Что такое разреженный воздух? Его свойства и принципы

Плотность воздуха неодинакова. Там, где она меньше, воздух разреженный. Давайте узнаем, что значит разреженный воздух и какими особенностями он характеризуется.

Газовая оболочка Земли

Воздух - неосязаемая, но крайне важная составляющая нашей планеты. Он участвует в процессе обмена энергии, поддерживая все жизненные функции организмов. Он способствует передаче звуков, препятствует переохлаждению Земли и защищает её от чрезмерного влияния солнечной радиации.

Воздух - это внешняя оболочка планеты, называемая атмосферой. Он состоит из множества газов: неона, аргона, водорода, метана, гелия, криптона и т. д. Основная доля приходится на кислород и азот, которые составляют от 98% до 99% воздуха.

Соотношение газов и их количество может изменяться. Так, из-за выхлопов машин и выбросов заводов городской воздух больше насыщен углекислым газом. В лесах, на местности, где нет производств, увеличивается количество кислорода. А вот в районе пастбищ растет доля метана, который выделяют коровы в процессе пищеварения.

Плотность воздуха

На плотность газовой оболочки влияет много факторов, в разных уголках планеты и на разных высотах она отличается. Воздух с небольшой плотностью – это разреженный воздух (от слова «редкий»). Чем он реже, тем дальше его молекулы находятся друг от друга.

Плотность показывает, сколько воздуха находится в одном кубическом метре объема. В качестве стандарта этой величины выбрано значение 1,293 килограмм на кубический метр при нормальных условиях и сухом воздухе.

В физической науке принято различать плотность удельную и массовую. Удельная определяет, сколько весит воздух в одном кубическом метре. Она зависит от географической широты и иннерции от вращения планеты. Массовая определяется исходя из барометрического давления, абсолютной температуры и удельной газовой постоянной.

Главные закономерности возникновения и принципы разреженного воздуха описаны законом Гей-Люссака и Бойля-Мариотта. Согласно им, чем больше температура и ниже давление, тем воздух более редкий. Вместе с этим, важна и его влажность: с её возрастанием плотность уменьшается.

Разреженный воздух и высота

Сила притяжения Земли, как магнит, притягивает все доступные ей тела к себе. Поэтому мы ходим, а не хаотично витаем в пространстве. Поэтому молекул вещества собирается больше именно внизу, а значит, его плотность и давление тоже выше у земной поверхности. Чем дальше от неё, тем эти показатели меньше.

Вы замечали, что с подъемом на большие высоты, например в горах, дышать становится тяжелее? Все из-за того, что там разреженный воздух. С высотой общее содержание кислорода в одном литре воздуха становится меньше. Он не насыщает кровь должным образом, и мы испытываем трудности в дыхании.

Высоты горы Эверест - 8488 метров. На её вершине плотность воздуха составляет треть от стандартной плотности на уровне моря. Заметить изменения человек может уже на высоте от 1500 до 2500 метров. Дальше изменение плотности и давления чувствуется острее и уже представляет потенциальный риск для здоровья.

Наиболее разряженный воздух характерен для экзосферы – внешнего слоя атмосферы. Она начинается с высоты 500-1000 километров над земной поверхностью. Она плавно переходит в открытый космос, где пространство приближено к состоянию вакуума. Давление и плотность газа в космосе очень низкие.

Вертолет и разреженный воздух

От плотности воздуха зависит очень многое. Например, она определяет «потолок» для подъема над земной поверхностью. Для человека он составляет десять тысяч метров. Но чтобы подняться так высоко, необходима длительная подготовка.

У летательных аппаратов тоже есть свой предел. У вертолетов он составляет примерно 6 тысяч метров. Гораздо меньше, чем у самолетов. Все объясняется особенностями конструкции и принципами работы этой «птички».

Подъемную силу вертолет приобретает при помощи винтов. Они вертятся, разделяя воздух на два потока: над ними и под ними. В верхней части воздух движется по направлению винтов, в нижней части – против. Таким образом, плотность под крылом аппарата становится больше, чем над ним. Вертолет словно опирается на воздух под собой и взлетает.

Разреженный воздух не позволяет создать нужного давления. В таких условиях потребуется сильно увеличить мощность двигателя и скорость движения винтов, что не выдержат сами материалы. Как правило, вертолеты летают в более плотном воздухе на высотах 3-4 тысячи метров. Лишь однажды пилот Жан Буле поднял свою машину на 12,5 тысяч метров, правда, при этом загорелся двигатель.