobacz kolekcję cytatów o powietrzu w Wikicytatach

Zobacz multimedia związane z tematem: Powietrze

• żywioły
• ciśnienie atmosferyczne