Powietrze otacza nas wszędzie. Jest to mieszanina gazów niezbędna do życia. Poznaj jego kluczowe właściwości i różnorodne zastosowania. Dowiedz się, co sprawia, że powietrze jest tak wyjątkowe.
Czym jest powietrze?
Powietrze to jednorodna mieszanina gazów. Jest bezbarwne i bezwonne. Powietrze jest mało rozpuszczalne w wodzie. Składa się z wielu różnych cząsteczek. Jest istotnym elementem środowiska Ziemi.
Powietrze jest niewidzialne dla naszych oczu. Można jednak udowodnić jego istnienie. Proste doświadczenia to pokazują. W szklance pozornie pustej jest powietrze. W strzykawce z odciągniętym tłokiem też jest powietrze.
Czy w pustej szklance jest powietrze?
Tak, w „pustej” szklance zawsze znajduje się powietrze. Można to sprawdzić, zanurzając szklankę do góry dnem w wodzie. Woda nie wypełni całej szklanki, ponieważ powietrze zajmuje miejsce.
Skład chemiczny powietrza
Powietrze to głównie azot i tlen. Azot stanowi około 78% objętości powietrza. Tlen zajmuje około 21% objętości.
Prawie cała atmosfera składa się z pięciu gazów. Są to: azot, tlen, para wodna, argon i dwutlenek węgla. Te gazy stanowią około 99% składu powietrza. Argon stanowi około 0,934% objętości. Dwutlenek węgla to około 0,04%.
| Gaz | Symbol | Procent objętościowy |
|---|---|---|
| Azot | N2 | 78,084% |
| Tlen | O2 | 20,9476% |
| Argon | Ar | 0,934% |
| Dwutlenek węgla | CO2 | 0,04% |
Powietrze zawiera też gazy śladowe. Należą do nich neon, metan i hel. Jest tam również krypton, wodór i ksenon. Ozon także występuje w małych ilościach. Dwutlenek azotu i jod są gazami śladowymi. Tlenek węgla i amoniak występują śladowo.
Para wodna to zmienny składnik powietrza. Jej stężenie waha się od 0% do 4%. Średnie stężenie wynosi około 0,25% masy atmosfery. Ilość pary wodnej zależy od temperatury i wilgotności.
Historia badania składu powietrza
Pierwsze analizy składu powietrza przeprowadził Antoine Lavoisier. Było to w 1779 roku. Nazwisko Lavoisiera widnieje na wieży Eiffla. Jego praca była przełomowa. Ustalił udział tlenu w powietrzu.
Karol Olszewski i Zygmunt Wróblewski dokonali ważnego odkrycia. Jako pierwsi skroplili powietrze. To wydarzenie miało miejsce w Krakowie. Skroplone powietrze ma bladoniebieską barwę.
Właściwości fizyczne powietrza
Powietrze ma określoną gęstość i ciśnienie. Gęstość powietrza zależy od ciśnienia i temperatury. Zależy też od jego składu. Na poziomie morza, przy 10°C, gęstość wynosi około 1,25 kg/m³. Na poziomie morza, przy standardowej temperaturze, gęstość wynosi około 1,225 kg/m³.
Gęstość powietrza maleje wraz ze wzrostem wysokości. Maleje też wraz ze wzrostem temperatury. Średnie ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza to około 1013,25 hPa. Ciśnienie maleje wraz z wysokością.
Ciepłe powietrze jest lżejsze od chłodnego. Dlatego unosi się ku górze. Zimne powietrze opada w dół. Ten ruch powietrza wpływa na pogodę. Można to zaobserwować w prostych doświadczeniach.
Dlaczego ciepłe powietrze się unosi?
Ciepłe powietrze ma mniejszą gęstość niż zimne powietrze. Mniej gęste substancje unoszą się nad bardziej gęstymi. Dlatego ciepłe powietrze unosi się w górę, a zimne opada.
Znaczenie i zastosowania powietrza
Powietrze jest niezbędne dla życia. Ludzie i zwierzęta potrzebują tlenu do oddychania. Rośliny wykorzystują dwutlenek węgla w procesie fotosyntezy. Bez powietrza życie na Ziemi nie byłoby możliwe.
Człowiek w spoczynku zużywa 5-7 litrów powietrza na minutę. Podczas biegu zużywa około 50 litrów na minutę. Ludzie mogą przeżyć tylko kilka minut bez tlenu. Powietrze odgrywa kluczową rolę w procesach naturalnych. Wpływa na pogodę i klimat.
Powietrze ma wiele zastosowań w technologii. Jest kluczowe w silnikach spalinowych. Tlen z powietrza jest potrzebny do spalania paliwa. Do spalenia 1 litra benzyny potrzeba 11 kg powietrza. To około 9500 litrów objętości.
Systemy wentylacji i klimatyzacji wykorzystują powietrze. Zapewniają komfort w budynkach. Turbiny wiatrowe przetwarzają energię kinetyczną wiatru. Wiatr to poruszające się powietrze. Respiratory i aparaty nurkowe dostarczają powietrze. Są kluczowe w medycynie i pod wodą.
Zjawiska optyczne w atmosferze
Atmosfera Ziemi tworzy fascynujące zjawiska optyczne. Powstają one przez oddziaływanie światła z materią. Światło odbija się, załamuje lub rozprasza. Te efekty są widoczne na niebie. Zjawiska optyczne w atmosferze są związane z przechodzeniem światła przez powietrze.
Najczęściej spotykane zjawiska to tęcza i halo. Tęcza powstaje przez rozszczepienie światła w kroplach wody. Halo to jasny krąg wokół Słońca lub Księżyca. Tworzą go kryształki lodu w chmurach. Słońce poboczne to złudzenie wielu słońc. Pojawia się 22 stopnie od Słońca.
Gloria to barwne pierścienie wokół cienia obserwatora. Miraż powstaje przez różne załamanie światła. Zorza polarna to spektakularne światła na niebie. Występuje w górnej atmosferze blisko biegunów. Jest widoczna na wysokich szerokościach geograficznych.
Słup słoneczny to kolumna światła. Powstaje przez odbicie światła od kryształów lodu. Obłoki iryzujące mają perłowe barwy. Tworzą je małe kropelki wody lub lodu w chmurach. Cień Ziemi rzucany jest na atmosferę. Pas Wenus jest widoczny nad cieniem Ziemi o zmierzchu. Ognie świętego Elma to wyładowania elektryczne. Występują podczas burzy.
Jakość powietrza i monitoring
Jakość powietrza jest globalnym problemem. Zanieczyszczenie powietrza wpływa na zdrowie. Może powodować choroby układu oddechowego. W 2014 roku 92% ludzi oddychało złym powietrzem. Nie spełniało norm WHO. Zanieczyszczenie różni się geograficznie.
Wielki smog londyński był tragicznym wydarzeniem. Trwał od 5 do 9 grudnia 1952 roku. Spowodował śmierć około 12 tysięcy osób. Pokazał skalę zagrożenia. Dziś monitorowanie jakości powietrza jest kluczowe.
Firmy takie jak Airly zajmują się monitoringiem. Airly gromadzi dane z ponad 4500 czujników. Działają one w 40 krajach. Dostarczają raporty o stanie powietrza. Raport #OddychajPolsko analizuje wpływ smogu na zdrowie. Uwzględnia też wpływ COVID-19.
Istnieją technologie monitorowania powietrza. Sensory jakości powietrza to podstawa. API i aplikacje mobilne udostępniają dane. Międzynarodowy Dzień Czystego Powietrza obchodzimy 7 września. Ustanowiła go Organizacja Narodów Zjednoczonych. Ma zwiększyć świadomość społeczeństwa.
- Dbać o czystość powietrza.
- Zapobiegać zanieczyszczeniom.
- Obserwuj uważnie niebo.
- Zapisuj datę i lokalizację obserwacji zjawisk.
- Użyj lornetki do lepszej obserwacji.
- Wschód i zachód słońca to dobre pory na obserwacje.
Ciekawostki o powietrzu
Powietrze kryje wiele zaskakujących faktów. W jednym litrze powietrza jest około 10^22 cząsteczek. To ogromna liczba. Powietrze można skroplić. Przyjmuje wtedy bladoniebieską barwę.
Najczystsze powietrze na Ziemi jest w Islandii. Nowa Zelandia, Brunei i Szwecja też mają czyste powietrze. Najbardziej zanieczyszczone powietrze jest w Arabii Saudyjskiej. Podobnie w Katarze i Egipcie.
Kanadyjczycy z Edmonton wpadli na nietypowy pomysł. Zaczęli sprzedawać powietrze w puszkach. Projekt Vitality Air był skierowany do Chińczyków. W Polsce pobiera się opłatę klimatyczną. To rodzaj podatku od powietrza w uzdrowiskach.
Jakie są szanse, że przez nasze płuca przejdą te same święte atomy tlenu, które zwiedzały niegdyś płuca Jezusa.
Skład powietrza zmienia się stale. Jednak w bardzo podobnych granicach. Zmiany te są niewielkie od tysięcy lat. W dzień rośliny pobierają CO2. Wydalają tlen. W nocy jest odwrotnie. Pobierają tlen i wydalają CO2.
Pierwszy lot balonem na gorące powietrze odbył się w 1783 roku. Miał miejsce we Francji. Samoloty latają dzięki różnicy ciśnienia powietrza. Warstwa ozonowa chroni nas przed UV. Znajduje się w stratosferze.
Czy powietrze można kupić?
Tak, choć brzmi to niezwykle, kanadyjska firma Vitality Air sprzedawała powietrze w puszkach, głównie na rynek chiński. W Polsce istnieje też tzw. opłata klimatyczna, która jest formą podatku związanego z korzystaniem z walorów środowiskowych, w tym czystego powietrza, w niektórych miejscowościach.
Podsumowanie
Powietrze jest złożoną mieszaniną gazów. Jest kluczowe dla życia i środowiska. Jego skład i właściwości wpływają na wiele procesów. Od oddychania po zjawiska optyczne. Dbanie o jakość powietrza jest bardzo ważne. Wpływa bezpośrednio na nasze zdrowie.
Zobacz także: