Ελαφρύτερα από τον αέρα υλικά

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Πήδηση στην πλοήγηση Πήδηση στην αναζήτηση

Ο όρος ελαφρύτερα από τον αέρα αναφέρεται σε υλικά (συνήθως αέρια) που είναι ελαφρά στον αέρα επειδή έχουν μέση πυκνότητα χαμηλότερη από αυτή του αέρα. Ο ξηρός αέρας έχει πυκνότητα περίπου 1,29 g/L (γραμμάρια ανά λίτρο) σε κανονικές συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης (STP), και μέση μοριακή μάζα 28,97 g/mol.[1]

Μερικά από αυτά τα αέρια χρησιμοποιούνται ως αέρια ανύψωσης σε ελαφρύτερα από τον αέρα αεροσκάφη, στα οποία περιλαμβάνονται τα ελεύθερα αερόστατα, τα προσδεμένα αερόστατα και τα αερόπλοια, για να κάνουν ολόκληρο το σκάφος, μεσοσταθμικά, ελαφρύτερο από τον αέρα. (Στα βαρύτερα από τον αέρα αεροσκάφη περιλαμβάνονται τα αεροπλάνα, τα ανεμόπτερα και τα ελικόπτερα).

Χρήση ως αέριο ανύψωσης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Θερμός αέρας[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο θερμός αέρας χρησιμοποιείται συχνά στα αερόστατα αναψυχής. Ο θερμός αέρας είναι ελαφρύτερος από τον αέρα στην θερμοκρασία περιβάλλοντος, σε τέτοιο βαθμό ώστε να πλησιάζει το νόμο των ιδανικών αερίων.[2]

Νέον[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το νέον (πυκνότητα 0,900 g/L σε κανονικές συνθήκες, μέση ατομική μάζα 20,17g/mol) είναι ελαφρύτερο από τον αέρα και έχει τη δυνατότητα ανύψωσης ενός αεροστάτου. Ωστόσο, είναι σχετικά σπάνιο στην Γη, ακριβό και μεταξύ των βαρύτερων εκ των ανυψωτικών αερίων.[3]

Υδρατμοί[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι υδρατμοί (πυκνότητα 0,804 g/L σε κανονικές συνθήκες, μέση μοριακή μάζα 18,015 g/mol) είναι ελαφρύτεροι από τον αέρα, και έχουν χρησιμοποιηθεί επιτυχώς ως ανυψωτικό αέριο. Γενικά είναι μη πρακτικοί λόγω του υψηλού σημείο βρασμού και της συμπύκνωσης.[4]

Αμμωνία[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η αμμωνία (πυκνότητα 0,769 g/L σε κανονικές συνθήκες,[5] μέση μοριακή μάζα 17,03 g/mol) έχει χρησιμοποιηθεί για το φούσκωμα μετεωρολογικών αεροστάτων. Λόγω του σχετικά υψηλού σημείου βρασμού της (σε σύγκριση με το ήλιο και το υδρογόνο), η αμμωνία μπορεί να δυνητικά να ψυχθεί και να υγροποιηθεί σε ένα αερόπλοιο ώστε να μειωθεί η άνωση και να προστεθεί έρμα (και να επιστρέψει σε κατάσταση αερίου ώστε να αυξηθεί η άνωση και να μειωθεί το έρμα).[6]

Μεθάνιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το μεθάνιο (πυκνότητα 0,716 g/L σε κανονικές συνθήκες, μέση μοριακή μάζα 16,04 g/mol) είναι το κύριο συστατικό του φυσικού αερίου και μερικές φορές χρησιμοποιείται ως αέριο ανύψωσης όταν δεν υπάρχει διαθέσιμο υδρογόνο ή ήλιο. Έχει το πλεονέκτημα να μην στάζει τόσο γρήγορα στα τοιχώματα του αεροστάτου όσο το υδρογόνο και το ήλιο που έχουν μικρά μόρια. Πολλά ελαφρύτερα από τον αέρα αερόστατα είναι κατασκευασμένα από επαργιλωμένο πλαστικό που περιορίζει αυτές τις διαρροές. Το υδρογόνο και το ήλιο στάζουν γρήγορα μέσω των πλαστικών αεροστάτων.[7]

Υδρογόνο και ήλιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το υδρογόνο (πυκνότητα 0,090 g/L σε κανονικές συνθήκες, μέση μοριακή μάζα 2,016 g/mol) και το ήλιο (πυκνότητα 0,179 g/L σε κανονικές συνθήκες, μέση μοριακή μάζα 4,003 g/mol) είναι τα πιο συνηθισμένα αέρια ανύψωσης. Αν και το ήλιο έχει το διπλάσιο βάρος από το (διατομικό) υδρογόνο, αμφότερα είναι ελαφρύτερα από τον αέρα και αυτή η διαφορά έχει αποτέλεσμα μόνο 8% περισσότερη άνωση για το υδρογόνο από το ήλιο.[8]

Σε πρακτικά πηδαλιουχούμενα μοντέλα, η διαφορά είναι σημαντική, φτάνοντας σε 50% σε αερόστατο με γεμάτες δεξαμενές καυσίμων και έτσι το βεληνεκές του αυξάνεται σημαντικά.[9]

Το ήλιο έχει, όμως, ένα πλεονέκτημα. Η καύση του είναι απίθανη, ενώ το υδρογόνο είναι εξαιρετικά εύφλεκτο, όπως φάνηκε στην καταστροφή του Χίντενμπουργκ.

Άλλα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Άζωτο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το αέριο άζωτο (πυκνότητα 1,251 g/L σε κανονικές συνθήκες, μέση ατομική μάζα 28,00 g/mol) είναι περίπου 3% ελαφρύτερο από τον αέρα, ανεπαρκές για κανονική χρήση ως ανυψωτικό αέριο.[10]

Αντιδραστικά αέρια[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Το υδροφθόριο είναι μη πρακτικό για χρήση ως αέριο ανύψωσης μιας και είναι εξαιρετικά αντιδραστικό και τοξικό.[11]

Το βόριο μπορεί να συνδυαστεί με υδρογόνο, αλλά το βοράνιο σχηματίζει διμερή και συμπλέγματα αντί για μονομερή. Το διβοράνιο είναι λίγο ελαφρύτερο από τον αέρα, αλλά εκρήγνυται στιγμιαία μόλις αναμιχθεί με αέρα.

Στερεά[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Από το 2002, το αεροπήκτωμα διατηρούσε το Παγκόσμιο Ρεκόρ Γκίνες για το λιγότερο πυκνό (ελαφρύτερο) στερεό.[12] Το αεροπήκτωμα αποτελείται περισσότερο από αέρα επειδή η δομή του είναι σαν αυτή ενός εξαιρετικά απορροφητικού σπόγγου.[13] Έτσι, η ελαφρότητα του και η χαμηλή πυκνότητα είναι κυρίως λόγω της μεγάλης αναλογίας αέρα εντός του στερεού και όχι τόσο λόγω των σιλικονούχων υλικών κατασκευής. Εκμεταλλευόμενο το γεγονός αυτή, το SEAgel, που ανήκει στην ίδια οικογένεια με το αεροπήκτωμα αλλά είναι κατασκευασμένο από άγαρ, μπορεί να φουσκωθεί με αέριο ήλιο ώστε να δημιουργηθεί στερεό το οποίο επιπλέει όταν βρίσκεται σε ανοιχτή δεξαμενή γεμάτη με πυκνό αέριο.[14]

Το 2012, ανακοινώθηκε η ανακάλυψη του αερογραφίτη, σπάζοντας το ρεκόρ του λιγότερο πυκνού υλικού κατά μόνο 0,2 mg/cm3 (0,2 kg/m3).[15][16]

Να σημειωθεί πως τα προαναφερθέντα στερεά δεν επιπλέουν στον αέρα λόγω του γεμίσματος με αέρα των κοίλων περιοχών μέσα τους. Δεν έχουν κατασκευαστεί ελαφρύτερα από τον αέρα μήτρα ή κέλυφος τα οποία να διαθέτουν ισχυρό κενό.

Δείτε επίσης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Παραπομπές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. «Air - Molecular Mass». www.engineeringtoolbox.com. Ανακτήθηκε στις 08-04-2017.  Ελέγξτε τις τιμές ημερομηνίας στο: |accessdate= (βοήθεια)
  2. Transportation, U. S. Department of. (U.S.), Federal Aviation Administration (2008). Balloon Flying Handbook 2008. USA: Government Printing Office, σελ. 11-6. ISBN 9780160869433. https://books.google.gr/books?id=khgsAq5voHMC&pg=SA11-PA6. 
  3. Sears, Wheeler M. (2015). Helium: The Disappearing Element. USA: Springer, σελ. 4. ISBN 9783319151236. https://books.google.gr/books?id=5SvABgAAQBAJ&pg=PA4. 
  4. Yajima, Nobuyuki. Izutsu, Naoki (2009). Scientific Ballooning: Technology and Applications of Exploration Balloons Floating in the Stratosphere and the Atmospheres of Other Planets. USA: Springer Science & Business Media, σελ. 182. ISBN 9780387097275. https://books.google.gr/books?id=_iEHI7Nh6yYC&pg=PA182. 
  5. «Gases - Density». www.engineeringtoolbox.com. Ανακτήθηκε στις 08-04-2017.  Ελέγξτε τις τιμές ημερομηνίας στο: |accessdate= (βοήθεια)
  6. Carson, Ward W.. Peters, Penn A. (1971). Gross static lifting capacity of logging balloons. USA: Pacific Northwest Forest and Range Experiment Station, Forest Service, U.S. Dept. of Agriculture, σελ. 3. https://books.google.gr/books?id=yuNITEmnAr8C&pg=PA3. 
  7. «Balloon Lift with Lighter than Air Gases». www.chem.hawaii.edu. University of Hawaii, Manoa. Ανακτήθηκε στις 8 Απριλίου 2017. 
  8. Acton, Asthon D. (2013). Alkanes—Advances in Research and Application: 2013 Edition. Atlanta, Georgia: ScholarlyEditions, σελ. 336. ISBN 9781481684651. https://books.google.gr/books?id=YSVIXJTEZJ8C&pg=PA336. 
  9. «Aeronautics: Helium vs. Hydrogen». TIME. 1924. Ανακτήθηκε στις 08-04-2017.  Ελέγξτε τις τιμές ημερομηνίας στο: |accessdate= (βοήθεια)
  10. Nardone, Paul J. (2009). Well Testing Project Management: Onshore and Offshore Operations. Oxford: Gulf Professional Publishing, σελ. 70. ISBN 9780080879079. https://books.google.gr/books?id=iszmEsx04WQC&pg=PA70. 
  11. Fire, Frank L. (2009). The Common Sense Approach to Hazardous Materials. Tulsa, Oklahoma: Fire Engineering Books, σελ. 188. ISBN 9781593701949. https://books.google.gr/books?id=6AGGHbXVpSsC&pg=PA188. 
  12. Stenger, Stenger (09-05-2002). «CNN.com - NASA's 'frozen smoke' named lightest solid - May 9, 2002». edition.cnn.com. Ανακτήθηκε στις 08-04-2017.  Ελέγξτε τις τιμές ημερομηνίας στο: |accessdate=, |date= (βοήθεια)
  13. KQED (15-04-2008), QUEST Lab: Aerogel - KQED QUEST, https://www.youtube.com/watch?v=kHnen2nSmDY, ανακτήθηκε στις 08-04-2017 
  14. Grommo (20-06-2008), SEAgel Aerogel lighter than air solid. Not a UFO, https://www.youtube.com/watch?v=HoCAxS4vqwQ, ανακτήθηκε στις 08-04-2017 
  15. Yirka, Bob (13-07-2012). «New carbon nanotube struructure aerographite is lightest material champ». Phys.org. doi:10.1002/adma.201200491. Ανακτήθηκε στις 08-04-2017.  Ελέγξτε τις τιμές ημερομηνίας στο: |accessdate=, |date= (βοήθεια)
  16. «Aerographit: Leichtestes Material der Welt entwickelt - SPIEGEL ONLINE» (στα Γερμανικά). Spiegel.de. 11-07-2012. Ανακτήθηκε στις 24-11-2017.  Ελέγξτε τις τιμές ημερομηνίας στο: |accessdate=, |date= (βοήθεια)

Εξωτερικοί σύνδεσμοι[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]