Интернет-урок по окружающему миру «Воздух. Свойства воздуха»

Для чего нам нужен воздух?

Воздух – абсолютно невидимый, но это не значит, что его нет. Он заполняет собой все пространство, все самые крохотные уголки.

Если посмотреть на прозрачный стакан, то на первый взгляд может показаться, что он абсолютно пустой, но это не так – он наполнен воздухом. Чтобы это проверить, достаточно погрузить его в воду – по мере погружения из него будет выходить воздух в виде больших и маленьких пузырьков.

lazyimg.png

Рис. 1. Пузырьки в воде – это воздух

Воздух имеет огромное значение, и на земном шаре он выполняет следующие функции:

  • Обеспечивает жизнь. К примеру, без пищи человек может прожить несколько недель, без воды – не больше нескольких дней, а без воздуха может продержаться всего лишь несколько минут. Задержав дыхание, уже через пару секунд хочется сделать вдох поглубже – без воздуха человеческий организм не способен функционировать.
  • Помогает общаться. Все звуки, которые мы слышим, приводят в колебание окружающий воздух. Звуковые волны проникают в барабанную перепонку и таким образом передают сигнал в головной мозг. Именно так мы воспринимаем все звуки – за счет колебательных движений воздуха. Например, на Луне нет атмосферы, и общаться там можно только при помощи жестов.
  • Защищает от негативного космического влияния. Атмосфера, словно упругая подушка, защищает Землю от теплового и ультрафиолетового излучения, метеоритов, радиации, космического холода.

lazyimg.png

Рис. 2. Вид Земли из космоса

Воздушный океан нашей планеты удерживается за счет сил земного притяжения. Если бы на земном шаре не было бы атмосферы, то он выглядел совсем иначе – уныло и пустынно, без какой-либо растительности или живности.

Воздух в философииПравить

В философии Эмпедокла воздух (аэр) — это одна из четырех стихий космоса, наряду с огнём, землей и водой. В философии Аристотеля воздух относится к подлунным легким элементам.

Немецкий мыслитель Фридрих Вильгельм Ницше писал о воздухе, что это наивысшая и самая тонкая из материй. Из воздуха соткана свобода человека. Поэтому символ воздуха в первую очередь — это символ свободы. Это свобода, для которой нет никаких преград, ведь воздух нельзя ограничить, нельзя поймать и придать ему форму[3][4].

Это символ не только физической, но и духовной свободы, свободы мысли. Поэтому присутствие символов воздуха на какой-либо поверхности говорит о легкости мышления, свободе и непредсказуемости[5].

Доказываем опытным путем

Попробуйте подержать один конец металлического стержня над пламенем – через несколько минут он нагреется.

Теперь подержите конец деревянной палочки в пламени, и этот конец станет настолько горячим, что он в конце концов вовсе загорится. Однако тот конец палочки, за который вы держитесь, останется относительно прохладным.

Тепло не распространяется по всему объему тела из-за его состава: его структура затрудняет передачу тепла электронами по материалу.

2494774.jpg

Так, повседневный опыт свидетельствует, что древесина не является хорошим проводником тепла. Если вам когда-нибудь приходилось видеть срез дерева под микроскопом, то вы наверняка заметили особенности структуры древесины: она состоит из отдельных ячеек, которые действуют как изоляторы, потому что они не взаимосвязаны. Клетки разбросаны, как камни в потоке. По такому материалу тепло двигается значительно медленнее, чем в металлах, где атомы связаны друг с другом в трехмерной «решетке».

Воздух плохо проводит тепло. Опыт повседневной жизни показывает: вспомните строение окон. Они всегда состоят из как минимум двух стекол, между которыми находится воздушная «подушка». Эта прослойка помогает сохранять тепло в помещении, не пропуская его наружу.

2494772.jpg

Итак, если тепловая энергия применяется непосредственно к одной части твердого объекта, электроны в объекте становятся возбужденными. Это приводит к колебаниям атомной решетки, которые проходят по объекту, повышая температуру при прохождении. Чем ближе звенья внутри твердого тела, тем быстрее происходит передача тепла.

ПримечанияПравить

  1. Gribbin, John. Science. A History (1543-2001). — L.: Penguin Books, 2003. — 648 с. — ISBN 978-0-140-29741-6.
  2. Скорость звука // Физическая энциклопедия / под. ред. А. М. Прохорова. — М.: «Советская энциклопедия», 1988. — Т. 4.
  3. Ковальчук Т. Ю.Структура художественного пространства в лирике Д. С. Мережковского 1880—1900-х годов // Вестник Челябинского государственного университета. Филология. Искусствоведение. — Вып. 49.— 2010. — № 34 (215). — С. 58.
  4. Энциклопедия символов, знаков, эмблем. / авт.-сост. В. Андреева и др. — М. : МИФ : АСТ, 2001. — С. 96—97.
  5. Воздух // Символы, знаки, эмблемы: Энциклопедия / авт.-сост. В. Э. Багдасарян, И. Б. Орлов, В. Л. Телицын; под общ. ред. В. Л. Телицына. — 2-е изд. — М.: ЛОКИД-ПРЕСС, 2005. — 495 с.

Физические свойстваПравить

Физические свойства воздуха:
Параметр Значение
Средняя молярная масса 28,98 г/моль
Плотность сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении (101 325 Па)
Температура °C Значение плотности кг/м³
−25 1,424
1,2929
20 1,2047
225 0,7083
Средняя удельная теплоёмкость при постоянном давлении cp 1,006 кДж/(кг·К)
Средняя удельная теплоёмкость при постоянном объёме cv 0,717 кДж/(кг·К)
Показатель адиабаты 1,40
Скорость звука (при н. у.) 331 м/с (1193 км/ч)[2]
Средний коэффициент теплового расширения в интервале температур 0—100 °C 3,67⋅10−3 1/К
Коэффициент динамической вязкости воздуха (при н. у.) 17,2 мкПа·с
Растворимость воздуха в воде 29,18 см3
Коэффициент теплопроводности воздуха при нормальном атмосферном давлении (101325 Па)
Температура °C Значение теплопроводности Вт/(м·К)
–173 0.00922
–143 0.01204
–113 0.01404
–83 0.01741
–53 0.01983
–23 0.02207
–3 0.02348
0,1 0.02370
7 0.02417
17 0.02485
27 0.02553
37 0.02621
67 0.02836
97 0.03026
Показатель преломления (при стандартных условиях) 1,0002926
Коэффициент изменения показателя преломления 2,8⋅10−9 1/Pa
Средняя поляризуемость молекулы 1,7⋅10−30
Константа Сатерленда Sat 171⋅10−7

Из чего состоит воздух?

Два столетия назад ученые пришли к выводу, что воздух – это смесь нескольких газов. В состав воздуха входят:

  • кислород;
  • азот;
  • углекислый газ.

Самым важным для дыхания является кислород. Без него живые существа не могли бы получать энергию. Например, при занятиях спортом или физической нагрузке люди начинают часто и глубоко дышать – это необходимо, чтобы организм восполнил затраченную энергию.

Атмосфера есть не только на Земле, но и на других планетах, например, на Венере, Марсе. Вот только на их поверхности не были обнаружены признаки жизни, потому что атмосфера состоит из других газов.

Химический составПравить

В 1754 годуДжозеф Блэк экспериментально доказал, что воздух представляет собой смесь газов, а не простое вещество[1].

Химический состав осушенного воздуха :
Вещество Обозначение По объёму, % По массе, %
Азот N2 78,084 75,5
Кислород O2 20,9476 23,15
Аргон Ar 0,934 1,292
Углекислый газ CO2 0,03 0,046
Неон Ne 0,001818 0,0014
Криптон Kr 0,000114 0,003
Метан CH4 0,0002 0,000084
Гелий He 0,000524 0,000073
Водород H2 0,00005 0,00008
Ксенон Xe 0,0000087 0,00004

Состав воздуха может меняться в небольших пределах: в крупных городах содержание углекислого газа немного выше, чем в лесах; в высокогорье и на больших высотах концентрация кислорода немного ниже вследствие того, что молекулы кислорода тяжелее молекул азота, и поэтому концентрация кислорода с высотой уменьшается быстрее.

Существенное влияние на концентрацию газов в воздухе вносит водяной пар, концентрация которого зависит от температуры, влажности, времени года, климата. Так, при температуре 0 °C 1 м³ воздуха может содержать максимально 5 г воды, а при температуре +10 °C — уже 10 г.

Воздух и свойства воздуха

Воздух — это смесь газов: азота, кислорода, углекислого газа и других.

Газы не имеют формы. Они распространяются во все стороны и заполняют весь доступный объём.

Воздушная оболочка Земли — атмосфера — защищает нас от губительных космических лучей, от перегрева теплом, исходящим от Солнца, от переохлаждения.

1313409-atmosphère_terrestre.jpg

Слои атмосферы:

Atmosfera_Zemla.jpg

Какие свойства имеет воздух?

164974_html_m1797345c.png

О свойствах поподробнее.

Сейчас вы видите все то, что вокруг вас: стены, компьютер, шкаф, за окном – дома, деревья, облака. А можем ли мы видеть воздух? Верите мне, что воздух находится вокруг нас повсюду? Есть ли он вообще? Может, его придумали? Докажем это?  

Исследование 1

Возьмите соломинку и опустите ее в стакан с водой. Слегка подуйте в соломинку. Что появилось? Появятся пузырьки воздуха.

Вывод: При помощи зрения воздух всё же можно обнаружить в некоторых случаях.       

Посмотрите на комнатные растения. Какого они цвета? А ваши стены? А как вы думаете, какого цвета воздух? Открываем первое свойство воздуха: воздух невидимый и бесцветный.

Исследование 2.  А сейчас вдохните глубоко, что вы почувствовали?… Пахнет чем-нибудь воздух? А как же запахи в кондитерской, аптеке? … Запах, мы ощущаем, когда частицы вещества попадают к нам в нос.

Вывод: Чистый воздух запаха не имеет.

Исследование 3Можно ли попробовать воздух на вкус? Лизните его. Какое свойства воздуха мы откроем?

Вывод: воздух не имеет вкуса

Исследование 4. Возьмите в руки книгу. Какой она формы? А теперь попробуйте взять в руки воздух. Получилось? Имеет ли воздух форму?

Вывод: воздух не имеет форму. 

Исследование 5. Воздух упругий 

Возьмите мяч, сожмите его руками. Ударьте мячом об пол. Что наблюдаете? Какое свойство воздуха обнаружилось?

Теперь посмотрите на эти два шарика. Какой из них более упругий? Почему?

Вес-воздуха.jpg

Могу ли я сделать первый шарик таким же упругим, как и второй? Что для этого нужно сделать?…. Верно, добавить воздуха. А что происходит с шариком, когда мы добавляем воздух?…… (Воздух сжимается).

У вас, наверняка, есть велосипед. Какое свойство воздуха используется при накачивании насосом камеры колеса велосипеда? …..  также прыжки на спортивных велосипедов делают как раз из-за воздуха в шинах.

79.jpg

А где еще используется это свойство?…..

Исследование 6. Воздух легче воды, то есть менее плотный, чем вода.

Наберите в чашку воды. Попробуйте утопить в ней теннисный шарик. Что наблюдаете? Какое свойство воздуха обнаружили?

Вот почему вы не боитесь плавать, надев спасательный круг. 

Исследование 7.

Почему в домах в окна вставляют двойные рамы? Что находится между рамами? Какое свойство воздуха здесь проявляется?

Верно, между этими двойными стеклами находится воздух, который не пропускает холод и дома становится гораздо теплее. Так как воздух имеет низкую плотность, он плохо проводит тепло.

Если воздух плохо проводит тепло, почему земля под снегом остается теплой, и корни растений не замерзают?  Что же греет землю, снег ли?….

Между снежинками — воздух, он не пропускает холод.

Подумайте, как сидят птички, когда на улице мороз? Почему?…. А что происходит с мехом животных к зиме?…

Мех животных, перья птиц сами по себе не греют, а греет воздух, находящийся между ними. Когда холодно, звери поднимают шерсть, птицы хохлятся, а человек надевает тёплый свитер, шубу.

Исследование 8. При нагревании расширяется

 Почему люди в бане поднимаются на полок, ближе к потолку, чтобы попариться? Почему батареи в комнатах устанавливают внизу, под окном? Что происходит с горячим воздухом?

Да, когда воздух нагревается, воздух расширяется, то есть становится легче и поднимается вверх.

Теперь вы сможете объяснить по какому принципу летает воздушный шар?

А китайские фонарики?

А может ли быть одинаковая температура: днем и ночью? зимой и летом? у полюсов и на экваторе?

Что происходит с нагревшимся воздухом? (Поднимается). Что занимает освободившееся место? (Холодный воздух).

А это значит, на Земле происходит постоянное перемещение воздуха, а попросту дует ветер.

Ветер — это движение воздуха.

Ветра приносят и пользу и вред.

Представьте на минуту, что на Земле нет ветра. Нет ветра в нашем промышленно развитом городе, где есть заводы, фабрики, шахты, разрезы, взрывы. Что произойдет?

Трубы от заводов и фабрик выбрасывают дым высоко в небо. Там на высоте дуют мощные ветры. Они подхватывают клубы дыма и рвут их в клочья, развеивают, смешивают с чистым воздухом, быстро снижают опасность ядовитых газов. Высокие трубы отводят беду от живущих поблизости людей. 

Есть ветра, которые приносят много бед.

— Этовращающиеся воронки со скоростью ветра до 5000 км/ч. Воронка засасывает все на своем пути (случай с розовыми лягушками).

Жидкости — плохие проводники тепла

Если вы закрепите кубик льда в нижней части пробирки с водой (вам нужно использовать вес, чтобы сделать это, иначе он будет плавать на поверхности, так как у льда меньшая плотность, чем у воды), а затем нагреете воду в верхней части трубки, вы обнаружите, что вода будет кипеть в верхней части трубки, а кубик льда останется замороженным.

Это связано с тем, что вода является плохим проводником тепла. Большая часть тепла будет двигаться в конвекционном токе внутри воды в верхней части пробирки, только небольшая часть ее будет опускаться до кубика льда.

Теплопроводность

Способность передавать тепло внутри объекта называется теплопроводностью. Это свойство обозначают буквой k, а измеряют в Вт/(м×K). Показатели теплопроводности варьируются для разных материалов. Так, золото, серебро и медь имеют высокую теплопроводность. К слову, эти материалы также являются хорошими проводниками электричества. А как воздух проводит тепло? Ответ краток: он является плохим проводником. Высокая проводимость золота, серебра и меди связана с тем, что электроны, которые отвечают за перенос заряда, также принимают участие в передаче тепловой энергии.

2494803.jpg

А вот такие материалы, как стекло и минеральная вата, имеют низкую теплопроводность. Объясняется это тем, что у них очень мало «свободных» электронов для переноса тепловой энергии внутри твердого тела. Материалы такого типа называют изоляторами. Скорость теплопередачи (то есть скорость движения тепловой энергии) напрямую зависит от теплопроводности, разности температур и площади контакта и материала, которыми обладает тело. По этой же причине нельзя утверждать, что воздух проводит тепло хорошо.

Если материал является хорошим проводником тепла, тогда оно быстро перемещается по телу. Металлы широко используются для целей теплопередачи, поскольку они обладают свойствами, которые позволяют распространять тепло, одновременно выдерживая экстремальные температуры, связанные с нагревом.

Именно электроны отвечают за передачу тепловой энергии, а также электрического заряда. Поэтому металлы являются хорошими проводниками тепла и электричества! Тут-то и скрывается ответ на вопрос: «Почему воздух плохо проводит тепло?»

Тем не менее не следует путать электрическую проводимость (которая связана с зарядом электронов), когда вы имеете в виду теплопроводность (которая связана с переносом энергии электронов).

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *