Кт в воздухе от температуры

СсылкиПравить

Воздух состоит из большого количества разных газов. При этом кислород занимает около 21% по объему, а 78% приходится на азот. Остальные компоненты по мере снижения объема – аргон, углекислый газ, неон и др. Если взять отдельные небольшие территории, то можно заметить, что где-то дышать труднее, где-то легче. Например, в пределах большого города выше уровень углекислого газа из-за производств, множества транспортных средств и т.д. В лесу, наоборот, высокая интенсивность кислорода, а CO₂ меньше. Однако в целом объем кислорода в атмосфере всегда остается стабильным в пределах 21%, поскольку происходит постоянное и равномерное смешивание всех газов.

Интересное видео об атмосфере Земли

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Откуда берется кислород?

Еще со школьной скамьи наверняка каждый знает о том, что кислород поступает в атмосферу благодаря непрекращающейся работе растений. Поэтому постоянно актуальной является проблема уничтожения лесов и их восстановление. При этом потребность в кислороде с каждым годом возрастает.

Кислород вырабатывается растениями в результате сложного химического процесса – фотосинтеза. В ходе него энергия солнечного света преобразуется в химическую энергию. Растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород, который в данной реакции является побочным продуктом, а также органические вещества. Учеными подсчитано, что зеленые растения выделяют около 6 тонн кислорода на каждую тонну, которая требуется для их дыхания.

Это, безусловно, существенные показатели, но стоит знать, что кислород, выделенный наземными растениями, составляет лишь 20% от общего его количества. Поступление остальных 80% кислорода обеспечивается морскими и океаническими водорослями, которые имеют общее название – фитопланктон. По этой причине океан неофициально называют «легкими» нашей планеты.

Фитопланктон в Чёрном море. Май 2004 года

Реакция фотосинтеза протекает преимущественно в сине-зеленых водорослях. В упрощенной схеме данной реакции это выглядит следующим образом. Углекислый газ сочетается с водой и в результате получается два вещества – глюкоза и кислород. Последний, к слову, фитопланктон расценивает как ненужный, поэтому излишки кислорода выделяются в воду, а потом в атмосферу. Водорослям при этом требуется энергия для осуществления реакции. Они получают ее из солнечного света, который попадает в воду.

Интересный факт: почему именно растения (наземные и подводные) производят кислород? Потому что в них есть специальный пигмент – хлорофилл, при участии которого осуществляется фотосинтез. И именно благодаря данному пигменту растения окрашены в зеленый цвет.

Состав атмосферы Земли

Земная атмосфера — смесь многих газов. Основную ее часть составляет азот — 77 процентов, старый добрый кислород добавляет еще 21 процент, оставшиеся 2 процента состоят из смеси следов газов — аргона, двуокиси углерода, гелия, неона, криптона, ксенона, закиси азота, угарного газа и других. В атмосфере также содержится водяной пар в различных концентрациях. Наш любимый газ — кислород, так как мы живем благодаря этому газу.

Недоношенных детей, легкие которых недостаточно развиты, иногда помещают в кислородные емкости, в которых ребенок дышит смесью с повышенным содержанием кислорода.

Вместо обычного 21 процента концентрация кислорода в такой емкости достигает 30 – 40 процентов. Если у ребенка тяжелые расстройства дыхания, то он дышит чистым кислородом во избежание повреждения клеток головного мозга.

Интересный факт: большой избыток кислорода во вдыхаемой газовой смеси так же опасен, как и его дефицит.

Медицинские дыхательные газовые смесиПравить

Использование в медицине дыхательных газовых смесей, отличающихся от воздуха, включает в себя кислородную терапию и анестезию.

Определение и медицинское использование

Испаритель содержит жидкий анестетик и превращает его в газ для ингаляции (в данном случае севофлуран)

Бутылки с севофлураном, изофлураном, энфлураном и десфлураном, распространенными анестетиками на основе фторированного эфира, используемыми в клинической практике. Эти вещества имеют цветовую маркировку в целях безопасности. Обратите внимание на специальный фитинг для десфлурана, который кипит при комнатной температуре.

Ингаляционный анестетик — это химическое соединение, обладающее общими анестезирующими свойствами, которое может быть введено путем ингаляции. Вещества, представляющие значительный современный клинический интерес, включают летучие анестетики, такие как изофлуран, севофлуран и десфлуран, и анестезирующие газы, такие как закись азота и ксенон.

Анестезирующие газы вводятся анестезиологами (термин, который включает анестезиологов, медсестер-анестезиологов и ассистентов анестезиолога) через анестезиологическую маску, дыхательные пути гортанной маски или трахеальную трубку, подключенную к испарителю анестетика и наркозному аппарату.
Аппарат для анестезии или наркозный аппарат или аппарат Бойля используются для поддержки введения анестезии. Наиболее распространенным типом анестезиологической машины, используемой в развитых странах, является анестезиологическая машина непрерывного действия, которая предназначена для обеспечения точной и непрерывной подачи медицинских газов (таких как кислород и закись азота), смешанных с точной концентрацией паров анестетика (например, изофлуран), и доставки их пациенту при безопасном давлении и потоке. Современные аппараты включают в себя аппараты искусственной вентиляции лёгких, отсасывающее устройство и устройства для наблюдения за пациентом. Выдыхаемый газ пропускается через скруббер для удаления углекислого газа, а пары анестетика и кислород пополняются по мере необходимости, прежде чем смесь будет возвращена пациенту.

Химический составПравить

Состав земной атмосферы по объёму, за исключением водяного пара.

Состав воздуха может меняться в небольших пределах: в крупных городах содержание углекислого газа немного выше, чем в лесах; в высокогорье и на больших высотах концентрация кислорода немного ниже вследствие того, что молекулы кислорода тяжелее молекул азота и потому концентрация кислорода с высотой уменьшается быстрее.

Существенное влияние на концентрацию газов в воздухе оказывает водяной пар, концентрация которого зависит от температуры, влажности, времени года, климата. Так, при температуре 0 °C воздуха может содержать максимально 5 граммов воды, а при температуре +10 °C — уже 10 граммов.

1 Состав и строение атмосферы

Атмосфера сложна, но у земной поверхности ее состояние, формирующее земную погоду, характеризуется метеорологическими величинами: атмосферное давление, температура и влажность воздуха, облачность и т.д.

– газовая оболочка Земли, вертикальное строение которой очень сложное и различается в соответствии с изменением по высоте температуры воздуха, газового состава или с изменением влияния воздуха на летающие аппараты и на организм человека.

Основные газы атмосферы и их процентное содержание по объему

Кроме газов, находящихся в постоянном соотношении по объему и весу в атмосфере есть примесные газы, содержание которых в атмосфере значительно меняется во времени и в пространстве. Наиболее важным для формирования земной погоды является водяной пар. Кроме того, под влиянием солнечной радиации, радиоактивных веществ, находящихся в земле и в атмосфере, газы ионизируются, формируя в воздухе меняющуюся концентрацию положительных и отрицательных ионов. Двигаясь в атмосфере, они создают электрическое поле атмосферы. Кроме газов в атмосфере взвешены жидкие и твердые частицы – аэрозоли. Аэрозоли бывают естественного (пожары, вулканическая деятельность и т.д.) и антропогенного происхождения. Большое количество аэрозолей влияет и на наше здоровье и на потоки солнечной радиации, приходящей к земной поверхности, т.е. на земную погоду.

Особое значение для нашей жизни имеет атмосферный кислород – он во многом является фактором, значительно влияющим на наше здоровье. Весовое содержание кислорода в единице объема можно вычислить по простой формуле:

Где R – удельная газовая постоянная для атмосферного воздуха, Р – атмосферное давление, е – парциальное давление водяного пара, Т – температура воздуха.

Весовое содержание кислорода в атмосфере зависит и от погоды, как видно из формулы – зависит от атмосферного давления, влажности и температуры воздуха. Может быть, одна из причин влияния погоды на наше здоровье – это изменчивость зависящего от метеорологических факторов содержания кислорода в воздухе. Поэтому на курортах для улучшения здоровья рекомендуют кислородные коктейли.

Комплексные исследования по биометеорологии и биоклиматологии показывают, что для полноты описания атмосферной среды, непосредственно влияющей на человеческий организм, необходимо учитывать все метеорологические факторы. Температуру воздуха, влажность, давление, скорость ветра, потоки солнечной радиации (включая спектральное распределение энергии), длинноволновую солнечную радиацию, осадки (тип и интенсивность), состав воздуха, атмосферное электричество, атмосферную радиоактивность, дозвуковой шум. Таким образом, все факторы составляющие характеристику состояния атмосферы могут вызвать метеопатические реакции.

Прямое воздействие этих элементов может быть мгновенным, т. е. вызываться преобладающей погодой, а может зависеть и от последовательности событий, т. е. от синоптической обстановки. Эффекты могут быть суммарными и возникать в результате длительного воздействия различных условий. В зависимости от продолжительности их можно рассматривать как погодные или климатические, хотя такое подразделение до некоторой степени условно.

Рассмотрим некоторые из перечисленных факторов, влияние которых установлено исследователями, занимающимися проблемой воздействия атмосферы на человека.

Кислород зимой

В зимний период кислорода в воздухе действительно становится меньше на 0,01%. Однако процент его снижения настолько мал, что для людей и прочих живых организмов эти изменения остаются незамеченными, а потому и вполне безопасными. Зимой лиственные растения, конечно, прекращают принимать участие в процессе вырабатывания кислорода, но все еще остаются хвойные, а также фитопланктон, которым минусовые температуры не страшны.

Каким же образом ученые измеряют уровень кислорода. Активно заниматься этими исследованиями начали в 90-х годах. Для этого используют метеостанции, установленные в разных уголках планеты для чистоты эксперимента. На метеостанциях регулярно проводят забор воздуха, а затем полученные образцы сравнивают с контрольными. Отслеживают изменения не только кислорода, но и азота.

Данные эксперименты дают четкие результаты. Установлено, что в Северном полушарии Земли колебания кислорода более заметны, чем в Южном. Зимой объем кислорода здесь снижается на 24 части на миллион, а поскольку общее его количество составляет около 210000 на миллион, то колебания действительно несущественны.

Зимой кислорода в воздухе действительно становится меньше. Он поступает в атмосферу благодаря растениям. Листья зимой опадают, поэтому при наступлении холодов снижается объем кислорода в воздухе. Тем не менее, остаются хвойные растения, а большая часть кислорода (80%) поступает из подводных растений – фитопланктона. Таким образом, снижение объема кислорода зимой незначительно – всего 0,01%. Для всех живых организмов эти колебания незаметны и безопасны.

Физические свойстваПравить

См. также Жидкий воздух

Другие свойства атмосферы и воздействие на человеческий организмПравить

Уже на высоте 5 км над уровнем моря у нетренированного человека появляется кислородное голодание и без адаптации работоспособность человека значительно снижается. Здесь кончается физиологическая зона атмосферы. Дыхание человека становится невозможным на высоте 9 км, хотя примерно до 115 км атмосфера содержит кислород.

Атмосфера снабжает нас необходимым для дыхания кислородом. Однако вследствие падения общего давления атмосферы по мере подъёма на высоту соответственно снижается и парциальное давление кислорода.

В лёгких человека постоянно содержится около 3 л альвеолярного воздуха. Парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе при нормальном атмосферном давлении составляет 110 мм рт. ст., давление углекислого газа — 40 мм рт. ст., а паров воды — 47 мм рт. ст. С увеличением высоты давление кислорода падает, а суммарное давление паров воды и углекислоты в лёгких остаётся почти постоянным — около 87 мм рт. ст. Поступление кислорода в лёгкие полностью прекратится, когда давление окружающего воздуха станет равным этой величине.

С точки зрения физиологии человека «космос» начинается уже на высоте около 19—20 км. На этой высоте давление атмосферы снижается до 47 мм рт. ст. и температура кипения воды равна температуре тела — 36,6 °C, что приводит к кипению воды и межтканевой жидкости в организме человека. Вне герметичной кабины на этих высотах смерть наступает почти мгновенно.

Плотные слои воздуха — тропосфера и стратосфера — защищают нас от поражающего действия радиации. При достаточном разрежении воздуха, на высотах более 36 км, интенсивное действие на организм оказывает ионизирующая радиация — первичные космические лучи; на высотах более 40 км действует опасная для человека ультрафиолетовая часть солнечного спектра.

По мере подъёма на всё большую высоту над поверхностью Земли постепенно ослабляются, а затем и полностью исчезают такие привычные для нас явления, наблюдаемые в нижних слоях атмосферы, как распространение звука, возникновение аэродинамической подъёмной силы и сопротивления, передача тепла конвекцией и другие.

В разрежённых слоях воздуха распространение звука оказывается невозможным. До высот 60—90 км ещё возможно использование сопротивления и подъёмной силы воздуха для управляемого аэродинамического полёта. Но начиная с высот 100—130 км, знакомые каждому лётчику понятия числа М и звукового барьера теряют свой смысл: там проходит условная линия Кармана, за которой начинается область чисто баллистического полёта, управлять которым можно, лишь используя реактивные силы.

На высотах выше 100 км атмосфера лишена и другого замечательного свойства — способности поглощать, проводить и передавать тепловую энергию путём конвекции (то есть с помощью перемешивания воздуха). Это значит, что различные элементы оборудования, аппаратуры орбитальной космической станции не смогут охлаждаться снаружи так, как это делается обычно на самолёте, — с помощью воздушных струй и воздушных радиаторов. На такой высоте, как и вообще в космосе, единственным способом передачи тепла является тепловое излучение.

Воздух в философииПравить

В философии Эмпедокла воздух (аэр) — это одна из четырёх стихий космоса, наряду с огнём, землёй и водой. В философии Аристотеля воздух относится к подлунным лёгким элементам.

Суммарная масса воздуха в атмосфере — (5,1—5,3)⋅1018 кг. Из них масса сухого воздуха составляет (5,1352 ± 0,0003)⋅1018 кг, общая масса водяных паров в среднем равна 1,27⋅1016 кг.

Молярная масса чистого сухого воздуха составляет 28,966 г/моль, плотность воздуха у поверхности моря приблизительно равна . Давление при 0 °C на уровне моря составляет 101,325 кПа; критическая температура — −140,7 °C (~ 132,4 К); критическое давление — 3,7 МПа;   при 0 °C — 1,0048⋅103 Дж/(кг·К),   — 0,7159⋅103 Дж/(кг·К) (при 0 °C). Растворимость воздуха в воде (по массе) при 0 °C — 0,0036 %, при 25 °C — 0,0023 %.

За «нормальные условия» у поверхности Земли приняты: плотность 1,225 кг/м3, барометрическое давление 101,325 кПа, температура +15 °C, влажность 0 %. Эти условные показатели имеют чисто инженерное значение.

Уровень кислорода

Нет, однако, никаких гарантий, что уровень кислорода останется на века таким же, как сейчас. Возрастает количество выбрасываемой в атмосферу двуокиси углерода. Источником ее является ископаемое жидкое топливо, например бензин, мазут, при сгорании которых образуется углекислый азот. В то же время леса, зеленые легкие Земли, уничтожаются все возрастающими темпами. За одну минуту вырубается несколько гектаров леса. Такое сочетание предопределяет уменьшение содержания кислорода в атмосфере, и ученые ломают голову над тем, как сократить наносимый ей ущерб.

Дневное и ночное состояние атмосферы Земли

Пограничный слой атмосферы

Нижний слой тропосферы (1—2 км толщиной), в котором состояние и свойства поверхности Земли непосредственно влияют на динамику атмосферы.

Её верхняя граница находится на высоте 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом.
Нижний, основной слой атмосферы содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны. Температура убывает с ростом высоты со средним вертикальным градиентом 0,65°/100 метров.

Переходный слой от тропосферы к стратосфере, слой атмосферы, в котором прекращается снижение температуры воздуха с возрастанием высоты.

Слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25—40 км от −56,5 до +0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой. В середине XIX века полагали, что на высоте 12 км (6 тыс. туазов) заканчивается атмосфера Земли (Пять недель на воздушном шаре, 13 гл). В стратосфере располагается озоновый слой, который защищает Землю от ультрафиолетового излучения.

Пограничный слой атмосферы между стратосферой и мезосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место максимум (около 0 °C).

Мезосфера начинается на высоте 50-55 км и простирается до 80-100 км, точная высота границ мезосферы зависит от широты и времени года. Температура с высотой понижается со средним вертикальным градиентом (0,25—0,3)°/100 м. Основным энергетическим процессом является лучистый теплообмен. Сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов, колебательно возбуждённых молекул и так далее, обусловливают свечение атмосферы.

Переходный слой между мезосферой и термосферой. В вертикальном распределении температуры имеет место минимум (около −90 °C).

Область атмосферы, прилегающая сверху к термосфере. В этой области поглощение солнечного излучения незначительно и температура практически не меняется с высотой.

Экзосфера (сфера рассеяния)

Атмосферные слои до высоты 120 км

До высоты 100 км атмосфера представляет собой гомогенную хорошо перемешанную смесь газов. В более высоких слоях распределение газов по высоте зависит от их молекулярных масс, концентрация более тяжёлых газов убывает быстрее по мере удаления от поверхности Земли. Вследствие уменьшения плотности газов температура понижается от 0 °C в стратосфере до минус 110 °C в мезосфере. Однако кинетическая энергия отдельных частиц на высотах 200—250 км соответствует температуре ~ 150 °C. Выше 200 км наблюдаются значительные флуктуации температуры и плотности газов во времени и пространстве.

На высоте около 2000—3500 км экзосфера постепенно переходит в так называемый ближнекосмический вакуум, который заполнен редкими частицами межпланетного газа, главным образом атомами водорода. Но этот газ представляет собой лишь часть межпланетного вещества. Другую часть составляют пылевидные частицы кометного и метеорного происхождения. Кроме чрезвычайно разрежённых пылевидных частиц, в это пространство проникает электромагнитная и корпускулярная радиация солнечного и галактического происхождения.

На долю тропосферы приходится около 80 % массы атмосферы, на долю стратосферы — около 20 %; масса мезосферы — не более 0,3 %, термосферы — менее 0,05 % от общей массы атмосферы.

На основании электрических свойств в атмосфере выделяют нейтросферу и ионосферу.

В зависимости от состава газа в атмосфере выделяют гомосферу и гетеросферу. Гетеросфера — это область, где гравитация оказывает влияние на разделение газов, так как их перемешивание на такой высоте незначительно. Отсюда следует переменный состав гетеросферы. Ниже её лежит хорошо перемешанная, однородная по составу часть атмосферы, называемая гомосфера. Граница между этими слоями называется турбопаузой, она лежит на высоте около 120 км.

Опасность избытка кислорода и окисление

Избыток кислорода так же опасен, как и его недостаток. Большое количество кислорода в газовой смеси и большая концентрация его в крови могут разрушить клетки тканей глаз ребенка и стать причиной потери зрения. Этот факт подчеркивает двойственную природу кислорода. Чтобы жить, мы должны вдыхать кислород, но и сам кислород — яд для живых организмов. Когда кислород воздуха взаимодействует с другими элементами, такими, как водород и углерод, происходит реакция, называемая окислением. Окисление разрушает органические молекулы, которые составляют основу жизни. При обычной температуре кислород медленно реагирует с другими элементами, и выделяющееся при этом тепло столь незначительно, что мы его не ощущаем.

Температура и окисление

Однако реакции окисления стремительно ускоряются при повышении температуры. Чиркните спичкой о коробок. Трение между спичечной головкой и абразивной полоской на коробке нагревает головку спички. Реакция окисления в этом случае протекает быстро, и спичка стремительно вспыхивает пламенем. Вы видите свет и ощущаете тепло, выделившееся в ходе реакции окисления. В наших организмах окисление протекает не столь драматично. Красные кровяные клетки поглощают кислород из воздуха в легких и разносят его по всему организму. Кислород в живых клетках в строго контролируемых условиях намного медленнее и не так жарко, как в случае сгоревшей спички, окисляет пищу, которую мы едим. При таком окислении пища расщепляется, в результате освобождается энергия, и образуются вода и углекислый газ. Углекислый газ с кровью приносится в легкие и из них улетучивается в атмосферу с выдыхаемым воздухом.

Слои атмосферы Земли

Интересный факт: страницы книг желтеют, потому что они окисляются, то есть медленно сгорают.

Дышать достаточным количеством кислорода — безусловная жизненная необходимость. Огонь можно загасить толстым одеялом, перекрыв доступ кислорода к огню. Мы можем задохнуться, если по какой – то причине не будем вдыхать кислород больше пяти минут. Идеальный уровень кислорода во вдыхаемой газовой смеси — 21 процент, то есть тот, который мы имеем в атмосфере. Но даже и тогда кислород часто обнаруживает свой свирепый нрав. Например, сухая трава может вспыхнуть от одной искры. Равновесие кислорода и других газов поддерживается в природе жизненными циклами растений и животных. Животные при дыхании выдыхают углекислый газ, а растения поглощают его и взамен выделяют кислород.

Граница атмосферыПравить

Атмосфера Земли (снимок с МКС, 2006). На больших высотах атмосфера становится очень разрежённой, так что её присутствием можно пренебречь.

Гипобарические дыхательные газовые смесиПравить

Дыхательные газовые смеси для использования при пониженном давлении окружающей среды используются для полетов на большой высоте в негерметичных самолётах, в космических полётах, особенно в скафандрах и для альпинизма на большой высоте. Во всех этих случаях главное внимание уделяется обеспечению адекватного парциального давления кислорода. В некоторых случаях в дыхательную газовую смесь добавляется кислород для достижения достаточной концентрации, а в других случаях дыхательная газовая смесь может состоять целиком из чистого или почти чистого кислорода. Системы замкнутого контура могут использоваться для экономии дыхательной газовой смеси, которая может быть в ограниченном количестве — в случае альпинизма пользователь должен иметь при себе дополнительный кислород, а в космическом полёте стоимость подъёма массы на орбиту очень высока.

• Почему динозавры были такими большими? // 17 декабря 2013, Центр ФОБОС
• Интерактивная карта состояния атмосферы (англ.)

• Gribbin, John. Science. A History (1543-2001). — L.: Penguin Books, 2003. — 648 с. — ISBN 978-0-140-29741-6.
• В.Г. Фастовский, А.Е. Ровинский, Ю.В. Петровский. Инертные газы. Изд. 2. — Москва: Атомиздат, 1972. — С. 6. — 352 с.
• // Физическая энциклопедия / под. ред. А. М. Прохорова. — М.: «Советская энциклопедия», 1988. — Т. 4.
• Ковальчук Т. Ю. Структура художественного пространства в лирике Д. С. Мережковского 1880—1900-х годов Архивная копия от 18 января 2015 на Wayback Machine // Вестник Челябинского государственного университета. Филология. Искусствоведение. — Вып. 49.— 2010. — № 34 (215). — С. 58.
• Энциклопедия символов, знаков, эмблем. / авт.-сост. В. Андреева и др. — М. : МИФ : АСТ, 2001. — С. 96—97.
• // Символы, знаки, эмблемы: Энциклопедия / авт.-сост. В. Э. Багдасарян, И. Б. Орлов, В. Л. Телицын; под общ. ред. В. Л. Телицына. — 2-е изд. — М.: ЛОКИД-ПРЕСС, 2005. — 495 с.