Воздух

Теплопроводность (0,026 Вт/(м·K)

Динамическая вязкость (18,5 микропаскаль-секунда)

Во́здух — это естественная смесь газов, составляющая земную атмосферу. Он состоит преимущественно из азота (78%) и кислорода (21%), с небольшими примесями аргона, углекислого газа и других газов. Воздух является необходимым условием для существования большинства форм жизни на Земле и играет ключевую роль в физических и химических процессах, происходящих на планете.

Химический состав воздуха

Воздух, окружающий нашу планету, представляет собой сложную смесь газов, основными компонентами которой являются азот и кислород. Открытие химического состава воздуха стало результатом работы нескольких выдающихся учёных XVIII века.

Первым шагом к пониманию состава воздуха стало открытие Джозефа Пристли в 1774 году. Он обнаружил «дефлогистированный воздух», который позже был назван кислородом. Пристли заметил, что свеча горела ярче в этом газе, а мыши дольше оставались живыми в закрытом сосуде с ним.

Однако наиболее значительный вклад в изучение состава воздуха внёс французский химик Антуан Лавуазье. В 1777 году он провёл серию экспериментов, которые позволили ему определить, что воздух состоит из двух основных компонентов: «жизненного воздуха» (кислорода) и «мефитического воздуха» (азота). Лавуазье установил, что кислород составляет около 20 % объёма воздуха, а остальные 80 % приходятся на азот.

Современные исследования показывают, что сухой воздух у поверхности Земли содержит:

• Азот (${\ce {N2}}$) — 78,08%;
• Кислород (${\ce {O2}}$) — 20,95%;
• Аргон (${\ce {Ar}}$) — 0,93%;
• Углекислый газ (${\ce {CO2}}$) — 0,03%.

Оставшуюся долю составляют неон, гелий, метан и другие газы в незначительных количествах. Важно отметить, что содержание водяного пара в воздухе может варьироваться от 0,1 % до 4 % в зависимости от климатических условий.

Азот, являясь инертным газом, играет важную роль в разбавлении кислорода, что предотвращает слишком быстрое окисление веществ на Земле. Кислород, в свою очередь, необходим для дыхания большинства живых организмов и поддержания процессов горения.

Аргон, открытый лордом Рэлеем и Уильямом Рамзаем в 1894 году, является наиболее распространённым инертным газом в атмосфере. Его присутствие было неожиданностью для учёных и привело к открытию целого класса инертных газов.

Углекислый газ, несмотря на свою малую концентрацию, играет критическую роль в регуляции температуры планеты благодаря парниковому эффекту. Его содержание в атмосфере увеличилось с начала промышленной революции из-за сжигания ископаемого топлива.

Физические свойства воздуха

Состав земной атмосферы по объёму, за исключением водяного пара

Плотность воздуха при нормальных условиях (температура 0°C и давление 101,325 кПа) составляет примерно 1,293 кг/м³. Это значение может существенно меняться в зависимости от температуры, давления и влажности. С увеличением высоты над уровнем моря плотность воздуха уменьшается, что объясняет трудности дыхания на больших высотах.

Сжимаемость — одно из ключевых свойств воздуха. В отличие от жидкостей, воздух легко сжимается под действием внешнего давления. Это свойство используется в пневматических системах и играет важную роль в аэродинамике. При сжатии воздуха его температура повышается, что лежит в основе работы дизельных двигателей и тепловых насосов.

Теплопроводность воздуха относительно низкая, что делает его хорошим теплоизолятором. Значение коэффициента теплопроводности воздуха при +20 °C составляет около 0,026 Вт/(м·К). Это свойство широко используется в строительстве для создания теплоизоляционных материалов, содержащих воздушные прослойки.

Вязкость воздуха, хотя и невелика по сравнению с жидкостями, играет важную роль в аэродинамике. При +20 °C динамическая вязкость воздуха составляет примерно 1,81×10-5 Па·с. Вязкость влияет на характер обтекания тел воздушным потоком и формирование турбулентных зон.

Воздух обладает способностью проводить звук. Скорость звука в воздухе при +20 °C составляет около 343 м/с. Это свойство используется в акустике и играет важную роль в распространении звуковых волн в атмосфере.

Электрическая проводимость чистого сухого воздуха очень низкая, что делает его хорошим диэлектриком. Однако наличие влаги и ионизированных частиц может значительно увеличить его проводимость, что важно учитывать при проектировании высоковольтных линий электропередач.

Оптические свойства воздуха включают его прозрачность для видимого света и способность преломлять световые лучи. Явление рефракции в атмосфере приводит к таким эффектам, как миражи и искажение положения небесных тел вблизи горизонта.

Воздух обладает парамагнитными свойствами из-за присутствия в нём молекулярного кислорода. Хотя магнитная восприимчивость воздуха очень мала, это свойство используется в некоторых аналитических приборах.

Поверхностное натяжение воздуха на границе с жидкостями играет важную роль в формировании капель и пузырьков. Это свойство важно в метеорологии, при образовании облаков и осадков.

Понимание физических свойств воздуха имеет огромное значение для различных областей науки и техники, от метеорологии до авиации и строительства. Эти свойства определяют поведение атмосферы и влияют на многие природные процессы на нашей планете.

Понятие воздуха в философии

Воздух как философская категория и эзотерический элемент играет значительную роль в различных культурах и системах мышления на протяжении тысячелетий.

В древнегреческой философии воздух занимал важное место среди первоэлементов. Анаксимен Милетский (585—525 годы до н.э.) считал воздух первоосновой всего сущего, утверждая, что из него путём сгущения и разрежения образуются все вещи. Он полагал, что воздух является божественным началом, управляющим космосом.

Эмпедокл (ок. 490—430 годы до н.э.) включил воздух в число четырёх классических стихий наряду с огнём, водой и землёй. Эта концепция оказала значительное влияние на последующее развитие философии и науки.

Аристотель (384—322 годы до н.э.) развил идею о четырёх стихиях, связав их с определёнными качествами. Воздух в его системе ассоциировался с теплом и влажностью, занимая промежуточное положение между огнём и водой.

В древнеиндийской философии воздух (вайю) рассматривается как один из пяти великих элементов (махабхут). В йоге и аюрведе воздух связывают с дыханием (прана) и жизненной энергией.

Китайская философия, хотя и не выделяет воздух как отдельный элемент, включает концепцию ци — жизненной энергии или «дыхания», которая имеет сходства с представлениями о воздухе в других культурах.

В средневековой европейской алхимии воздух был одним из четырёх основных элементов, символизирующих различные аспекты материи и духа. Парацельс (1493—1541 годы) развил эту идею, связав воздух с понятием «духа» в своей триаде «сера-ртуть-соль».

Философ эпохи Возрождения Джордано Бруно (1548—1600 годы) рассматривал воздух как универсальный жизненный дух, пронизывающий всю вселенную.

В эзотерических учениях воздух часто ассоциируется с интеллектом, коммуникацией и духовностью. В системе Таро воздух связан с мастью мечей, символизирующей ментальную активность и принятие решений.

Современный философ Гастон Башляр (1884—1962 годы) в своей работе «Воздух и сны» исследовал воздух как поэтический элемент, связанный с воображением и свободой.

В некоторых направлениях нью-эйдж и современного оккультизма воздух рассматривается как носитель информации и энергии, играющий роль в различных практиках медитации и визуализации.

Немецкий философ Петер Слотердайк в своей трилогии «Сферы» уделяет значительное внимание воздуху, рассматривая его как метафору для понимания современного общества и технологий.

Таким образом, понятие воздуха в философии и эзотерике прошло длительную эволюцию, сохраняя свою значимость как символ духовности, интеллекта и жизненной силы в различных культурных и интеллектуальных традициях.

Воздух в искусстве

Воздух как элемент и концепция нашёл широкое отражение в различных формах искусства на протяжении веков, вдохновляя художников, писателей и музыкантов на создание уникальных произведений.

В живописи изображение воздуха и атмосферных явлений стало важной темой, особенно в пейзажной живописи. Художники эпохи Возрождения, такие как Леонардо да Винчи, разработали технику сфумато, создающую эффект дымки и воздушной перспективы. Эта техника позволила передавать глубину пространства и атмосферные эффекты на холсте.

Импрессионисты XIX века, включая Клода Моне и Камиля Писсарро, уделяли особое внимание изображению воздуха и света. Их работы часто фокусировались на изменениях атмосферы в разное время суток и при разных погодных условиях. Серия картин Моне «Руанский собор» демонстрирует, как воздух и свет могут радикально менять восприятие одного и того же объекта.

В скульптуре воздух часто представлен через движение и пространство. Работы Александра Колдера, особенно его мобили, используют движение воздуха как неотъемлемую часть произведения, создавая кинетические скульптуры, которые оживают благодаря потокам воздуха.

Литература также богата образами и метафорами, связанными с воздухом. Поэты романтизма, такие как Перси Биши Шелли, часто использовали образы ветра и воздуха как символы свободы и вдохновения. В своей «Оде западному ветру» Шелли обращается к ветру как к могущественной и вдохновляющей силе природы.

В современном искусстве воздух стал не только темой, но и материалом для творчества. Художники, работающие в жанре инсталляции, часто используют воздух как средство создания эфемерных скульптур. Например, работы Энн Вероники Янссенс исследуют восприятие света и цвета в туманной среде, создавая иммерсивные пространства, где воздух становится осязаемым элементом.

Музыка также обращается к теме воздуха и ветра. Композиторы от Вивальди с его «Четырьмя временами года» до современных экспериментальных музыкантов используют звуки ветра и дыхания как элементы своих произведений. Джон Кейдж в своей композиции «4'33"» предложил слушателям воспринимать окружающие звуки, включая движение воздуха, как музыку.

В фотографии запечатление воздушной среды стало отдельным направлением. Фотографы экспериментируют с длинными выдержками для передачи движения облаков или используют специальные техники для визуализации потоков воздуха.

Цифровое искусство открыло новые возможности для изображения и взаимодействия с воздухом. Интерактивные инсталляции позволяют зрителям манипулировать виртуальными потоками воздуха, создавая уникальные визуальные эффекты.

В архитектуре концепция воздуха и вентиляции стала ключевым элементом дизайна. Современные архитекторы, такие как Норман Фостер, интегрируют естественную вентиляцию в свои проекты, превращая движение воздуха в важный аспект архитектурной эстетики и функциональности.

Таким образом, воздух в искусстве предстаёт не только как объект изображения, но и как средство выражения, материал и источник вдохновения, отражая многогранность его восприятия в культуре и эстетике.