Luft
Luft ist das Gasgemisch der Erdatmosphäre.
Zusammensetzung
- Die Zusammensetzung der trockenen Luft ist (gerundet):
| Stickstoff N2 | 78,084 Vol.-% | 75,51 Mas.-% |
| Sauerstoff O2 | 20,946 Vol.-% | 23,01 Mas.-% |
| Argon Ar | 0,93 Vol.-% | 1,286 Mas.-% |
| Kohlendioxid CO2 | 0,034 Vol.-% | 0,04 Mas.-% |
Diese Anteile ändern sich allerdings in größeren Zeitskalen und variieren auch vertikal wie horizontal teilweise sehr stark. So war der Sauerstoffanteil der Luft nach Entstehung der Erde nahezu Null, siehe hierzu Uratmosphäre. Die aktuelle Zunahme des CO2-Gehaltes um etwa ein Drittel seit Beginn der Industrialisierung wird im Zusammenhang mit dem anthropogenen Treibhauseffekt als Ursache für eine globale Erwärmung kontrovers diskutiert.
Umgebungsluft ist nicht komplett trocken, deshalb enthält diese zusätzlich je nach Luftfeuchtigkeit bis zu ca. 4 Vol.-% Wasserdampf, der Rest der Luft teilt sich dann nach den oben angegebenen Werten auf. Die üblichen Werte des Wasserdampfgehalts schwanken grob zwischen 0,1 Vol.-% an den Polen und 3 Vol.-% in den Tropen, sie werden durch unterschiedliche Feuchtemaße angegeben.
- Die Haupt-Spurenelemente in der Luft mit ihren jeweiligen Konzentrationen sind:
| Neon | 18,18 ppm |
| Helium | 5,24 ppm |
| Krypton | 1,14 ppm |
| Wasserstoff | 0,5 ppm |
| Xenon | 0,087 ppm |
ppm (parts per million) = 10-6 = 10-4 Vol.-%
Zusätzlich sind auch hier nicht aufgelistete Anteile von Wasserdampf, Methan, Distickstoffoxid (sinkend ab 7 km), Kohlenmonoxid und Ozon (steigend in Stratosphäre, siehe Ozonschicht) vorhanden. Ohne Berücksichtigung dieser Gase, also in Näherung zur trockenen Luft, mit den molaren Massen aus den jeweiligen Artikeln der einzelnen Elemente und den entsprechenden Naturkonstanten, besitzt Luft eine molare Masse von 28,9634 g/mol.
Unter Normalbedingungen (0°C) ist die Luftdichte ρ (rho) = 1,293 kg/m3 und
ihre Schallgeschwindigkeit = 331,5 m/s.
Der Brechzahl der Luft beträgt unter Normalbedingungen für sichtbares Licht ca. 1,00029. Sie hängt ab von Druck, Temperatur und Zusammensetzung der Luft, vor allem aber von der Luftfeuchte.
Wirkung der Temperatur auf die Dichte von Luft (Luftdichte)
| colspan="4" Vorlage:Highlight1 | Die Wirkung der Temperatur | |||
|---|---|---|---|
| T in °C | c in m·s-1 | ρ in kg·m-3 | Z in N·s·m-3 |
| - 10 | 325,4 | 1,341 | 436,5 |
| - 5 | 328,5 | 1,316 | 432,4 |
| 0 | 331,5 | 1,293 | 428,3 |
| + 5 | 334,5 | 1,269 | 424,5 |
| + 10 | 337,5 | 1,247 | 420,7 |
| + 15 | 340,5 | 1,225 | 417,0 |
| + 20 | 343,4 | 1,204 | 413,5 |
| + 25 | 346,3 | 1,184 | 410,0 |
| + 30 | 349,2 | 1,164 | 406,6 |
Die Wirkung der Temperatur auf die Luftdichte, die Schallgeschwindigkeit und die Schallkennimpedanz ist in nebenstehender Tabelle dargestellt.
Mit
- T = Temperatur in °C
- ρ = Luftdichte oder Dichte der Luft in kg/m³
- c = Schallgeschwindigkeit in m/s
- Z = Schallkennimpedanz in N·s/m³
Spezifische Wärmekapazität
= 1,005 kJ/(kg K) = 0,279 kWh/(Tonne K) (isobar)
= 0,718 kJ/(kg K) = 0,199 kWh/(Tonne K) (isochor)
Die Gewichtskraft der von der Erdanziehung beschleunigten Luftsäule erzeugt einen statischen Luftdruck, der mit dem jeweiligen Messpunkt variiert. Dieser ist jedoch zusätzlich von thermischen (Temperatur) und dynamischen Einflüssen (Wetterbedingungen) abhängig.
Im antiken Griechenland wurde dem Element Luft der Oktaeder als einer der fünf Platonischen Körper zugeordnet.