ZŠ VNB I / 07

Lekce I / 07 - Vzduch

Cíl lekce:

Žáci si prohloubí své dosavadní znalosti o složení a vlastnostech vzduchu. Vlastnosti vzduchu si žáci vyzkouší na několika experimentech.

Zeptejte se Vašich dětí:

Co je to atmosféra?
Je ve vesmíru vzduch (myšleno mimo zemskou atmosféru)?
Proč je pro člověka, živočichy a rostliny vzduch důležitý?
Proč je vzduch dále důležitý?
Které dopravní prostředky využívají vzduch?
Kde se využívá stlačeného vzduchu?

Vzduch

Vzduch je směs plynů tvořící plynný obal Země - atmosféru - sahající až do výše asi 10 000 km. Má vliv na všechny chemické proměny jak v nerostné přírodě respektive v neživé přírodě, tak i v živých organismech. Prakticky všechny živé organismy (živá příroda) by bez kyslíku (životně důležitý plyn pro dýchání) z ovzduší nemohly vůbec existovat. Má i své významné fyzikálně chemické vlastnosti, jedná se zejména o transport vody neboli koloběh vody v ovzduší.

Kromě toho tepelná kapacita vzduchu udržuje na Zemi teplotu přijatelnou pro život, jinak by na noční straně naší planety byl mráz několika desítek stupňů, kdežto na denní straně by bylo více než stostupňové horko. Je také důležitou průmyslovou surovinou. Mimo jiné vzduch (resp. kyslík v něm obsažený) také slouží k oxidaci paliva ve všech 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.

Atmosféra

Zemskou atmosféru dělíme na tyto vrstvy:

troposféra
stratosféra
mezosféra
termosféra
exosféra

Složení vzduchu (atmosféry)

Tabulka složení vzduchu od VNB

Graf složení vzduchu od VNB

Vrstvy atmosféry
Obrázek Layers of the atmosphere od The High Fin Sperm Whale (Self-made drawing) [CC-BY-SA-3.0 nebo GFDL], via Wikimedia Commons

Tlak vzduchu

Tlak vzduchu (atmosférický tlak) je síla, která působí v daném místě atmosféry kolmo na libovolně orientovanou plochu jednotkové velikosti (1 m2), je vyvolán tíhou vzduchového sloupce sahajícího od hladiny, ve které se tlak zjišťuje, až k horní hranici atmosféry. Tlak vzduchu se měří v pascalech (Pa) nebo jejich násobcích, např. hektopascalech (1 hPa = 100 Pa). Na velikost atmosférického tlaku má vliv teplota vzduchu, obsah vodní páry v atmosféře, nadmořská výška a zeměpisná šířka. Pro vzájemné porovnávání se používá tlak redukovaný na hladinu moře. Tento tlak je průměrně 1013,25 hPa (tzv. normální atmosférický tlak).

Atmosférický tlak přímo vyplývá z hmotnosti vzduchu. Protože se množství (a hustota) vzduchu nad povrchem země mění podle zeměpisné pozice, není ani atmosférický tlak ve dvou místech stejný. Tíha vzduchového sloupce sahající od hladiny, kde se tlak zjišťuje, až k horní hranici atmosféry se s přibývající nadmořskou výškou této hladiny zmenšuje. Tlak vzduchu tedy s přibývající nadmořskou výškou klesá. Změnu tlaku vzduchu připadající na 100 m výšky udává tzv. vertikální tlakový gradient. Vertikální tlakový gradient s výškou klesá, s přibývající nadmořskou výškou se toto klesání stále zpomaluje. Obecně se dá říct, že tlak klesne přibližně o 50%, když vystoupíme do výšky 5 km nad hladinu oceánu.

Stlačený vzduch

Jednou z typických vlastností vzduchu je jeho stlačitelnost (na rozdíl od vody, která stlačitelná není). V průmyslu se stlačený vzduch používá zejména pro přenos energie pro pneumatické nástroje a zařízení. Příkladem může být pneumatické kladivo či různé balicí stroje. Vzduch pro přenos energie je obvykle stlačen kompresorem, podle potřeby ochlazen, vysušen a zbaven oleje pocházejícího z kompresoru.

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. 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.

Příklady využití stlačeného vzduchu
Obrázky scuba-diving-diver-diving-147683 od OpenClips[Public domain],via Pixabay;
Bridgestone Potenza Formula One Tire od S-8500 (S-8500 file) [GFDL, CC-BY-SA-3.0 nebo CC-BY-SA-2.1-jp], via Wikimedia Commons

Vzduch jako dopravní médium

Vzduchem 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.

Tělesa, která se velmi rychle pohybují v atmosféře (kupř. granáty, rakety, kulky), bývají z důvodů stabilizace dráhy letu vzduchem udržována v přímém směru prostřednictvím setrvačného efektu. Vzduch také slouží k dopravě - buď přímo, např. zemědělský fukar, nebo pro přepravu schránek např. v systému potrubní pošty.

Kluzák
Obrázek SZD-50-3 Puchacz Glider in a turn od Przemysław "BlueShade" Idzkiewicz (Own work) [CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons

Vakuum

Vakuum (z lat. vacuus, prázdný) znamená prázdný prostor, v němž je tlak plynu podstatně nižší než při normálním atmosférickém tlaku.

Pokud vás téma zaujalo a chcete se dozvědět více: