Em formação

Respirando vapor de água


O ar normal consiste em oxigênio, CO₂ e nitrogênio, com vestígios de água etc.

Agora imagine deslocar todos os gases, exceto o oxigênio, por vapor d'água. Por vapor de água não quero dizer vapor quente ou névoa. Apenas água gasosa.

A questão é se isso seria benéfico ou prejudicial para os humanos, e até que ponto? E presumindo que não seja mortal, em que circunstâncias pode ser útil?

Uma coisa que estou me perguntando em particular são os mergulhos profundos e as aplicações em grandes altitudes. Ter nenhum ou baixo teor de nitrogênio em tal mistura de ar artificial ajudaria a evitar o mal da descompressão. E alguém pensaria que o vapor d'água é pelo menos mais barato do que o oxigênio puro (também pode ser mais seguro e ter menos efeitos colaterais).


Só porque você removeu o nitrogênio e o CO₂ não o ajudará a manter uma pressão de vapor mais alta de H₂O no ar. Você poderia REMOVER todos os outros gases e apenas ter O₂ em sua pressão parcial normal a 1/5 bar de pressão total e respiração fina, mas haveria um risco de incêndio neste ambiente devido à ausência de moléculas de O₂ para extinguir o O₂ excitado.

A única maneira de ter uma pressão de vapor de H₂O alta o suficiente para algo como um mergulho seria aquecê-lo, mas não acho que uma golfada de vapor de água muito quente seria muito bom para você.

Você não pode simplesmente pressurizar o vapor de água para qualquer pressão que desejar; ele se condensará com bastante facilidade.

Para evitar os efeitos tóxicos do nitrogênio, os mergulhadores costumam usar o hélio para substituí-lo, pois o oxigênio puro é mortal em altas pressões.


Como lidar com a dificuldade de respiração em clima úmido

A umidade em si é fantástica e agradável, é por isso que a maioria de nós busca os melhores umidificadores, mas a dificuldade de respirar em clima úmido por algumas pessoas causou muitos problemas respiratórios que precisam ser resolvidos.

O ar úmido é aquele ar densamente preenchido com umidade, como visto na floresta tropical. Na maioria dos casos, o ar é úmido e a temperatura tende a ficar mais alta do que no ar menos úmido devido à evaporação ineficaz.

Neste artigo, vamos lançar mais luz sobre as perguntas mais frequentes sobre a relação entre o ar úmido e a respiração.


Respirando

Respirando é o processo pelo qual o ar rico em oxigênio é levado para dentro do corpo de um organismo e o ar rico em dióxido de carbono é expelido do corpo (com a ajuda dos órgãos respiratórios). Organismos diferentes têm órgãos respiratórios diferentes.

A respiração no ser humano se dá por meio dos órgãos chamados pulmões.

A entrada de ar rico em oxigênio no corpo durante a respiração é chamada & # 8216 inalação & # 8217 e distribuir (ou expulsar) o ar rico em dióxido de carbono é chamado & # 8216exalação & # 8217. Tanto a inalação quanto a exalação ocorrem regularmente durante a respiração.

UMA respiração significa uma inspiração mais uma expiração.

Nós & # 8216 inspiramos & # 8217 ar para fornecer oxigênio às células do nosso corpo (para a quebra dos alimentos para liberar energia) e expiramos & # 8217 para remover o dióxido de carbono do nosso corpo (que é produzido durante a quebra de comida nas células)

Respirar é um processo contínuo que ocorre o tempo todo e ao longo de nossa vida e de outros animais e também das plantas.

Os montanhistas carregam cilindros de oxigênio para respirar porque a quantidade de ar disponível para uma pessoa respirar em grandes altitudes é muito menor do que a disponível no solo.

Taxa de Respiração

O número de vezes que uma pessoa respira em um minuto é chamado taxa de respiração.

A taxa média de respiração em um ser humano adulto em repouso é de 15 a 18 vezes por minuto. As mulheres respiram um pouco mais rápido do que os homens.

A taxa de respiração de uma pessoa muda de acordo com as necessidades de oxigênio do corpo.

1) A taxa de respiração de uma pessoa é mais lenta quando ela está dormindo porque o corpo requer energia mínima durante o sono, que pode ser fornecida por uma taxa de respiração lenta.

2) A taxa de respiração de uma pessoa aumenta com aumento da atividade física (como exercícios, corrida, levantamento de peso, etc.). Quando a taxa de respiração aumenta, maior quantidade de ar vai para os pulmões. Com mais ar indo para os pulmões, o sangue pode absorver oxigênio em um ritmo mais rápido. Assim, a respiração mais rápida fornece mais oxigênio para as células do corpo para a produção de mais energia (pela rápida quebra de alimentos) necessária para fazer exercícios físicos pesados, etc.

Quando corremos, também respiramos profundamente para inalar mais ar (e obter mais oxigênio) para a liberação rápida da energia dos alimentos. UMAthlete respira mais rápido e mais profundamente do que o normal, mesmo depois de terminar uma corrida. Isso ocorre porque durante a corrida, os músculos das pernas do atleta produziram energia extra fazendo respiração anaeróbica (sem usar oxigênio). Ao respirar mais rápido e profundamente, o atleta está devolvendo aos músculos oxigênio que não poderia dar mais cedo na hora da corrida.

Sentimos fome depois de fazer um exercício físico pesado . Isso ocorre porque, para fornecer energia extra para a realização de exercícios físicos pesados, a comida se decompôs muito rapidamente (pela respiração mais rápida) e nos fez sentir fome.

As crianças respiram cerca de 20 a 30 vezes por minuto

Mecanismo de Respiração

O processo de respiração ocorre em nossos pulmões.

(1) Os pulmões são conectados às nossas narinas (orifícios no nariz) através da passagem nasal (ou cavidade nasal) e da traqueia.

(2) Quando inspiramos o ar, ele entra em nossas narinas, atravessa a passagem nasal e a traqueia e atinge nossos pulmões.

(3) Nossos dois pulmões ficam pendurados em um espaço hermético em nosso corpo chamado cavidade torácica.

(4) Em torno dos lados da cavidade torácica está a caixa torácica com camadas de músculos entre as costelas.

(5) A caixa torácica envolve os pulmões. Na parte inferior da cavidade torácica existe uma lâmina curva de músculo chamada diafragma.

(6) A respiração envolve os movimentos da caixa torácica e do diafragma.

(a) Inspirando: Quando inspiramos (ou inspiramos), duas coisas acontecem ao mesmo tempo

(1) Os músculos entre as costelas se contraem, fazendo com que a caixa torácica se mova para cima e para fora, e

(2) o diafragma se contrai e se move para baixo.

O movimento para cima e para fora da caixa torácica, bem como o movimento para baixo do diafragma, aumentam o espaço na cavidade torácica e a tornam maior. À medida que a cavidade torácica se torna maior, o ar é sugado de fora para os pulmões. Os pulmões ficam cheios de ar e se expandem.

(b) Expiração: Quando expiramos (ou expiramos), duas coisas acontecem ao mesmo tempo

(1) Os músculos entre as costelas relaxam, fazendo com que a caixa torácica se mova para baixo e para dentro e

(2) o diafragma relaxa e se move para cima.

O movimento para baixo e para dentro da caixa torácica, bem como o movimento para cima do diafragma, diminuem o espaço na cavidade torácica e o tornam menor. À medida que a cavidade torácica fica menor, o ar é expelido dos pulmões.

Pessoas diferentes podem expandir seus tórax em quantidades diferentes.

Podemos medir a expansão máxima no tamanho do tórax da seguinte maneira: Primeiro meça o tamanho do tórax com uma fita métrica enquanto prende a respiração, depois de expirar normalmente. Em seguida, respire fundo (de modo a causar expansão máxima no tórax), prenda a respiração por um tempo e meça o tamanho do tórax nesta posição expandida. A diferença nas duas leituras da fita métrica dará a expansão máxima no tamanho do peito que pode ser conseguido por nós.


Conteúdo

Edição de evaporação

Sempre que uma molécula de água deixa uma superfície e se difunde em um gás circundante, diz-se que ela evaporou. Cada molécula de água individual que faz a transição entre um estado mais associado (líquido) e um menos associado (vapor / gás) faz isso por meio da absorção ou liberação de energia cinética. A medição agregada dessa transferência de energia cinética é definida como energia térmica e ocorre apenas quando há diferencial de temperatura das moléculas de água. A água líquida que se transforma em vapor de água leva uma parcela de calor com ela, em um processo chamado resfriamento evaporativo. [5] A quantidade de vapor d'água no ar determina a frequência com que as moléculas retornam à superfície. Quando ocorre uma evaporação líquida, o corpo d'água passa por um resfriamento direto relacionado à perda de água.

Nos Estados Unidos, o Serviço Meteorológico Nacional mede a taxa real de evaporação de uma superfície de água aberta "pan" padronizada ao ar livre, em vários locais em todo o país. Outros fazem o mesmo em todo o mundo. Os dados dos EUA são coletados e compilados em um mapa de evaporação anual. [6] As medidas variam de menos de 30 a mais de 120 polegadas por ano. As fórmulas podem ser usadas para calcular a taxa de evaporação de uma superfície de água, como uma piscina. [7] [8] Em alguns países, a taxa de evaporação excede em muito a taxa de precipitação.

O resfriamento evaporativo é restringido pelas condições atmosféricas. A umidade é a quantidade de vapor d'água no ar. O conteúdo de vapor do ar é medido com dispositivos conhecidos como higrômetros. As medições são geralmente expressas como umidade específica ou umidade relativa percentual. As temperaturas da atmosfera e da superfície da água determinam a pressão de vapor de equilíbrio. 100% de umidade relativa ocorre quando a pressão parcial do vapor de água é igual à pressão de vapor de equilíbrio. Essa condição costuma ser chamada de saturação completa. A umidade varia de 0 grama por metro cúbico em ar seco a 30 gramas por metro cúbico (0,03 onça por pé cúbico) quando o vapor está saturado a 30 ° C. [9]

Edição de Sublimação

Sublimação é o processo pelo qual as moléculas de água deixam diretamente a superfície do gelo sem antes se tornarem água líquida. A sublimação é responsável pelo lento desaparecimento no meio do inverno do gelo e da neve em temperaturas muito baixas para causar derretimento. A Antártica mostra esse efeito em um grau único porque é de longe o continente com a menor taxa de precipitação na Terra. Como resultado, existem grandes áreas onde camadas milenares de neve sublimam, deixando para trás quaisquer materiais não voláteis que continham. Isso é extremamente valioso para certas disciplinas científicas, um exemplo dramático sendo a coleção de meteoritos que são deixados expostos em números incomparáveis ​​e excelentes estados de preservação.

A sublimação é importante na preparação de certas classes de espécimes biológicos para microscopia eletrônica de varredura. Normalmente, os espécimes são preparados por criofixação e fratura por congelamento, após o que a superfície quebrada é congelada, sendo erodida pela exposição ao vácuo até mostrar o nível de detalhe necessário. Esta técnica pode exibir moléculas de proteínas, estruturas de organelas e bicamadas lipídicas com graus muito baixos de distorção.

Edição de Condensação

O vapor de água só se condensará em outra superfície quando essa superfície estiver mais fria do que a temperatura do ponto de orvalho ou quando o equilíbrio do vapor de água no ar for excedido. Quando o vapor de água se condensa em uma superfície, ocorre um aquecimento global naquela superfície. [10] A molécula de água traz consigo energia térmica. Por sua vez, a temperatura da atmosfera cai ligeiramente. [11] Na atmosfera, a condensação produz nuvens, neblina e precipitação (geralmente apenas quando facilitada por núcleos de condensação de nuvens). O ponto de orvalho de um pacote de ar é a temperatura à qual ele deve esfriar antes que o vapor de água no ar comece a condensar. A condensação na atmosfera forma gotículas de nuvem.

Além disso, uma condensação líquida de vapor de água ocorre em superfícies quando a temperatura da superfície está igual ou abaixo da temperatura do ponto de orvalho da atmosfera. A deposição é uma transição de fase separada da condensação que leva à formação direta de gelo a partir do vapor de água. Geada e neve são exemplos de deposição.

Existem vários mecanismos de resfriamento pelos quais ocorre a condensação: 1) Perda direta de calor por condução ou radiação. 2) Resfriamento pela queda da pressão do ar que ocorre com o aumento do ar, também conhecido como resfriamento adiabático. O ar pode ser levantado por montanhas, que desviam o ar para cima, por convecção e por frentes frias e quentes. 3) Resfriamento Advective - resfriamento devido ao movimento horizontal do ar.

Reações químicas Editar

Várias reações químicas têm a água como produto. Se as reações ocorrerem em temperaturas superiores ao ponto de orvalho do ar circundante, a água se formará na forma de vapor e aumentará a umidade local, se abaixo do ponto de orvalho ocorrerá condensação local. As reações típicas que resultam na formação de água são a queima de hidrogênio ou hidrocarbonetos no ar ou outras misturas de gases contendo oxigênio, ou como resultado de reações com oxidantes.

De forma semelhante, outras reações químicas ou físicas podem ocorrer na presença de vapor de água, resultando na formação de novos produtos químicos, como ferrugem em ferro ou aço, polimerização ocorrendo (certas espumas de poliuretano e colas de cianoacrilato curam com exposição à umidade atmosférica) ou mudanças de formas como quando os produtos químicos anidros podem absorver vapor suficiente para formar uma estrutura cristalina ou alterar uma existente, às vezes resultando em mudanças de cor características que podem ser usadas para medição.

Edição de Medição

Medir a quantidade de vapor d'água em um meio pode ser feito diretamente ou remotamente com vários graus de precisão. Métodos remotos, como a absorção eletromagnética, são possíveis a partir de satélites acima da atmosfera planetária. Os métodos diretos podem usar transdutores eletrônicos, termômetros umedecidos ou materiais higroscópicos que medem mudanças nas propriedades físicas ou dimensões.

médio faixa de temperatura (degC) incerteza de medição frequência de medição típica custo do sistema notas
Psicrômetro de estilingue ar -10 a 50 baixo a moderado de hora em hora baixo
Espectroscopia baseada em satélite ar -80 a 60 baixo muito alto
Sensor capacitivo ar / gases -40 a 50 moderado 2 a 0,05 Hz médio propenso a se tornar saturado / contaminado ao longo do tempo
Sensor capacitivo aquecido ar / gases -15 a 50 moderado a baixo 2 a 0,05 Hz (dependente da temperatura) médio a alto propenso a se tornar saturado / contaminado ao longo do tempo
Sensor resistivo ar / gases -10 a 50 moderado 60 segundos médio propenso a contaminação
Célula de orvalho de cloreto de lítio ar -30 a 50 moderado contínuo médio veja a célula de orvalho
Cloreto de cobalto (II) ar / gases 0 a 50 Alto 5 minutos muito baixo frequentemente usado no cartão indicador de umidade
Espectroscopia de absorção ar / gases moderado Alto
Óxido de aluminio ar / gases moderado médio veja a análise de umidade
Óxido de silício ar / gases moderado médio veja a análise de umidade
Sorção piezoelétrica ar / gases moderado médio veja a análise de umidade
Eletrolítico ar / gases moderado médio veja a análise de umidade
Tensão do cabelo ar 0 a 40 Alto contínuo baixo a médio Afetado pela temperatura. Afetado adversamente por altas concentrações prolongadas
Nefelômetro ar / outros gases baixo muito alto
Pele de Goldbeater (peritônio de vaca) ar -20 a 30 moderado (com correções) lento, mais lento em temperaturas mais baixas baixo ref: Guia WMO para Instrumentos Meteorológicos e Métodos de Observação No. 8 2006, (páginas 1.12-1)
Lyman-alpha alta frequência Alto http://amsglossary.allenpress.com/glossary/search?id=lyman-alpha-hygrometer1 Requer calibração frequente
Higrômetro Gravimétrico muito baixo muito alto frequentemente chamado de fonte primária, padrões nacionais independentes desenvolvidos nos EUA, Reino Unido, UE e Japão
médio faixa de temperatura (degC) incerteza de medição frequência de medição típica custo do sistema notas

Impacto na densidade do ar Editar

O vapor de água é mais leve ou menos denso que o ar seco. [12] [13] Em temperaturas equivalentes, ele é flutuante em relação ao ar seco, pelo que a densidade do ar seco na temperatura e pressão padrão (273,15 K, 101,325 kPa) é 1,27 g / L e o vapor de água na temperatura padrão tem um vapor pressão de 0,6 kPa e a densidade muito mais baixa de 0,0048 g / L.

Edição de cálculos

Cálculos de densidade do vapor de água e do ar seco a 0 ° C:

  • A massa molar da água é 18,02 g / mol, calculada a partir da soma das massas atômicas de seus átomos constituintes.
  • A massa molar do ar (aprox. 78% de nitrogênio, N2 21% de oxigênio, O2 1% de outros gases) é 28,57 g / mol à temperatura e pressão padrão (STP).
  • Obedecendo à Lei de Avogadro e à lei dos gases ideais, o ar úmido terá uma densidade menor do que o ar seco. No máx. saturação (isto é, umidade relativa do ar = 100% a 0 ° C), a densidade cairá para 28,51 g / mol.
  • As condições de STP implicam em uma temperatura de 0 ° C, na qual a capacidade da água de se transformar em vapor é muito restrita. Sua concentração no ar é muito baixa a 0 ° C. A linha vermelha no gráfico à direita é a concentração máxima de vapor d'água esperada para uma determinada temperatura. A concentração de vapor de água aumenta significativamente à medida que a temperatura sobe, aproximando-se de 100% (vapor, vapor de água puro) a 100 ° C. No entanto, a diferença nas densidades entre o ar e o vapor de água ainda existiria (0,598 vs. 1,27 g / l).

Em temperaturas iguais Editar

Na mesma temperatura, uma coluna de ar seco será mais densa ou mais pesada do que uma coluna de ar contendo qualquer vapor de água, a massa molar de nitrogênio diatômico e oxigênio diatômico sendo ambos maiores do que a massa molar de água. Assim, qualquer volume de ar seco afundará se colocado em um volume maior de ar úmido. Além disso, um volume de ar úmido aumentará ou flutuará se colocado em uma região maior de ar seco. À medida que a temperatura aumenta, a proporção de vapor d'água no ar aumenta e sua flutuabilidade aumenta. O aumento da flutuabilidade pode ter um impacto atmosférico significativo, dando origem a correntes de ar ascendentes poderosas e ricas em umidade quando a temperatura do ar e do mar atinge 25 ° C ou mais. Este fenômeno fornece uma força motriz significativa para sistemas climáticos ciclônicos e anticiclônicos (tufões e furacões).

Respiração e respiração Editar

O vapor de água é um subproduto da respiração em plantas e animais. Sua contribuição para a pressão aumenta à medida que sua concentração aumenta. Sua contribuição da pressão parcial para a pressão do ar aumenta, diminuindo a contribuição da pressão parcial dos outros gases atmosféricos (Lei de Dalton). A pressão total do ar deve permanecer constante. A presença de vapor de água no ar dilui ou desloca naturalmente os outros componentes do ar à medida que sua concentração aumenta.

Isso pode afetar a respiração. Em ar muito quente (35 ° C), a proporção de vapor d'água é grande o suficiente para causar o entupimento que pode ser sentido em condições de selva úmida ou em edifícios mal ventilados.

Lifting gas Edit

O vapor de água tem densidade mais baixa do que a do ar e, portanto, flutua no ar, mas tem pressão de vapor mais baixa do que a do ar. Quando o vapor de água é usado como um gás de elevação por um dirigível térmico, o vapor de água é aquecido para formar vapor de modo que sua pressão de vapor seja maior do que a pressão do ar circundante, a fim de manter a forma de um "balão de vapor" teórico, que rende aproximadamente 60% a elevação do hélio e o dobro do ar quente. [14]

Discussão geral Editar

A quantidade de vapor de água em uma atmosfera é limitada pelas restrições de pressões parciais e temperatura. A temperatura do ponto de orvalho e a umidade relativa atuam como diretrizes para o processo de vapor d'água no ciclo da água. A entrada de energia, como a luz solar, pode desencadear mais evaporação na superfície do oceano ou mais sublimação em um pedaço de gelo no topo de uma montanha. o Saldo entre condensação e evaporação dá a quantidade chamada pressão parcial de vapor.

A pressão parcial máxima (pressão de saturação) de vapor de água no ar varia com a temperatura da mistura de ar e vapor de água. Existe uma variedade de fórmulas empíricas para esta quantidade, a fórmula de referência mais usada é a equação de Goff-Gratch para o SVP sobre água líquida abaixo de zero graus Celsius:

onde T, temperatura do ar úmido, é dado em unidades de kelvin e p é dado em unidades de milibares (hectopascais).

A fórmula é válida de cerca de −50 a 102 ° C, entretanto, há um número muito limitado de medições da pressão de vapor da água sobre a água líquida super-resfriada. Existem várias outras fórmulas que podem ser usadas. [15]

Sob certas condições, como quando a temperatura de ebulição da água é atingida, uma evaporação líquida sempre ocorrerá durante as condições atmosféricas padrão, independentemente da porcentagem de umidade relativa. Este processo imediato dispersará grandes quantidades de vapor d'água em uma atmosfera mais fria.

O ar exalado está quase totalmente em equilíbrio com o vapor de água na temperatura corporal. No ar frio, o vapor exalado condensa-se rapidamente, apresentando-se como névoa ou névoa de gotículas de água e como condensação ou geada nas superfícies. A condensação forçada dessas gotículas de água do ar exalado é a base do condensado do ar exalado, um teste de diagnóstico médico em evolução.

O controle do vapor de água no ar é uma preocupação fundamental na indústria de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC). O conforto térmico depende das condições do ar úmido. Situações de conforto não humano são chamadas de refrigeração e também são afetadas pelo vapor d'água. Por exemplo, muitas lojas de alimentos, como supermercados, utilizam armários refrigeradores abertos ou caixas de comida, o que pode diminuir significativamente a pressão do vapor de água (diminuindo a umidade). Essa prática oferece vários benefícios e também problemas.

A água gasosa representa um componente pequeno, mas ambientalmente significativo, da atmosfera. A porcentagem de vapor d'água no ar da superfície varia de 0,01% a -42 ° C (-44 ° F) [16] a 4,24% quando o ponto de orvalho é 30 ° C (86 ° F). [17] Aproximadamente 99,13% dele está contido na troposfera. A condensação do vapor d'água para a fase líquida ou de gelo é responsável por nuvens, chuva, neve e outras precipitações, todas as quais contam entre os elementos mais significativos do que experimentamos como clima. Menos obviamente, o calor latente de vaporização, que é liberado para a atmosfera sempre que ocorre condensação, é um dos termos mais importantes no balanço de energia atmosférica em escala local e global. Por exemplo, a liberação de calor latente na convecção atmosférica é diretamente responsável por alimentar tempestades destrutivas, como ciclones tropicais e tempestades severas. O vapor de água é o gás de efeito estufa mais potente devido à presença da ligação hidroxila que é fortemente absorvida na região infravermelha do espectro de luz.

O vapor de água é o "meio de trabalho" do motor termodinâmico atmosférico que transforma a energia térmica da irradiação solar em energia mecânica na forma de ventos. Transformar energia térmica em energia mecânica requer um nível de temperatura superior e inferior, bem como um meio de trabalho que se desloca para frente e para trás entre os dois. O nível superior de temperatura é dado pelo solo ou superfície da água da terra, que absorve a radiação solar que entra e aquece, evaporando a água. O ar úmido e quente no solo é mais leve do que o ambiente e sobe até o limite superior da troposfera. Lá, as moléculas de água irradiam sua energia térmica para o espaço sideral, resfriando o ar circundante. A atmosfera superior constitui o nível de temperatura inferior do motor termodinâmico atmosférico. O vapor de água no ar agora frio se condensa e cai no chão na forma de chuva ou neve. O agora mais pesado ar frio e seco afunda no solo, assim como o motor termodinâmico atmosférico estabelece uma convecção vertical, que transporta o calor do solo para a alta atmosfera, onde as moléculas de água podem irradiá-lo para o espaço sideral. Devido à rotação da Terra e às forças de Coriolis resultantes, esta convecção atmosférica vertical também se converte em convecção horizontal, na forma de ciclones e anticiclones, que transportam a água evaporada pelos oceanos para o interior dos continentes, permitindo o crescimento da vegetação . [18]

A água na atmosfera da Terra não está apenas abaixo de seu ponto de ebulição (100 ° C), mas na altitude, ela desce abaixo de seu ponto de congelamento (0 ° C), devido à atração altamente polar da água. Quando combinado com sua quantidade, o vapor de água tem um ponto de orvalho e um ponto de congelamento relevantes, ao contrário de e. g., dióxido de carbono e metano. O vapor de água, portanto, tem uma escala de altura uma fração daquela da atmosfera em massa, [19] [20] [21] já que a água condensa e sai, principalmente na troposfera, a camada mais baixa da atmosfera. [22] Dióxido de carbono (CO
2) e o metano, sendo apolar, eleva-se acima do vapor de água. A absorção e a emissão de ambos os compostos contribuem para a emissão da Terra para o espaço e, portanto, para o efeito estufa planetário. [20] [23] [24] Essa forçante de efeito estufa é diretamente observável, por meio de características espectrais distintas versus vapor de água, e está aumentando com o aumento do CO
2 níveis. [25] Por outro lado, a adição de vapor de água em grandes altitudes tem um impacto desproporcional, razão pela qual o metano (aumentando e, em seguida, oxidando em CO
2 e duas moléculas de água) e o tráfego de jato [26] [27] [28] têm efeitos de aquecimento desproporcionalmente altos.

É menos claro como a nebulosidade responderia ao aquecimento do clima dependendo da natureza da resposta; as nuvens poderiam ampliar ainda mais ou mitigar parcialmente o aquecimento dos gases de efeito estufa de longa duração.

Na ausência de outros gases de efeito estufa, o vapor de água da Terra se condensaria na superfície [29] [30] [31], isso provavelmente aconteceu, possivelmente mais de uma vez. Os cientistas, portanto, distinguem entre gases de efeito estufa não condensáveis ​​(direcionadores) e condensáveis ​​(direcionados), ou seja, o feedback de vapor de água acima. [32] [33] [34]

O nevoeiro e as nuvens formam-se através da condensação em torno dos núcleos de condensação das nuvens. Na ausência de núcleos, a condensação só ocorrerá em temperaturas muito mais baixas. Sob condensação ou deposição persistente, formam-se gotículas de nuvens ou flocos de neve, que precipitam quando atingem uma massa crítica.

O conteúdo de água da atmosfera como um todo é constantemente esgotado pela precipitação. Ao mesmo tempo, é constantemente reabastecido pela evaporação, principalmente nos oceanos, lagos, rios e terra úmida. Outras fontes de água atmosférica incluem combustão, respiração, erupções vulcânicas, transpiração de plantas e vários outros processos biológicos e geológicos. A qualquer momento, há 1,29 x 10 16 l (3,4 x 10 15 gal.) De água na atmosfera. A atmosfera contém 1 parte em 2.500 da água doce e 1 parte em 100.000 do total de água da Terra. O conteúdo global médio de vapor d'água na atmosfera é aproximadamente suficiente para cobrir a superfície do planeta com uma camada de água líquida de cerca de 1 cm de profundidade. A precipitação média anual do planeta é de cerca de 1 metro, o que implica uma rápida rotação da água no ar - em média, o tempo de residência de uma molécula de água na troposfera é de cerca de 9 a 10 dias. [35]

Episódios de atividade geotérmica de superfície, como erupções vulcânicas e gêiseres, liberam quantidades variáveis ​​de vapor d'água na atmosfera. Essas erupções podem ser grandes em termos humanos, e grandes erupções explosivas podem injetar massas de água excepcionalmente grandes na atmosfera, mas como uma porcentagem da água atmosférica total, o papel de tais processos é trivial. As concentrações relativas dos vários gases emitidos pelos vulcões variam consideravelmente de acordo com o local e com o evento particular em qualquer local. No entanto, o vapor de água é consistentemente o gás vulcânico mais comum como regra, ele compreende mais de 60% das emissões totais durante uma erupção subaerial. [36]

O conteúdo de vapor de água atmosférico é expresso usando várias medidas. Isso inclui pressão de vapor, umidade específica, proporção de mistura, temperatura do ponto de orvalho e umidade relativa.


Troca de gás em Alvéolos

Diferenças nas pressões parciais de O2 cria um gradiente que faz com que o oxigênio se mova dos alvéolos para os capilares e para os tecidos.

Objetivos de aprendizado

Explique o processo de troca gasosa através dos alvéolos

Principais vantagens

Pontos chave

  • A mudança na pressão parcial dos alvéolos (alta concentração) para os capilares (baixa concentração) leva o oxigênio para o tecido e o dióxido de carbono para o sangue (alta concentração) dos tecidos (baixa concentração), que é então devolvido ao pulmões e exalado.
  • Uma vez no sangue dos capilares, o O2 liga-se à hemoglobina nos glóbulos vermelhos que a transportam para os tecidos, onde se dissocia para entrar nas células dos tecidos.
  • Os pulmões nunca se esvaziam totalmente, de modo que o ar inalado se mistura com o ar residual da respiração anterior, resultando em uma pressão parcial de oxigênio mais baixa nos alvéolos.

Termos chave

  • hemoglobina: substância contendo ferro nas células vermelhas do sangue que transporta oxigênio dos pulmões para o resto do corpo consiste em uma proteína (globulina) e heme (um anel de porfirina com ferro em seu centro)
  • toupeira: no Sistema Internacional de Unidades, a unidade básica da quantidade de substância

Troca de gás em Alvéolos

No corpo humano, o oxigênio é usado pelas células dos tecidos do corpo para produzir ATP, enquanto o dióxido de carbono é produzido como um produto residual. A relação entre a produção de dióxido de carbono e o consumo de oxigênio é chamada de quociente respiratório (RQ), que normalmente varia entre 0,7 e 1,0. Se a glicose sozinha fosse usada para alimentar o corpo, o RQ seria igual a um, pois um mol de dióxido de carbono seria produzido para cada mol de oxigênio consumido. A glicose, entretanto, não é o único combustível para o corpo, tanto as proteínas quanto as gorduras são usadas. Uma vez que glicose, proteínas e gorduras são usadas como fontes de combustível, menos dióxido de carbono é produzido do que oxigênio é consumido, o RQ é, em média, cerca de 0,7 para gordura e cerca de 0,8 para proteína.

O RQ é um fator chave porque é usado para calcular a pressão parcial de oxigênio nos espaços alveolares dentro do pulmão: o PO alveolar2 (PALVO2) Os pulmões nunca se esvaziam totalmente com uma expiração, portanto, o ar inspirado se mistura com esse ar residual, diminuindo a pressão parcial de oxigênio nos alvéolos. Isso resulta em uma concentração menor de oxigênio nos pulmões do que no ar fora do corpo. Quando o RQ é conhecido, a pressão parcial de oxigênio nos alvéolos pode ser calculada: PO alveolar2 = PO inspirado2- ((PO alveolar2) / RQ)

Nos pulmões, o oxigênio se difunde para fora dos alvéolos e para os capilares ao redor dos alvéolos. O oxigênio (cerca de 98 por cento) liga-se reversivelmente à hemoglobina do pigmento respiratório encontrada nas células vermelhas do sangue. Esses glóbulos vermelhos transportam oxigênio para os tecidos onde o oxigênio se dissocia da hemoglobina, difundindo-se nas células dos tecidos. Mais especificamente, PO alveolar2 é mais alto nos alvéolos (PALVO2= 100mmHg) do que sangue PO2 nos capilares (40mmHg). Uma vez que este gradiente de pressão existe, o oxigênio pode se difundir para baixo em seu gradiente de pressão, movendo-se para fora dos alvéolos e entrando no sangue dos capilares onde O2 liga-se à hemoglobina. Ao mesmo tempo, PCO alveolar2 é menor (PALV CO2= 40mmHg) do que PCO sanguíneo2 (45 mmHg). Devido a este gradiente, CO2 difunde-se por seu gradiente de pressão, saindo dos capilares e entrando nos alvéolos.

O oxigênio e o dióxido de carbono se movem independentemente um do outro, difundindo-se em seus próprios gradientes de pressão. À medida que o sangue sai dos pulmões pelas veias pulmonares, o PO venoso2= 100mmHg, enquanto o venoso PCO2= 40mmHg. Conforme o sangue entra nos capilares sistêmicos, o sangue perde oxigênio e ganha dióxido de carbono por causa da diferença de pressão entre os tecidos e o sangue. Em capilares sistêmicos, PO2= 100mmHg, mas nas células do tecido, PO2= 40mmHg. Esse gradiente de pressão impulsiona a difusão do oxigênio para fora dos capilares e para as células do tecido. Ao mesmo tempo, sangue PCO2=40mmHg and systemic tissue PCO2=45mmHg. The pressure gradient drives CO2 out of tissue cells and into the capillaries. The blood returning to the lungs through the pulmonary arteries has a venous PO2=40mmHg and a PCO2=45mmHg. The blood enters the lung capillaries where the process of exchanging gases between the capillaries and alveoli begins again.

Partial pressures: The partial pressures of oxygen and carbon dioxide change as blood moves through the body.

In short, the change in partial pressure from the alveoli to the capillaries drives the oxygen into the tissues and the carbon dioxide into the blood from the tissues. The blood is then transported to the lungs where differences in pressure in the alveoli result in the movement of carbon dioxide out of the blood into the lungs and oxygen into the blood.


Gas Exchange across the Alveoli

In the body, oxygen is used by cells of the body’s tissues and carbon dioxide is produced as a waste product. The ratio of carbon dioxide production to oxygen consumption is the respiratory quotient (RQ) . RQ varies between 0.7 and 1.0. If just glucose were used to fuel the body, the RQ would equal one. One mole of carbon dioxide would be produced for every mole of oxygen consumed. Glucose, however, is not the only fuel for the body. Protein and fat are also used as fuels for the body. Because of this, less carbon dioxide is produced than oxygen is consumed and the RQ is, on average, about 0.7 for fat and about 0.8 for protein.

The RQ is used to calculate the partial pressure of oxygen in the alveolar spaces within the lung, the alveolar PO2 Above, the partial pressure of oxygen in the lungs was calculated to be 150 mm Hg. However, lungs never fully deflate with an exhalation therefore, the inspired air mixes with this residual air and lowers the partial pressure of oxygen within the alveoli. This means that there is a lower concentration of oxygen in the lungs than is found in the air outside the body. Knowing the RQ, the partial pressure of oxygen in the alveoli can be calculated:

With an RQ of 0.8 and a PCO2 in the alveoli of 40 mm Hg, the alveolar PO2

Notice that this pressure is less than the external air. Therefore, the oxygen will flow from the inspired air in the lung (PO2 = 150 mm Hg) into the bloodstream (PO2 = 100 mm Hg)

In the lungs, oxygen diffuses out of the alveoli and into the capillaries surrounding the alveoli. Oxygen (about 98 percent) binds reversibly to the respiratory pigment hemoglobin found in red blood cells (RBCs). RBCs carry oxygen to the tissues where oxygen dissociates from the hemoglobin and diffuses into the cells of the tissues. More specifically, alveolar PO2is higher in the alveoli (PALVO2 = 100 mm Hg) than blood PO2 (40 mm Hg) in the capillaries. Because this pressure gradient exists, oxygen diffuses down its pressure gradient, moving out of the alveoli and entering the blood of the capillaries where O2 binds to hemoglobin. At the same time, alveolar PCO2 is lower PALVO2 = 40 mm Hg than blood PCO2 = (45 mm Hg). CO2 diffuses down its pressure gradient, moving out of the capillaries and entering the alveoli.

Oxygen and carbon dioxide move independently of each other they diffuse down their own pressure gradients. As blood leaves the lungs through the pulmonary veins, the venous PO2= 100 mm Hg, whereas the venous PCO2 = 40 mm Hg. As blood enters the systemic capillaries, the blood will lose oxygen and gain carbon dioxide because of the pressure difference of the tissues and blood. In systemic capillaries, PO2= 100 mm Hg, but in the tissue cells, PO2= 40 mm Hg. This pressure gradient drives the diffusion of oxygen out of the capillaries and into the tissue cells. At the same time, blood PCO2= 40 mm Hg and systemic tissue PCO2= 45 mm Hg. The pressure gradient drives CO2 out of tissue cells and into the capillaries. The blood returning to the lungs through the pulmonary arteries has a venous PO2= 40 mm Hg and a PCO2= 45 mm Hg. The blood enters the lung capillaries where the process of exchanging gases between the capillaries and alveoli begins again (Figure 20.13).

Figure 20.13. The partial pressures of oxygen and carbon dioxide change as blood moves through the body.

Which of the following statements is false?

  1. In the tissues, PO2 drops as blood passes from the arteries to the veins, while PCO2 increases.
  2. Blood travels from the lungs to the heart to body tissues, then back to the heart, then the lungs.
  3. Blood travels from the lungs to the heart to body tissues, then back to the lungs, then the heart.
  4. PO2 is higher in air than in the lungs.

In short, the change in partial pressure from the alveoli to the capillaries drives the oxygen into the tissues and the carbon dioxide into the blood from the tissues. The blood is then transported to the lungs where differences in pressure in the alveoli result in the movement of carbon dioxide out of the blood into the lungs, and oxygen into the blood.


What does breathable mean to you?

The biggest problem with breathing walls, is its lack of meaning. Are we talking about air movement, moisture transport, Indoor Air Quality IAQ, hallucinations? Some claim that breathable building materials, are the answer for all these characteristics. If so, we need to be able to measure the breathability to evaluate, duplicate or improve such breathable components.

The misuse of this terminology falls into two main camps: 1. buildings need to breathe 2. walls need to breathe.


Ventilation of the Tracheal System

However, water vapor as well as carbon dioxide diffuses out of the animal, and this could pose a problem in dry environments. Drosófila avoids the risk by controlling the size of the opening of its spiracles to match the need of its flight muscles for oxygen. When oxygen demand is less, it partially closes its spiracles thus conserving body water. (See Fritz-Olaf Lehmann's report in the 30 November 2001 issue of Ciência).

Large, active insects like grasshoppers, forcibly ventilate their tracheae. Contraction of muscles in the abdomen compresses the internal organs and forces air out of the tracheae. As the muscles relax, the abdomen springs back to its normal volume and air is drawn in. Large air sacs attached to portions of the main tracheal tubes increase the effectiveness of this bellowslike action.

The experiment illustrated (first performed by the insect physiologist Gottfried Fraenkel) shows that there is a one-way flow of air through the grasshopper. The liquid seals in the tubing move to the right as air enters the spiracles in the thorax and is discharged through the spiracles in the abdomen. The rubber diaphragm seals the thorax from the abdomen.

The one-way flow of air increases the efficiency of gas exchange as CO2-enriched air can be expelled without mingling with the incoming flow of fresh air.


Plant 'breathing' mechanism discovered

A tiny, little-understood plant pore has enormous implications for weather forecasting, climate change, agriculture, hydrology, and more. A study by scientists at the Carnegie Institution's Department of Global Ecology, with colleagues from the Research Center Jülich in Germany, has now overturned the conventional belief about how these important structures called stomata regulate water vapor loss from the leaf-a process called transpiration. They found that radiation is the driving force of physical processes deep within the leaf.

The research is published the week of July 12, 2010, in the on-line early edition of the Anais da Academia Nacional de Ciências.

Stomata are lip-shaped pores surrounded by a pair of guard cells that control the size of the opening. The size of the pores regulates the inflow of carbon dioxide (CO2 ) needed for photosynthesis and the outflow of water vapor to the atmosphere -- transpiration.

Transpiration cools and humidifies the atmosphere over vegetation, moderating the climate and increasing precipitation. Stomata influence the rate at which plants can absorb CO2 from the atmosphere, which affects the productivity of plants and the concentration of atmospheric CO2. Understanding stoma is important for climate change research.

Current climate change models use descriptions of stomatal response based on statistical analysis of studies conducted with a few plant species. This approach is not based on a solid understanding of the mechanism of stomatal regulation and provides a poor basis for extrapolating to environmental conditions.

"Scientists have been studying stomata for at least 300 years. It's amazing that we have not had good grasp about the regulatory mechanisms that control how much stomata open or close in response to a constantly changing environment," remarked co-author Joseph Berry of Carnegie.

For the first time, these researchers looked at how the exchange of energy and water vapor at the outer surface of the leaf are linked to processes inside the leaf. They found that the energy from radiation absorbed by pigments and water inside the leaf influences how the stomata control water levels.

"In this study we illuminated a sunflower leaf with an incandescent light that was filtered to include or exclude near infrared light (NIR >700 nm)," remarked Berry. "When the near infrared light was applied, the stomata responded by opening and indirectly stimulated photosynthesis. Light of different colors gave similar stomata opening at equal energy inputs -- more evidence that heat is the driver."

The scientists replicated the experiment with five other plant species and over a range of carbon dioxide levels and temperatures. The researchers also developed a model based on energy balance of the leaf system to simulate responses. Results from the model mimicked the results from the lab.

It has been assumed that the guard cells forming the pore have sophisticated sensory and information processing systems making use of light and other environmental cues to adjust the pores. The breakthrough of this research is that it is the first to demonstrate that regulation of the rate of water loss by stomata is linked to physical processes that occur deep within the leaf.

"This means that the current model for what drives stomata to change their size has to change," remarked co-author Roland Pieruschka, a Marie Curie Fellow from the European Union at the Carnegie Institution (currently at the Research Center Jülich in Germany). "For a long time researchers have thought that heat from the sun, which is absorbed by pigments, moves from cell to cell until it gets to the cavities beneath the stomata where evaporation has been thought to take place. This probably happens to some degree, but the results presented here are more consistent with our hypothesis that much of this heat is transferred through air spaces inside the leaf that are saturated with water vapor. This key difference is pivotal for understanding how Otto Lange's seminal work in the 1970s, on responses of stomata to humidity, can be fit into a leaf-scale concept of stomatal regulation."

Fonte da história:

Materiais fornecidos por Carnegie Institution. Nota: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.


Kids Matter Experiment - Steaming Up

2. Get real close to the mirror or window with your mouth.

3. Open your mouth and exhale your hot breath onto the mirror or window.

What has happened to the mirror or window?

It has steamed up or you could call it condensation.

Why do things steam up?

If you breathe out on a mirror or window, it will steam up.

Your breath contains water although you can't see it.

The water is a type of gas, called a vapor, which is mixed with the air.

When the water vapor from your breath hits the cold mirror or window some of it turns into a liquid.

Thousands of tiny droplets of water form on the mirror or window, and this is called condensation or steam.

You may have seen steam or condensation in the kitchen, the bathroom or in a car on a cold day.

You can see this steam or condensation in mid-air when you watch a kettle or a pan of water boil or when you exhale outside on a very cold winters day.

Hot water vapors are given off by the water.

The vapor cools when it meets cooler air and then turns into tiny (dew) drops, which forms the steam or condensation.

To sum up why things steam up?

If you breathe on a mirror, the mirror steams up. Your breath contains water &ndash though you cannot see it. The water is a type of gas called a vapor, mixed with the air. When the water vapor from your breath hits the cold mirror, some of it turns into a liquid. Thousands of tiny droplets of water form on the mirror, and this is called condensation.

You may have seen condensation in the kitchen, the bathroom or in a car.

Cozinha - steam escapes from a boiled kettle, a hot oven door being opened and lids when lifted off a hot pot of cooking food.

Bathroom - steam is formed when the hot water is being used for taking a shower or a hot bath.

Car - steam is formed inside a car on a cold day because it is warmer inside the car.

Can you think of other places where steam can be found?


Assista o vídeo: Førstehjelp - Bevisstløs og pustende pasient (Dezembro 2021).