Ændrer tryk atmosfærisk luft? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Ændrer tryk atmosfæris...

05. september 2011

Ændrer tryk atmosfærisk luft?

Hej Spørg om Fysik
Jeg har et spørgsmål jeg tit har grublet over.
Det drejer sig om almindelig atmosfærisk luft. Kan den ændre tilstandsform, og blive til væske, hvis trykket er højt nok, og hvis ja, hvilket tryk i bar vil det kræve?

Har det betydning om luft har et højt vandindhold, eller slet ingen vandindhold, for at ændre tilstandform.

Med venlig hilsen
C S

Atmosfærisk luft har en sammensætning som i volumenprocent er:

Stof Dansk trivialnavn navn Volumenprocent
Nitrogen Kvælstof 78,08 %
Oxygen Ilt 20,95 %
Argon   0,93 %
Carbondioxid kuldioxid 0,031 %
Neon   0,0018 %
Helium Ballongas 0,00052 %
Krypton   0,000114 %
Hydrogen Brint 0,00005 %
Xenon   0,0000086 %

 

Desuden er der normalt et varierende indhold af vanddamp.

Lad os se på det væsentlige, Nitrogen og Oxygen, som er hovedindholdet. For gasser har man noget man kalder den kritiske punkt, som har tilsvarende kritisk temperatur og tryk.

Fasediagram for luftarter

For Oxygen er det 155 K eller -118 ˚C og 5,04 MPa (ca. 50 bar), for nitrogen er det 126 K eller - 147 ˚C og 3,39 MPa (ca. 34 bar). For atmosfærisk luft samlet er det 132 K (- 141 ˚C) og 3,77 MPa (ca. 37 bar). Det kritiske punkt for en luftart er den temperatur, hvor der ikke mere er forskel på væske og gas, bl.a. er der ingen væskeoverflade mere. Når man kommer under disse kritiske størrelser, vil man have væske og gas samt en overflade imellem dem. Ved lavere temperatur kan man også have luften som fast stof.

Flydende ilt i Dewarflaske

For at gøre luft flydende, skal man altså have en ret lav temperatur, og desuden et højt tryk. Ved endnu lavere temperaturer, (for oxygen - 183,0 ˚C og for nitrogen - 195,79 ˚C) er de kogende klare væsker ved 1 bar, dvs. de kan opbevares i et kar eller en termoflaske, indtil de er kogt væk.

Fast ilt

Kogende oxygen har et svagt blåt skær, nitrogen er vandlignende. Skal de være faste, må man sænke temperaturen for oxygen til  - 218,8 ˚C for nitrogen - 210 ˚C, de fremtræder så som hvidlige faste stoffer, det gælder så alle lavere temperaturer.

Jeg er ikke bekendt med, at fast oxygen og nitrogen anvendes til noget specielt. Flydende oxygen anvendes mange steder f.eks. på hospitaler, hvor det fordampes og anvendes til patienterne, men også til et antal industrielle formål.

Flydende nitrogen

Det kan være opbevaret i store hvide beholdere på 3-12 kubikmeter udenfor bygningerne, fordampes og sendes via rørsystemer til anvendelsesstederne, tilsvarende i industrien. Flydende nitrogen bruges i ret store mængder som kølemidler. Det opbevares også primært i store hvide tanke opstillet udenfor brugsstederne. Tankene fyldes fra tankbiler med isolerede tanke og specialudstyr til formålet. Skal det bruges mindre mængder eller (med egen lagerbeholder) lokalt tappes det på beholdere med hjul på 25, 50, 100 osv. liter og køres til brugsstedet.

Fast Nitrogen

Normalt trykkes det ud på samme måde, som en sifon virker, ved at have et rør til bunden og sætte et lille overtryk på beholderen. I lokaler hvor der anvendes meget nitrogen, har man normalt en iltalarm, som kan advare om for lavt iltindhold i luften (for meget nitrogen).

Flydende gas i kontakt med huden giver omgående alvorlige forfrysninger og kan give andre alvorlige skader. Flydende Ilt specielt er uhyre fraligt, fordi selv mindre lokal opvarmning kan bevirke voldsomme brande i områder med højt iltindhold. Man anvender derfor normalt ikke flydende luft men flydende nitrogen til kølingsformål. For højt iltindhold i et lokale siges at kunne påvirke tilstedeværende, så de bliver let overstadige. For højt nitrogenindhold i et lokale kan give alt fra hovedpine til bevidstløshed og død afhængigt af, hvor meget oxygen der er tilbage.

Der er en række firmaer der forhandler og producere disse væsker her i landet. Som biprodukter kan man have Argon og andre ædelgasse0r, som bl.a. anvendes i reklame lysrør og argon også som beskyttelsesgas (holder ilten væk fra arbejdsområdet) ved svejsning mm.

Flydende luft og ved destillation flydende nitrogen blev først fremstillet på Jagiellonian Universitetet i Krakow (Polen) 1883 af fysikerne Zygmunt Florenty Wróblewski (Po, 1845 – 1888) og Karol Stanisław Olszewski (Po, 1846 – 1915).

Med venlig hilsen
Malte Olsen