Propiedades físicas del aire 1.-La atmosfera y la composición del aire.- aunque existe un gran número de teorías respecto a la formación y evolución de la atmosfera, ninguna ha sido por completo aceptada, principalmente a lo que concierne a las primeras etapas. a) Evolución de la atmosfera.- la atmosfera ha presentado continuos cambios, al principio
rápidamente y ahora con mucha lentitud, desde la creación de la tierra. Creemos que la atmosfera se desarrolló en 5 etapas: primeramente la temperatura de la superficie de a tierra debió ser sumamente alta. En la etapa I este calor debió expulsar cualquier cualquier atmosfera inicial hacia hacia el espacio. A medida medida que las rocas fundidas empezaban a enfriarse y bajaba la temperatura se desprendían nuevos gases, sobre todo agua, bióxido de carbono y nitrógeno. La formación de esta primera atmosfera permanente marco la etapa II de este proceso evolutivo. Cuando la temperatura cayó por debajo de los 100°c el vapor de agua comenzó a condensarse y se formaron los océanos, esta fue la etapa III. La etapa IV comenzó cuando la temperatura descendió lo suficiente para que empezaran los procesos de la vida. Las plantas verdes crearon el oxígeno libre e hicieron posible la evolución de formas de vida todavía más desarrolladas. La atmosfera adquirió el equilibrio que ha permanecido relativamente sin alterarse hasta la fecha. Hemos alcanzado la etapa 5. b) Exploración de la atmosfera.-con el in de estudiar la atmosfera, fue necesario que el hombre se
elevara por encima de la superficie de la tierra. Pero las primeras investigaciones investigaciones de la parte de la atmosfera mas próxima a la corteza terrestre se efectuaron con cometas. En 1749, un escoces llamado Wilson hizo ascender unos termómetros atados a un grupo de cometas, que luego hizo descender uno por uno, y como los instrumento eran de reacción lenta a las variaciones de temperatura, se pudo tener una idea aproximada de la temperatura a los dos mil o tres mil pies inferiores de la atmosfera. En 1783 Joseph y Jacques Montgolfier de Francia usaron esta fuerza para elevar un globo lleno de aire caliente. Casi inmediatamente después Jaques Alexander Charles soltó un globo lleno de hidrogeno que fue más práctico, debido a que su vuelo y altitud no estaban limitados por la temperatura del gas. Después Pilatre de Rozier, otro científico francés, llevo a cabo las primeras ascensiones con un hombre a bordo. En 1804 en parís Luis Gay-Lussac efectuó el primer ascenso a gran altura con el propósito de reunir datos sobre la atmosfera. Midió la temperatura del aire desde la superficie de la tierra hasta los 23000 pies encontrando una disminución media de 1°F por cada 340 pies. A finales del siglo XIX el desarrollo de instrumentos registradores podían ser llevados por globos libres a mayores alturas
que las que el hombre podía soportar, hicieron decrecer la importancia de los ascensos tripulados con el fin de obtener datos meteorológicos. Hoy s universal el uso de globos libres para obtener información acerca de los vientos a grandes alturas. No obstante las grandes aplicaciones de los globos, los aviones llevan a cabo una especializada y útil labor en las investigaciones meteorológicas. Aeronaves de reconocimiento efectúan
diariamente
vuelos
sobre
áreas
deshabitadas
donde
no
existen
estaciones
meteorológicas, en su mayor parte reg iones oceánicas y polares. El desarrollo de cohetes y satélites ha hecho posible las mediciones atmosféricas hasta altitudes ilimitadas. Los datos acerca de temperatura, presión y densidad, son registrados y transmitidos por telemetría desde cohetes a altitudes de 140 millas, o más, y los satélites tiros I y II han tomado fotografías de la tierra y sus sistemas de nubes. c) Estructura química.-Las moléculas de oxígeno, nitrógeno y otros gases atmosféricos, mantienen
sus distintas identidades como existen, aunque estén unas al alado de otras. Los gases más abundantes de la atmosfera son, por volumen, el nitrógeno (78%) y el oxígeno (21%). El argón gas inerte constituye apenas el 1%. Solo .03% de la atmosfera está constituida por bióxido de carbono. También se presentan rastros de neón, helio e hidrogeno. El vapor de agua es la parte más variable, alcanzando valores tan altos como 4% en aire tropical, hasta casi 0% en regiones de intenso frio y grandes alturas. Además de sus componentes gaseosos la atmosfera contiene varios tipos de pequeñas partículas sólidas, tales como sal de mar y polvo. d) Estructura física.-La atmosfera está formada por una serie de capas, cada una de las cuales
tiene sus propias características. El sistema de nomenclatura más sencillo para identificarlas es dividirla en: troposfera, estratosfera y el espacio llamado exosfera. Las capas en las que la temperatura decrece con la altura, tienden a ser inestables y turbulentas, mientras que aquellas en que aumenta con la altura tienden a ser estables y uniformes. Dentro de las capas térmicamente limitadas hay dos regiones que poseen propiedades físicas únicas: la ozonosfera, que coincide con la estratosfera y la ionosfera que se superpone a la mesosfera y a la termosfera. Troposfera.-Es la capa más baja y conocida por el hombre. Las corrientes conectivas llevan
porciones de aire hacia arriba y hacia abajo rápida y continuamente. La troposfera se caracteriza por un descenso de la temperatura con la altura de un valor de 3.5 °F por cada 1000 pies hasta alcanzar la tropopausa. Aunque la troposfera contiene menos del 1% del volumen total dela atmosfera, contiene más del 75% de su masa total. Estratosfera.- Se encuentra por encima de la troposfera. Las temperaturas de la estratosfera
superior se han calculado indirectamente basándose en la velocidad de las ondas del sonido y en algunas mediciones hechas con cohetes, pero los resultados son solo valores aproximados.
No es posible medir directamente las temperaturas estratosféricas con cohetes especialmente equipados, debido a que la respuesta o r eacción a ellas, hasta los mejores elementos para medirla, es demasiado lenta en relación con la alta ve locidad del cohete. Por el contrario la presión y la altura pueden ser registradas con bastante exactitud. Gracias a que existe una relación matemática entre presión, temperatura y altitud, la temperatura puede ser calculada. Combinando los resultados de globos de sondeo,
estudios sobre la velocidad del sonido y
mediciones con cohetes, se ha estimado que la temperatura en la cima es de unos 10°C solo ligeramente menor que la temperatura media en la superficie de la tierra. La altura del máximo de temperatura, llamada estratopausa se encuentra cerca de las 35 millas coincidiendo con la parte más alta de la capa de ozono. Mesosfera.-Es una capa turbulenta que se encuentra por encima de la estratosfera, en donde la
temperatura decrece rápidamente con la altura. A su límite superior se le conoce como mesopausa. Cerca de esta aparecen unas extrañas nubes noctilucientes probablemente compuestas de polvo meteórico y volcánico. Termosfera.-Es una región en la que la temperatura aumenta con la altura. Aquí se encuentran las
auroras y los rastros de los meteoros. Sus altas temperaturas son por lo menos parcialmente debidas a la absorción de algunas de las cortísimas ondas ultravioletas por moléculas de oxígeno. Exosfera.-Esta entre la atmosfera y el espacio exterior. Las altísimas temperaturas existentes por
encima de 350 millas dan como resultado un movimiento rapidísimo de los átomos y moléculas, algunos de los cuales alcanzan suficiente velocidad como para sobreponerse a la fuerza de gravedad y escapar hacia el espacio. Ionosfera.-la ionizacion en la atmosfera se produce por la disociacion de electrones de las moleculas y los atomos bajo la influencia de radiaciones ultravioletas del sol. La mayor porcion de ionosfera se considera que esta entre 3 5 y 300 millas. No hay regiones no ionizadas en la ionosfera, y si hay capas en las cuales las ionizacion es especialmente fuerte.. estas regiones especificas altamente ionizadas son llamadas capas D, E, F1 y F2 en orden creciente de altitud e intensidad.
2.- Propiedasdes fisicas.-La estructura fisica de la atmosfera depende de las propiedades fisicas particulares del aire de las cuales, la presion, temperatura, humedad y densidad son las mas importantes. Presion.-la presion atmosferica en cualquier putno es igual al peso de la columna de aire, cuya
base es la unidad de area, por encima de ese punto. Se puede expresar en funcion del peso real 2
2
tales como Lb/in y kg/cm o en funcion de la altura de una columna equivalente a cualquier otro fluido tal como pulgadas de mercurio o pies de agua, milímetros de mercurio o metros de agua.
Temperatura.-Es una propiedad que puede ser definida en varias formas. Es el grado de calor o
frio medido en una escala definida y basada en algún fenómeno físico, como la dilatación de mercurio en un termómetro. También podemos definirla como el estado térmico de un cuerpo que determina el sentido del intercambio de calor entre este y otro cuerpo. Una mejor comprensión física de la temperatura de los gases se consigue con la teoría cinética. Las moléculas de un gas están en constante movimiento. Su velocidad media queda determinada por la temperatura, siendo mayor a mayores temperaturas y menor a menores temperaturas. La temoeratura a la que cesa todo movimiento intermolecular es el cero absoluto. Humedad.-la cantidad de vapor de agua contenida en la atmosfera es relativamente pequeña,
variando desde leves vestigios hasta un máximo de 4 o 5%. La humedad es la base de las lluvias, nevadas, tormentas, nubes, niebla,
heladas y roció,
y por su capacidad para absorber las
radiaciones solares y terrestres afecta también a la temperatura del aire. La capacidad del aire para contener la humedad aumenta al aumentar la temperatura. Densidad.-La cantidad de materia que contiene un decímetro cubico de un cuerpo se llama masa
especifica del mismo y se puede c alcular dividiendo la masa del cuerpo entre su volumen. También se le llama densidad absoluta, por lo tanto definiremos la densidad ( ρ) como la masa por unidad de volumen. La densidad relativa de una sustancia indica cuantas veces esa sustancia es mas pesada que el agua (a igual volumen). En un fluido la densidad puede variar de un punto a otro, por lo que debemos hablar de la densidad de un reciento de volumen muy pequeño. Dentro de los fluidos hay algunos en los que la densidad puede variar mucho y otros en los que permanece prácticamente constante, los primeros son muy compresibles y los segundos incompresibles. El aire se puede comprimir o podemos permitir que se expanda, cuando se comprime la misma cantidad de aire requiere menos espacio cuando la presión decrece, la misma cantidad de aire se expande y ocupa más espacio. A medida que aumenta la altitud disminuye la densidad y varía dependiendo de la altura en que nos encontremos.
Atmosfera tipo (estándar) Como las condiciones atmosféricas, presión densidad y temperatura son variables y por conveniencia de la aeronáutica se ha adoptado una atmosfera internacional es decir se ha convenido que los parámetros anteriores sean constantes para cada altitud y que no exista humedad. Esta atmosfera es utilizada en todo el mundo a excepción de los estados unidos y territorios dominados por ellos.
