Download Aire - Colegiociencias

Aire
Se denomina aire a la combinación de gases que forma la atmósfera terrestre, mantenidos sujetos alrededor de la
Tierra por la fuerza de gravedad.
El aire es esencial para la vida en el planeta, es particularmente delicado y está compuesto en proporciones
ligeramente variables por sustancias tales como:
Componente
Nitrógeno
Oxígeno
Dióxido de Carbono
Argón
Neón
Helio
Criptón
Xenón
Hidrógeno
Metano
Óxido nitroso
Vapor de Agua
Ozono
Partículas
(N)
(O)
(CO2)
(Ar)
(Ne)
(He)
(Kr)
(Xe)
(H)
(CH4)
(N2O)
(H2O)
(O3)
Concentración aproximada
78,03% en volumen
20,99% en volumen
0,03% en volumen
0,94% en volumen
0,00123% en volumen
0,0004% en volumen
0,00005% en volumen
0,000006% en volumen
0,01% en volumen
0,0002% en volumen
0,00005% en volumen
Variable
Variable
Variable
Todos los componentes del aire se encuentran mezclados pero no químicamente combinados (no es un
compuesto).
Estos componentes tienen masa y peso (masa, porque están formados
por materia y peso, porque el aire es atraído por una fuerza hacia el
centro de la tierra al poseer masa).
Además ocupan un lugar en el espacio aunque no se vea. Tiene la
propiedad de desplazarse de un lugar a otro y ocupar todos los
espacios que parecen vacíos.
Propiedades físicas del aire
• Expansión: Aumento de volumen de una masa de aire al verse
reducida la presión ejercida por una fuerza o debido a la
incorporación de calor.
• Contracción: Reducción de volumen del aire al verse presionado por una fuerza, pero este llega a un límite y el
aire tiende a expandirse después de ese límite.
• Fluidez: Es el flujo de aire de un lugar de mayor a menor concentración sin gasto de energía
• Presión atmosférica: Fuerza que ejerce el aire a todos los cuerpos.
• Volumen: Es el espacio que ocupa el aire.
• Masa
• Densidad
Propiedades químicas del aire
Actualmente se conoce con bastante exactitud la composición del
aire. Éstos pueden ser divididos en:
• Componentes fundamentales: nitrógeno (78,1%) y el oxígeno
(20,9%).
• Componentes secundarios: gases nobles y dióxido de carbono (1%).
• Contaminantes: Monóxido de nitrógeno, ozono, dióxido de azufre,
dióxido de nitrógeno, amoníaco y monóxido de carbono.
• Componentes universales: agua (en sus 3 estados) y polvo
atmosférico (humo, sal, arena fina, cenizas, esporas, polen,
microorganismos, etc.). Las proporciones de vapor de agua varían según el punto geográfico de la tierra.
Las proporciones de estos gases se pueden considerar exactas más o menos a 25 km de altura.
¿La presión del aire aumenta con la temperatura?
El peso de los gases que componen la atmósfera ejerce una presión (fuerza por unidad de superficie) sobre todos
los objetos que se encuentran inmersos en ella.
Esta presión es directamente proporcional con la temperatura, es decir,
a mayor presión, mayor temperatura y viceversa, porque al aumentar
la temperatura las moléculas poseen mayor agitación térmica (se
mueven más rápido; tienen mayor energía cinética) lo que se traduce
en un mayor número de choques entre ellas y contra las paredes del
recipiente, aumentando así la fuerza por unidad de superficie.
¿Por qué un globo inflado se “chupa” en un matraz que posee 200
ml de agua en ebullición?
El agua que está hirviendo está pasando del estado líquido al gaseoso.
Estas moléculas en forma de vapor de agua penetran en el interior del globo donde se hallan las moléculas de aire.
Como están a mayor temperatura que lo normal, el volumen del gas se encuentra dilatado, es decir, ha aumentado
su volumen.
Sin embargo, cuando se enfría, los gases se contraen y disminuyen su volumen, provocando que el globo se
“chupe”
¿Cómo se relaciona el aire con la presión interna y la externa?
La atmósfera es una capa de gases que rodea a nuestro planeta. Esta capa de gases está constituida por el aire, el
cual, como ya se dijo anteriormente, es una mezcla de gases que ejerce una presión sobre todos los objetos que se
encuentran inmersos en ella, porque tiene peso.
Esta presión se llama Presión atmosférica y alcanza su máximo valor a nivel del mar: 1.033 kilogramos por
centímetro cuadrado de superficie y disminuye a medida que se aleja del mar.
La presión atmosférica se expresa en la unidad de presión llamada
atmósfera.
Las moléculas del aire se dilatan cuando el movimiento molecular
aumenta, y se contraen cuando el movimiento disminuye.
La causa del movimiento molecular se debe a la temperatura. Todo
esto se traduce en la presión interna entre las moléculas.
¿Ejerce el aire presión hacia arriba?
La presión es la fuerza que un cuerpo ejerce por cada unidad de
superficie de apoyo. En el caso de la atmósfera, el cuerpo que ejerce la fuerza sobre la superficie terrestre es el aire,
y como gas ejerce esa presión en todas direcciones, también hacia arriba.
Aire: factores que lo influyen
Tres son los factores que influyen en las variaciones del aire sobre la atmósfera: la temperatura, la presión
atmosférica y la humedad.
a. La temperatura
El sol emite radiación, la cual se propaga por el espacio y llega finalmente a la Tierra.
Un porcentaje de la energía es absorbida por la tierra y esta, a su vez, la refleja y calienta las
primeras capas de la atmósfera.
En este nivel, la presencia de CO2 y vapor de agua permiten mantener una temperatura adecuada
en el aire, evitando que la energía se disperse a capas superiores.
Se deduce que la temperatura atmosférica corresponde al mayor o menor cantidad de calor que se
transfiere a la atmósfera (En la imagen: termómetro ambiental)
Factores
La temperatura es modificada por tres factores:
La latitud: siempre la temperatura del aire en la línea del Ecuador será mayor, ya que los rayos solares en este
punto caen más perpendiculares y, por lo tanto, el grado de absorción por la tierra también es mayor. Desde este
punto hacia los Polos, la temperatura disminuye, ya que los rayos solares llegan más inclinados.
La altitud: la temperatura de la atmósfera va disminuyendo a medida que se establece mayor distancia
respecto de la tierra. Esto se debe al hecho de que las capas de la troposfera se van calentando desde lo más
cercano a la tierra, hacia arriba. Por ejemplo, en la cima de una montaña, la temperatura siempre va a ser menor
que en la base de ella.
Cercanía al mar: la temperatura atmosférica no sufre grandes variaciones, porque el agua se calienta y enfría
más lentamente que la tierra.
b. La presión atmosférica
La presión atmosférica es otro de los elementos que influye en las características y condiciones del
aire. Corresponde a la fuerza que ejerce el peso del aire sobre los cuerpos o superficies de la
Tierra.
Los factores que modifican la presión son varios:
Altura: a mayor altura existe una menor presión. Esto se explica porque a mayor altura, existe
una cantidad inferior de moléculas, es decir, el aire es menos denso. Por esta menor densidad, el
peso del aire es menor, por lo tanto, allí la atmósfera ejerce menor presión. Un hecho común donde se puede
detectar esta variación, es en la ebullición de los líquidos, a distinta altura. Por ejemplo: si se toma una cantidad de
agua y se hierve en Santiago, esto demora un tiempo determinado; pero si la misma cantidad se hierve en una
ciudad que está a 3.000 metros de altura, el tiempo será menor. Esto se basa en que en la ebullición de un líquido se
debe lograr cierta presión y esta debe igualar o superar el valor de la presión atmosférica.
Temperatura: cada vez que las masas de aire se calientan por un aumento de la temperatura, se hacen menos
densas y esto determina que el aire ascienda, provocando una disminución en la presión atmosférica. Este
fenómeno provoca zonas de la atmósfera con mayor presión y otras de menor, generándose movimientos de aire, es
decir, los vientos. (En la imagen: Barómetro)
C. La humedad
Es el tercer factor que hace variar a la atmósfera. Corresponde a la cantidad de vapor de
agua que existe en la atmósfera. La humedad del aire es variable y depende
fundamentalmente del grado de evaporación de los océanos u otras fuentes de agua.
Disminuye con las lluvias o precipitaciones (En la imagen Higrómetro).
La humedad del aire está relacionada con la temperatura. Si la temperatura es mayor, más
humedad se retendrá en la atmósfera.
La humedad atmosférica es determinante para la cantidad y distribución de los seres vivos sobre la tierra.
Presión atmosférica
Si sobre una mesa se coloca un objeto pesado, el peso de ese cuerpo
ejerce sobre la superficie de la mesa una cierta presión. Del mismo
modo, aunque el aire no es un material muy pesado, la enorme
cantidad de aire atmosférico que existe sobre un punto de la Tierra
hace que su peso total sea lo suficientemente grande como para que la
presión que ejerce sobre ese punto tenga una gran magnitud.
Ese valor de la presión sobre cualquier punto de la superficie terrestre,
que ejerce toda la masa de aire atmosférico, recibe el nombre de
presión atmosférica.
Presión atmosférica: Es la fuerza que ejerce el aire
atmosférico sobre la superficie terrestre.
Algo importante que debemos considerar. Ya vimos, por el ejemplo
inicial, que todo cuerpo genera una presión, pero esta presión que
ejerce depende de su estado (sólido, líquido o gaseoso).
La caricatura ilustra "el peso de la
atmósfera"
Los sólidos generan presión solo hacia abajo. Los líquidos generan presión hacia todos sus costados y hacia abajo.
Y los gaseoso generan presión por todo su derredor; o sea, hacia arriba, hacia todos sus costados y hacia abajo, por
la propiedad más importante que los caracteriza: tienden a ocupar todo el espacio que los contiene.
La existencia de la presión atmosférica es evidente, por ejemplo, cuando se utiliza una ventosa: al comprimirla
contra el vidrio eliminando el aire de su interior al soltarla recobra su forma, pero ahora la presión atmosférica la
mantiene apretada contra la superficie del vidrio.
El aire atmosférico pesa
A nivel del mar un litro de aire pesa 1,293 gramos. En un punto cualquiera la presión atmosférica viene dada por
el peso de una columna de aire cuya base es 1 cm2 y la altura la distancia vertical entre el punto y el límite de la
superficie libre de la atmósfera.
La presión atmosférica normal equivale a la que ejerce a 0º C y a nivel del mar una columna de mercurio de 76
cm de altura. Ese valor se toma como unidad práctica de presión y se denomina atmósfera.
Unidades de Presión
La presión atmosférica se suele expresar en mm de mercurio (milímetros de
mercurio) o torricelli, diciéndose que la presión normal, a nivel del mar es de
760 mm de Hg. Este valor se llama también una atmósfera. Sin embargo, los
“hombres del tiempo” suelen utilizar otra unidad para medir la presión: el
milibar.
En cualquiera de las unidades, la presión que se considera normal a nivel del
mar tiene un valor de 1 atmósfera o, lo que es lo mismo, 760 mm de Hg ó
1.012,9 milibares.
Medición de la presión
Para medir la presión de un fluido se utilizan manómetros. El tipo más
sencillo de manómetro es el de tubo abierto. Se trata de un tubo en forma de U que contiene un líquido,
hallándose uno de sus extremos a la presión que se desea medir, mientras el otro se encuentra en comunicación
con la atmósfera.
Para la medición de la presión atmosférica se emplea el barómetro, del que existen diversos tipos. El barómetro de
mercurio, inventado por Torricelli, es simplemente un tubo en forma de U con una rama cerrada en la que se ha
hecho el vacío, de manera que la presión en la parte más elevada de esta rama es nula.
Presión atmosférica y altura
Como la presión atmosférica se debe al peso del aire sobre un cierto
punto de la superficie terrestre, es lógico suponer que cuanto más alto
esté el punto, tanto menor será la presión, ya que también es menor la
cantidad de aire que hay en su cima.
Por ejemplo, en una montaña la cantidad de aire que hay en la parte
más alta es menor que la que hay sobre una playa, debido a la
diferencia de nivel.
Tomando como referencia el nivel del mar, donde la presión
atmosférica tiene un valor de 760 mm, se comprueba que, al medir la
(Ampliar imagen)
presión en la cumbre que se encuentra a unos 1.500 metros sobre el
nivel del mar, la presión atmosférica vale aproximadamente 635 mm; es decir, la presión disminuye con la altura.
De acuerdo a lo anterior, cuanto mayor sea la altura de la superficie terrestre respecto al nivel del mar, menor es
la presión del aire, puesto que la columna de vidrio del barómetro que queda por encima también es menor. Dicho
de otro modo:
La presión atmosférica disminuye con la altura
La disminución que experimenta la presión con la altura no es directamente proporcional puesto que el aire es un
fluido que puede comprimirse mucho, por lo que las masas de aire más próximas al suelo están comprimidas por el
propio peso del aire de las capas superiores y son, por tanto, más densas. Así, cerca del nivel del mar un pequeño
ascenso en altura supone una gran disminución de la presión, mientras que a gran altura hay que ascender mucho
más para que la presión disminuya en la misma medida.
Efectos de la altura en el organismo
Los efectos de la altura sobre el organismo humano son percibidos claramente por los montañistas, quienes está
propensos a sufrirlos a medida que ascienden las cumbres.
Algunos de esos síntomas se presentan como cefalea, síntomas gastrointestinales, debilidad o fatiga,
inestabilidad o vértigos, transtornos del sueño, entre otros.
Según se ha visto, la medida más eficaz ante la aparición de síntomas del mal de montaña es el descenso a altitudes
más bajas, aunque solamente sean unos cientos de metros.