Vzduch
Vzduch je směs plynů tvořící plynný obal Země – atmosféru – 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 vody v ovzduší. 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
editovatČistý vzduch v nižších vrstvách je homogenní směsí těchto plynů (nejsou uvedeny proměnlivé složky, především vodní pára, jejíž koncentrace se ve vzduchu podstatně mění):[1]
| plyn | objem [%] | hmotnost [%] |
|---|---|---|
| dusík | 78,084 | 75,518 |
| kyslík | 20,946 | 23,135 |
| argon | 0,93 | 1,288 |
| oxid uhličitý | 0,0407 (407 ppm) | 0,059 |
| neon | 0,0018 (18,18 ppm) | 0,0012 |
| helium | 0,000524 (5,24 ppm) | 0,000072 |
| metan | 0,0002 (2 ppm) | 0,0001 |
| krypton | 0,000114 (1,14 ppm) | 0,0003 |
| vodík | 0,00005 (0,5 ppm) | 0,000001 |
| xenon | 0,0000087 (87 ppb) | 0,00004 |
Fyzikální vlastnosti vzduchu při 0 °C a 101 325 Pa
| Vlastnost | Symbol | Jednotka | Hodnota |
|---|---|---|---|
| Molární hmotnost | Mm | g/mol | 28,96 |
| Molární objem | Vm | dm³/mol | 22,40 |
| Plynová konstanta | r | J/kg/K[2] | 287,10 |
| Hustota | ρ0 | kg/m³ | 1,29 |
| Měrná tepelná kapacita (0 °C) | c | kJ/kg/K | 1,01 |
| Izoentropický exponent | κ | [-] | 1,40 |
| Teplota tání | tt | °C | -213,4 |
| Teplota varu | tv | °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
editovatKapalný 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
editovatV 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
editovatVzduchem 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
editovat- ↑ HAŠEK, Pavel. Tabulky pro tepelnou techniku. Ostrava: [s.n.], 1980. Dostupné online.
- ↑ IBLER, Zbyněk et al. 2002, str. 70.
Literatura
editovat- IBLER, Zbyněk a kol. Technický průvodce Energetika. Praha : BEN - technická literatura, 2002. ISBN 80-7300-026-1
Externí odkazy
editovatObrázky, zvuky či videa k tématu vzduch na Wikimedia Commons
Téma Vzduch ve Wikicitátech
Slovníkové heslo vzduch ve Wikislovníku