Воздух (строение и состав атмосферы)

Воздухом мы называем газ, составляющий газообразную оболочку, которая окружает земной шар. Эта газообразная оболочка носит название атмосферы.

Нижней границей атмосферы является поверхность земли. Верхняя ее граница, как позволяют установить наблюдения над некоторыми световыми явлениями в атмосфере (падающие звезды, северное сияние), находится, в среднем, на высоте 300 км. Но, строго говоря, верхней границы атмосферы не существует, так как по мере поднятия плотность воздуха уменьшается и атмосфера незаметно переходит в межпланетное безвоздушное пространство.

Воздух является механической смесью нескольких газов. На уровне моря в каждой единице объема сухого чистого воздуха содержится:
- азота 78,03%;
- кислорода 20,99%;
- аргона 0,94%;
- углекислоты 0,03%;
- водорода 0,01%.
и незначительные примеси некоторых других газов.

Кроме этих газов, в воздухе всегда имеются водяные пары. Количество их меняется (в зависимости от ряда причин) и достигает иногда 4объема воздуха. Кроме того, в воздухе, особенно в его нижних, близлежащих к земле слоях, находится множество мельчайших твердых частиц, носящих название атмосферной пыли. В одном кубическом сантиметре воздуха количество этих частиц исчисляется сотнями тысяч. Присутствие их уменьшает прозрачность воздуха и образует ту дымку или мглу, которую можно нередко наблюдать даже в хорошую погоду.

Температура воздуха при подъеме от уровня моря не остается постоянной, а довольно равномерно понижается. Однако падение температуры имеет место лишь до некоторой высоты, величина которой колеблется от 8 км над полюсами до 17 км на экваторе. В средних широтах убывание температуры наблюдается до высоты 11 км. Этот нижний слой атмосферы с постепенно убывающей температурой носит название тропосферы.

При дальнейшем подъеме понижение температуры прекращается, иона остается почти постоянной: около—56,5°; до какой высоты температура остается постоянной — очно пока не установлено, так как на высотах, превышающих 35 км, атмосфера изучена слабо. Этот слой атмосферы с постоянной температурой носит название стратосферы.

Характерной особенностью стратосферы, кроме постоянной температуры, является почти полное отсутствие облаков. Предполагают, кроме того, что ветры в стратосфере отличаются постоянством как по скорости, так и по направлению.

Для авиации стратосфера представляет большой интерес. Плотность воздуха там значительно меньше, сопротивление движению поэтому тоже соответственно меньше, и, следовательно. при одной и той же мощности мотора в стратосфере можно достигнуть значительно большей скорости полета, чем вблизи земли (порядка 1000 км/час и больше).

Однако незначительная плотность воздуха создает и дополнительные трудности. При меньшей плотности в каждой единице объема воздух содержит меньшее количество кислорода, последний же нужен как для дыхания человека, так и для сгорания топлива в цилиндрах мотора. Для человека нужно, кроме того, и привычное атмосферное давление, а оно на большой высоте незначительно.

Эти трудности пока преодолены лишь частично: человека снабжают кислородным прибором и специальным костюмом — скафандром, обеспечивающим для тела нормальное давление, а мотор снабжают компрессором (нагнетателем), повышающим плотность засасываемого в карбюратор воздуха. Но кислородный прибор и скафандр стесняют человека, затрудняют его работу и мало пригодны для длительных полетов.

Поэтому в последние годы ведутся опыты по конструированию герметически закрывающейся самолетной кабины, в которой можно было бы поддерживать на высоте нормальный состав воздуха и нормальное давление. Что касается мотора, то применение компрессора решает вопрос высотного двигателя только относительно, так как на больших высотах падение мощности мотора неизбежно и при наличии компрессора.

Проблема стратосферной авиации будет, по-видимому, полностью решена лишь с применением реактивного двигателя, для работы которого атмосферный воздух вовсе не нужен (кислород, необходимый для сгорания топлива, содержится у реактивных двигателей в самом топливе).