Человек и животные в своей повседневной жизни используют различные свойства воздуха. Рассмотрим на примерах как использовать свойство воздуха - плохо проводить тепло.
Раньше окна делали из двух рам. Это для того, чтобы лучше сохранять тепло в доме. Между рамами находится воздух, который благодаря своей низкой плотности плохо проводит тепло, и если нет щелей, то такое окно сохраняет комфортную температуру в помещении.
Современные пластиковые окна аналогичны по конструкции. Стеклопакет состоит из нескольких стекол, между которыми находится слои воздуха, поэтому такое окно также хорошо удерживает тепло. Пластиковая рама содержит перегородки и состоит из нескольких воздушных камер, плохо проводящих тепло. Раньше чаще применялись рамы деревянные - дерево тоже плохой проводник тепла.
Когда мы надеваем пуховик или шерстяной свитер, нам становится тепло. Это происходит по той причине, что вещи удерживают вокруг нас теплый воздух, согретый нашим телом. Воздух снова плохо передает тепло в окружающее пространство.
Лучше всего данное свойство научились использовать животные и птицы.
Почему северные олени не замерзают даже в большой мороз? Что защищает их от холода? Оказывается, у оленя надувная шерсть, пустотелые шерстинки наполнены воздухом. Поскольку воздух плохо проводит тепло, то такая шерсть хорошо защищает оленя от холода.
Во время сильных морозов птицы нахохливаются. Почему при этом они легче переносят холод? Когда птицы нахохливаются, слой воздуха между перьями увеличивается и вследствие плохой теплопроводности задерживает отдачу тепла телом птицы в окружающее пространство.
Еще несколько интересных фактов из жизни птиц и животных.
В сильный мороз птицы чаще замерзают на лету, чем сидя на месте. Чем это можно объяснить? При полете оперение птицы сжато и содержит мало воздуха, а вследствие быстрого движения в холодном воздухе, происходит усиленная отдача тепла в окружающее пространство. Эта потеря тепла бывает настолько большой, что птица на лету замерзает.
Животные обитающие в холодном климате, имеют более густой волосяной покров, чем животные жарких стран. Более густой волосяной покров уменьшает отдачу тепла, что особенно важно в условиях крайнего севера.
Благодаря низкой плотность воздух обладает замечательным свойством: он плохо проводит тепло. Звери поднимают шерсть, птицы хохлятся, когда им холодно, а человек надевает теплый свитер все это только для того, чтобы окружить себя воздушной оболочкой, которая плохо проводит тепло. Свитер не дает телу потерять свое тепло. С той же целью в окна вставляют вторые рамы. Стекла сами по себе не защищают от холода, они лишь удерживают прослойку воздуха, который не пропускает теплый воздух из квартиры на улицу.
Свойство воздуха плохо проводить тепло можно подтвердить следующим опытом:
Наполним два стакана горячей водой и накроем их крышками. Один стакан поставим на стол, а другой на пустую спичечную коробочку, и сверху накроем этот стакан стеклянной банкой. Вскоре вода в первом стакане остынет. А вода под стеклянной банкой будет ещё тёплой. Это происходит потому, что воздух плохо проводит тепло.
Надеемся, что данная статья будет полезна школьникам 2 - 3 класса при подготовке домашнего задания по предмету окружающий мир.
Использованы материалы из книги: Физика в живой природе. В.М.Варикаш, Б.А. Кимбар, И.М.Варикаш. г Минск
Мы привели основную информацию о воздухе, а в этой знакомим вас с основными способами его применения - хотя большинство из них вам знакомы, нам показалось важным обобщить эту информацию. Также вы узнаете несколько интересных фактов о воздухе - например, где он самый чистый в мире и сколько его нужно человеку в сутки.
Воздух - необходимая среда для дыхания всех живых организмов на Земле. С ним все живые клетки получают кислород. В свою очередь, он обеспечивает процессы окисления, снабжающие организм необходимой энергией. Кроме этого, он находит широчайшее применение в самых разных областях деятельности.
В химпроме из воздуха извлекают инертные газы, с помощью воздуха синтезируют кислоты и оксиды.
В нефтехимии все трубопроводы продуваются воздухом перед первым пуском.
В промышленном производстве применяется для повышения температуры технологических процессов.
Все процессы и механизмы, связанные со сгоранием топлива, основаны на потреблении воздуха. Воздух необходим для получения тепла, для работы двигателей внутреннего сгорания.
В пищепроме воздух нужен для обеспечения процессов брожения, ферментации и т. п.
В лабораториях используют сухо-воздушную стерилизацию посуды , инструментов и оборудования.
В лакокрасочной индустрии используют ускоренную сушку с помощью сжатого воздуха.
Воздух под давлением закачивается в автомобильные и другие виды шин.
С помощью сжатого воздуха моют машины, очищают оборудование, помещения, одежду от пыли и стружек в деревообработке; чистят инструмент.
Сжатый воздух используют в отбойных молотках, пневматических строительных пистолетах, шурупо- и гайковертах, пневматических дрелях, в пульверизаторах; в пневматическом оружии.
Сжатый воздух применяют в стоматологии, для продувки оборудования различного назначения (трубопроводов, котельных, компьютеров и т.п.).
- Воздух только на одну пятую состоит из кислорода, нужного нам для жизни, и может показаться, что было бы лучше, если бы азота в нем было меньше, а полезного кислорода больше. Это не так. Основная биологическая роль азота в воздухе - быть разбавителем кислорода. В чистом кислороде в нормальных условиях жизнь невозможна. Дыхание чистым кислородом с содержанием выше 93% при нормальном давлении смертельно.
После того, как ученые поняли, что воздух - не эфемерная сущность, а материальная смесь газов, обладающая определенными физическими свойствами, стало ясно, что именно перемещение масс воздуха отвечает за погоду и различные природные явления: ветры, циклоны, торнадо, смерчи, пассаты, грозы, снегопады и т.д. Можно считать, что тогда и начала свою историю метеорология - наука о погоде.
Считается, что самый чистый воздух - на острове Тасмания.
На большой глубине и на большой высоте воздух влияет на человека не так, как примерно на уровне моря. На глубине, при повышенном давлении азот в воздушной смеси начинает оказывать наркотическое воздействие, вызывая чувство эйфории, неадекватное поведение, головокружение, потерю контроля над своими действиями и ситуацией.
На высоте давление воздуха падает, поэтому при вдохе человек получает меньше кислорода. У него появляются симптомы кислородного голодания: чувство невесомости, головные боли, повышенная утомляемость, сонливость, трудности с дыханием.
Многие люди думают, что воздух не имеет веса. Это не так: один кубометр воздуха, при стандартном давлении и высоте примерно на уровне моря, составляет 1,225 кг.
Для дыхания человеку в среднем нужно около 20 килограммов воздуха в сутки, 15-16 кубометров. Чтобы понять, сколько это, можно представить себе куб со стороной примерно 2,5 м. При этом четверть этого объема потребляется мозгом.
Многие думают, что уличный воздух грязнее домашнего, 
так как на улице пыль, мусор, выхлопные газы и газы, выбрасываемые промышленными предприятиями. На самом деле исследователи выяснили, что воздух в квартире примерно в 25 раз грязнее уличного. К тому же если не проветривать, в воздухе помещения уменьшается процент кислорода и увеличивается процент углекислого газа, что плохо сказывается на самочувствии. Так что проветривайте дома и на работе почаще!
Напоминаем, что в магазине «ПрайКемикалсГрупп» можно купить как термометры для измерения температуры воздуха, так и гигрометры для измерения его влажности . У нас есть доставка, а цены вполне демократичные.
Как человек использует свойства воздуха доклад изложен в этой статье.
Применение воздуха человекомосуществляется самыми разнообразными способами.
Таким образом, мы пришли к однозначному и окончательному выводу, что, использование свойств воздуха, является очень важным для самого существования человечества, и всего живого на Земле.
Урок окружающего мира. 4 класс. 26.11.2014
Учитель: Макарова Е.В. МОАУ СОШ №16.
Тема: Как человек использует свойства воздуха.
Тип урока: Открытие нового знания.
Цели и задачи :
Образовательные:
Сформировать понятие о воздухе: его составе и свойствах;
Рассмотреть примеры использования человеко воздуха.
. Метапредметные:
Развивать умение наблюдать, проводить опыты, наблюдать за ходом и результатами опыта; выводы и умозаключения;
- развивать интерес к предмету;
Создавать условия для высказывания аргументированного мнения;
Развивать мыслительные операции: синтез, анализ, обобщение;
обобщать полученную информацию в виде кластера;
Воспитывать коммуникативные умения, культуру повеления.
Личностные:
Формировать навыки сотрудничества через организацию работы в парах, в группах;
Воспитывать положительное отношение к учебной деятельности, веру в свои силы.
- воспитывать потребность совершенствовать свою устную и письменную речь
Ведущий вид деятельности: продуктивный
Методы работы: деятельностный метод, частично – поисковые, словесные, наглядные, практические (опыты)
Формы работы: фронтальная, групповая (дети рассажены по группам), самостоятельная.
Функция учителя: организатор сотрудничества, консультант управляющий опытно-поисковой работой.
Педагогические технологии:
Деятельностный метд обучения;
Объяснительно – иллюстративного обучения;
Педагогика сотрудничества (учебный диалог, учебная дискуссия);
ИКТ - технология (презентация).
Материал к занятию: Учебник «Окружающий мир. Человек и природа. 4 класс.» А.А.Вахрушев
Оьорудование:
1. Презентация к уроку
2. Веер, банка и стакан с водой, шприц, пустой пакет, шарики.
Ход урока
1. Организационный момент. Мотивация к учебной деятельности. (5 минуты)
Проверка домашнего задания.
Мы рады всем гостям. Вы сможете посмотреть урок окружающего мира.
Чем активнее и организованнее мы будем работать, тем больше интересных вещей я вам смогу показать и рассказать. Хотите узнать больше? Тогда работаем!
Что существует миллионы лет, является основой жизни на земле, используется человеком и до сих пор не закончилось? (вода)
Вспомним свойства воды и как человек их использует. (Фронтально):
Как называется водная оболочка земли?
Какую роль играет вода в жизни живых организмов?
Назовите основные свойства воды.
Сформулируйте закон сообщающихся сосудов. Где его научился использовать человек?
Почему гайка, опущенная в воду, меньше растягивает резинку, чем гайка подвешенная в воздухе?
Где человек использует выталкивающее свойство воды?
Какое свойство воды используется при стирке?
Что произойдет с консервной банкой, если ее разогревать, не раскрыв?
Какое свойство воды используется в паровом двигателе?
Назовите три состояния воды. Приведите примеры их в природе.
Индивидуально на карточках:
Соедините с помощью стрелок свойства воды и способы их использования.
Текучесть Паровой двигатель
Обладает выталкивающей силой Подслащивание пищи
Свойство сообщающихся сосудов Водяное колесо, турбина электростанции
Расширяется при нагревании Изобретение кораблей
Растворитель Водопровод
2. Актуализация знаний, фиксация затруднения, постановка целей урока.
Построение проекта выхода из затруднения (3 минуты)
Что еще существует миллионы лет, используется человеком и до сих пор не закончилось? (воздух)
Попробуйте из моего вопроса и предыдущей темы сформулировать тему сегодняшнего урока.
Тема: Как человек использует воздух и свойства воздуха.
Собственно сегодняшняя тема – основной вопрос, на который нам предстоит ответить. Можете ли сразу дать полный развернутый ответ?
Каковы будут цели урока?
Цели урока: 1) Узнать (повторить), что такое воздух, его использование.
2) Узнать (повторить) свойства воздуха и их применение человеком.
Какой предложите план работы над темой?
1) Вспоминаем то, что знаем
2) Опыты, наблюдения – сводная таблица
3) Выводы
3. Реализация проекта выхода из затруднения (7 минут)
- Вспоминаем то, что знаем:
Как называется воздушная оболочка Земли? (атмосфера)
Что такое воздух? (смесь газов)
Была бы возможна жизнь на Земле без этой воздушной оболочки? Почему?
Как используют воздух животные и растения? (все живые организмы дышат, используя кислород воздуха)
Как питаются растения? (растения используют углекислый газ, находящийся в воздухе в процессе фотосинтеза для создания органических веществ и выделяют кислород)
Почему без воздуха организмы не проживут и 5 минут? (воздух нельзя запасти впрок)
Какую еще роль выполняет атмосфера земли? (атмосфера защищает поверхность Земли от перегрева и переохлаждения; благодаря озоновому слою, защищает от губительных ультрафиолетовых лучей).
Какие свойства воздуха вы уже знаете? (без вкуса, без цвета, без запаха)
Предложите, как можно проверить, что воздух – существует, это не пустое место? Возможно, ли его все же почувствовать, потрогать, увидеть? Рассмотрите предметы, представленные у меня на столе (веер, ёмкость с водой и пустой стакан, пустой пакет). Предположите, как их можно использовать при доказательстве.
Опыт 1.
Помахать перед лицом веером (тетрадью). Что почувствовали? (прикосновение)
Проверьте прикосновение, движение воздуха с помощью подручных средств, которые есть на парте у каждого? (помахать тетрадью) - почувствовали
- При движении, воздух – осязаем.
Опыт 2.
Перевернутый вверх дном стакан опустить в ёмкость с водой.
Почему вода не попадает в стакан? (там находится воздух – воздушный колокол)
Немного наклоню стакан. Что произошло? (воздух в виде пузырей вышел из стакана, поднялся над поверхностью воды)
Опыт 3.
Поймать в пустой полиэтиленовый пакет воздух.
Итак, вывод: воздух – это газ, он окружает нас…повсюду. Воздух не имеет постоянной формы и стремиться заполнить весь доступный ему объем.
Вспомните первый опыт с веером. Что такое ветер? (ветер – это перемещение воздуха)
Подумайте, как человек может заставить ветер помогать себе?
(ветер надувает паруса - уже 2-3 тысячи лет назад египтяне плавали по Средиземному морю на вполне совершенных парусных судах, ветряные мельницы, ветряные двигатели электростанций – самый чистый способ получения электроэнергии)
- таблица
Откройте учебник на стр. 89. Иллюстрации показывают использование силы ветра человеком.
Кто помнит: как возникает ветер? (ветер перемещается из менее теплых областей в более теплые.
Вспомните свои наблюдения как вы когда-нибудь сидели у костра. Что делает теплый воздух от костра с легкими частицами пепла? (поднимает их вверх)
Следовательно, теплый воздух поднимается, перемещается из менее нагретого участка к более нагретому.
Вспомните, где у нас в помещениях устанавливают батареи и форточки, почему? (внизу, чтобы теплый воздух равномерно распределялся по всему объему помещения)
Мы поговорили о поведении теплого и холодного воздуха. А с каким свойством воздуха это связано, что происходит с воздухом при нагревании и охлаждении?
(при нагревании - расширяется, при охлаждении - сжимается)
Опыт 2.
Пронаблюдайте еще один опыт, подтверждающий это свойство. Вика провела и зафиксировала его дома по причине ограниченности времени на уроке.
На пластиковую бутылку, внутри которой находится воздух, одеваем шарик. Сначала мы погружали конструкцию в таз с горячей водой. Через некоторое время, причем достаточно продолжительное, шарик начал надуваться. Это значит, что воздух не стал помещаться в бутылке, он расширился при нагревании и начал надувать шарик. Затем мы опустили нашу конструкцию в таз с холодной водой. Постепенно шарик начал сдуваться – ему стало хватать места в бутылке. Значит при охлаждении воздух сжимается.
Вывод: При нагревании воздух расширяется и становится легче, поднимается вверх. При охлаждении – сжимается, становится тяжелее и опускается вниз. – таблица
Кто догадается, как еще люди научились использовать свойство теплого воздуха подниматься вверх? (воздушные шары) - таблица
Вспомните, какая сила выталкивает бревно из воды? Подумайте, почему воздушные шарики, наполненные водородом улетают в небо. какая сила заставляет более легкие, чем воздух предметы, подниматься вверх?
(выталкивающая сила) – таблица
Началом эры воздухоплавания можно считать 1783 год, когда братья Монгольфье поднялись в небо на воздушном шаре, заполненном горячим воздухом. Однако главный недостаток воздушного шара – его слабая управляемость. В конце Х IX века изобретатели сконструировали летательные аппараты, которые могли передвигаться с помощью воздушного винта, приводимого в действие двигателем. Это были дирижабли, заполненные водородом. Они имели огромные размеры. Так, например, дирижабль, построенный немецким изобретателем фон Цеппелином имел в длину 128 м, а в ширину – почти 12 м. Но будущее было за другим видом летательных аппаратов
Опыт 3.
Бросить листик бумаги в воду.
Почему лист не остался висеть в воздухе, но лежит на поверхности воды?
(воздух – менее плотное вещество, малая плотность) – таблица
Можно ли опереться на воду? При каких условиях? Предположите, можно ли опереться на воздух, при каких условиях?
(увеличить площадь опоры, уменьшить вес, развить большую скорость)
Зато и сопротивление движению в воздухе оказывается минимальным, так что скорость передвижения в воздухе становится менее ограничена.
Как, по-вашему, человек научился использовать низкую плотность воздуха? (самолеты, вертолеты, ракеты – перемещение на значительные расстояния с большой скоростью)
Появление авиации стало возможным тогда, когда мощность двигателей и в то же время легкость материалов для конструирования достигли определенного уровня. Первый самолет с двигателем братьев Райт взлетел в небо в 1903 году. Люди научились использовать само воздушное пространство.
Рассмотрите иллюстрации на стр. 90: Как называются эти летательные аппараты?
Используйте свой жизненный опыт , предположите. Как моя кофточка может быть связана с темой урока?
( воздух плохо проводит тепло- низкая теплопроводность) – таблица
Какое утверждение, по-вашему, правильное: одежда греет тело, или одежда нагревается от тела?
Благодаря низкой плотности воздух плохо проводит тепло. Когда холодно, звери поднимают шерсть, птицы – перья, а человек надевает вязаную кофточку. Шерстяные вещи, пуховики, шубы создают между телом и внешней средой толстую воздушную прослойку. которая не дает телу терять тепло. Таблица – шерстяные вещи.
Где еще человек использует низкую теплопроводность воздуха? (встать у окна)
(двойные оконные рамы в домах, находящийся между ними воздух позволяет сохранить тепло в домах) - таблица
Учебник предлагает нам познакомиться с еще одним свойством воздуха и
провести для этого такой опыт:
Опыт 4. (проводит ребенок у доски)
Возьмем пластиковый шприц без иглы, поставим поршень в среднее положение. Зажав пальцем отверстие для иглы, попробуем сжать и растянуть воздух. Сделайте вывод.
(Вывод: Приложив усилие, воздух можно сжать и растянуть, но он стремится сохранить первоначальный объем.)
Такое свойство называется – упругость – таблица.
Где можно использовать упругость накачанного воздуха?
(надувные матрацы, автомобильные шины, мячи) - таблица
Итак, посмотрите какая сводная таблица использования свойств воздуха у нас получилась.
К этой таблице я хочу добавить, что люди научились использовать не только свойства воздуха, но и газы, входящие в его состав.
- Посмотрите на диаграмме какие еще газы, кроме названных сегодня кислорода и углекислого газа входят в состав воздуха.
Работа в группах.
Учебник нам не предлагает способов использования газов, входящих в состав воздуха. Попробуйте это сделать самостоятельно. Откройте тетради на стр. 35. Развернитесь, объединитесь в группы по четверкам. Обсудите ваши предположения. Просигнальте о готовности.
Дополним таблицу. Как человек использует газы, входящие в состав воздуха?
Азот – азотные удобрения
Кислород – используют для сварки
Углекислый газ добавляют в воду и получают газировку
Водородом наполняют воздушные шарики
Сделаем выводы: что изучил и использует человек касательно воздуха?
(силу ветра, свойства и состав воздуха)
5. Первичное закрепление во внешней речи . Включение в систему знаний.
(2 минуты)
Чтобы проверить как вы усвоили материал, предлагаю ответить на мои вопросы, сыграв в игру «Что бы было на Земле, если бы воздух … не был упругим?
Если бы воздух не перемещался, не было бы ветра?
Если бы воздухе не было углекислого газа?
Если бы воздух был более плотным, чем есть?
Если бы в воздухе не было кислород?
Какое свойство воздуха важнее всего для мяча? Одеяла? Воздушного шара? Самолета? Парашюта?
Какой газ, входящий в состав воздуха, поддерживает горение в печи и температуру нашего тела? (кислород, при сжигании образуется энергия и тепло, поддерживающие температуру тела и печи)
Работа в тетради (при наличии времени)
Предлагаю поразмышлять, высказать свою точку зрения:
Назовите предметы, которым плотность воздуха помогает (чем больше, тем лучше) –
парашют, самолет, надувной матрац, мяч, воздушные шары
Назовите предметы, которым плотность воздуха мешает (чем она меньше, тем лучше) – парусник, свитер, самолет, ракета
6. Самостоятельная работа с проверкой по эталону . (3 минуты)
Работа в тетради. Стр. 34. № 2
Напишите какие свойства воздуха используют
Вертолет
плотность
Двойное остекление
низкая теплопроводность
Растение
наличие в воздухе углекислого газа
Ракета
плотность
Надувной матрац
упругость
Костёр
наличие в воздухе кислорода
Проверьте свою работу по эталону.
У кого получилось без ошибок?
У кого были затруднения, каковы ваши дальнейшие действия? (внимательно прочитать, разобраться с материалом учебника дома)
7. Рефлексия учебной деятельности. (3 минуты)
Урок подходит к концу. Давайте подведем итоги.
Какова была цель сегодняшнего урока? (Узнать, как человек использует воздух)
Достигли ли цели? Докажите:
Что кроме свойств воздуха научились использовать люди? (воздушное пространство, силу ветра, составные части воздуха)
Какие свойства воздуха запомнили?
Кто доволен уроком и собой на уроке?
У кого мои вопросы еще вызывали затруднения? - внимательно поработать дома
Кто очень доволен и уроком и собой?
Спасибо за урок. Спасибо за внимание.
Или блиц-опрос:
Что такое воздух?
Какие газы входят в состав воздуха
Имеет ли воздух определенную форму и объем
Как называется воздушная оболочка земли
Что использовали люди в древности для путешествий на парусниках по морям
Что делает воздух при нагревании
Почему не падают самолеты. Вертолеты
Какое свойство воздуха используется в надувных матрацах, мячах
Какой газ используют при производстве газировки
Сколько человек может прожить без воздуха
Воздуха на земле много, всем хватит, о нем не стоит заботиться
Опыт 6. Воздух имеет вес, массу.
Возьму 2 одинаковых шарика. Один из шариков – надут воздухом, другой – нет. Оба шарика привязаны к концам палочек. Положу палочку с не надутым шариком на край стола так, чтобы он находился в равновесии. Помечу место пересечения со столом. Точно так же положу палочку с надутым шариком. Что произошло? (надутый шарик с воздухом перевесил)
- Следовательно?...(воздух имеет вес, массу)
- Если воздух имеет вес, значит он давит на Землю.
- Ветер дует из области высокого давления в область низкого давления (если на тебя давят, хочется убежать, уйти в область менее сильного давления). Область высокого давления обычно наблюдается в области с холодными воздушными массами, а низкое – с теплыми.
Личностные:
осознанное
отношение
к учению
Познавательные:
Сравнение
Синтез
Структуриро
Вание знаний
Выдвижение
гипотез
Познават-е:
Постановка
проблемы
Выдвижение
гипотез
Регулятивные:
Целеполагание
Планирование
Знаково-
символическое
моделирование
Познавательные:
Структуриро-
вание знаний
Выдвижение
гипотез
Познавательные:
Структуриро-
вание знаний
Регулятивные:
Контроль
Оценка
Коррекция
Волевая
саморегуляция
Коммуника-
тивные:
Выражать
свои мысли
в партнерстве
Регулятивные:
Волевая
саморегуляция
Самооценка
Познавательные:
Рефлексия
познавательного
процесса
Регулятивные:
Волевая
Саморегуляция
Контроль,
Самооценка
Познавательные:
Рефлексия
познавательного
процесса
Без воздуха человек не может жить, и не только человек — любое животное и растение без воздуха погибают. Человеку и животным нужен для дыхания, а растения используют находящийся в нем углекислый газ для питания и выработки кислорода. Мы дышим в любом состоянии — когда мы бодрствуем, спим, даже когда находимся в бессознательном состоянии. Человек перестает дышать только с наступлением смерти.
Незаметно для себя мы вдыхаем громадное количество воздуха: в сутки мы вдыхаем около 5 килограмм! Это составит в год почти 2 тонны. Так что каждый из нас за всю свою жизнь вдыхает в себя огромную массу воздуха. Например, кто прожил 50 лет, тот уже вдохнул в себя 100 тонн воздуха!
Для чего же человеку нужен воздух и какие его свойства жизненно важны? Когда человек делает вдох, с воздухом он получает нужные для работы организма вещества, а ненужные ему или вредные составляющие воздуха выдыхает обратно.
Какие же составляющие воздуха полезны для организма и какие бесполезны? Чтобы это понять, нужно заметить следующее: то, что мы называем воздухом, это есть ничто иное, как смесь газов, основные из которых это кислород и азот. Кислород и азот, также как и воздух, не имеют ни вкуса, ни цвета; потому мы их и не замечаем глазом, обонянием или осязанием. Кислород составляет одну пятую часть воздуха (приблизительно), а азот составляет остальные четыре пятых. Эти два газа имеют совершенно различное значение для организма человека. Азот сам по себе не нужен для организма человека, а кислород, напротив, необходим. Вдыхая воздух, мы вдыхаем кислород и азот; во время выдыхания мы весь азот отдаем обратно, а кислород по большей части организм усваивает с помощью легких для поддержания жизни. Именно кислород необходим для жизнедеятельности человека.
Подобно человеку, кислород нужен для дыхания всем животным. Жизнь каждого животного поддерживается кислородом воздуха и без него оно погибает. Только благодаря ему существует органическая жизнь на земле. Но кроме того, кислород воздуха имеет еще очень важное значение: он поддерживает горение. Если из воздуха удалить кислород, то в таком воздухе горение будет невозможно.
В кузнечной печи, где горят угли, с помощью мехов с силой вдувается воздух; кислород воздуха взаимодействует с углями и огонь усиливается; чем больше больше кислорода будет подано к углям, тем сильнее будет огонь. По той же причине на заводах посредством высоких труб увеличивают тягу; чем больше воздуха поступит в топку, тем больше кислорода попадет туда и тем сильнее будет огонь. Для той же цели, когда устанавливают печь или камин, для увеличения тяги ставится труба.
Если зажечь свечу и покрыть его банкой или стаканом (вверх дном), то свеча сперва будет гореть, а когда весь находящийся в замкнутом объеме кислород израсходуется, свеча погаснет.
На поддержание органической жизни на земле и на горение расходуется много кислорода из воздуха, и даже появлялись опасения, что воздух от этого будет становиться беднее кислородом, и что придет время, когда кислорода не хватит для жизни человечества. Но к счастью этого не произойдет, о решении этой проблемы позаботилась сама природа.
Человек и животные поглощают из воздуха кислород, я растения выделяют из себя кислород и, таким образом, они пополняют убыль кислорода в воздухе. Человек и другие животные при выдыхании выделяют из себя углекислый газ, весьма вредный для организма, а растения как раз поглощают его, и тем самым очищают воздух от углекислого газа, вырабатывая необходимый всем живым существам кислород. Так мир животных и мир растений служат поддержкой друг для друга. На этом примере мы имеем возможность убедиться, как целесообразно и гармонично все устроено в природе.
Главнейшие составные части воздуха - кислород и азот; как мы уже писали, кислород составляет около одной пятой части воздуха, а азот около четырех пятых. Но в составе воздуха есть и другие вещества.
Воздух всегда содержит в себе некоторое количество влаги в виде паров ; так, например, комната, имеющая площадь 10 кв.метров, может содержать около 1 килограмма водяных паров, невидимых дли глаза; это значит, что если весь пар, заключенный в комнате, собрать и обратить в воду, то получится 1 литр воды. Если зимой, например, с холода войти в теплое помещение, то очки сразу покрываются мелкими водяными капельками (конденсатом); причиной этому находящийся в воздухе водяной пар, который, как роса, осел на стеклах очков. Летом количество пара в кубическом метре воздуха может быть в 10 раз больше, чем зимой.
Кроме того, в воздух входит незначительное количество углекислого газа (а именно на 10000 частей воздуха приходится 3 части углекислого газа); однако этот газ играет очень большую роль в природном балансе. Человеческий организм вырабатывает большое количество углекислого газа и выделяет его из себя во время выдыхания воздуха. Воздух, выдыхаемый человеком, содержит более 4 процентов углекислого газа. Такой воздух уже не годится для дыхании. Вообще воздух, который содержит более 5 процентов углекислого газа, действует на человека отравляющим образом; человек долго не может находиться в таком воздухе - наступит смерть.
Также воздух, особенно в крупных городах, заражен различными бактериями, их называют часто микробами, и вирусами. Это мельчайшие невидимые живые существа; их можно видеть только с помощью микроскопа, увеличивающего в сто или тысячу раз. В благоприятной среде они размножаются чрезвычайно быстро и это размножение происходит весьма просто. Живой микроб посредине своего тела суживается и наконец, делится пополам; таким образом, путем простого деления из одного микроба получается два. Вследствие способности так быстро размножаться, бактерии и вирусы являются главным врагом человечества. Многие наши болезни от простуды и гриппа до СПИДа происходят именно от вирусов и микробов. Эти существа в огромном количестве носятся и воздухе и разносятся ветром во все стороны, они находятся и в воде и в земле. Мы их вдыхаем или глотаем сотнями и тысячами, и если они найдут в человеке благоприятную почву для своего размножения, то болезнь готова: является жар, слабость, и разные неприятные симптомы. Иногда эти бактерии и вирусы незаметно, медленно, даже не причиняя особых болей, но систематически подтачивают здоровье и разрушают организм, приводя к смерти, как при туберкулезе или СПИДе.
В комнатной пыли бактерии находят благоприятную почву для своею размножения. Эта пыль всегда поднимается с пола и заполняет комнаты. Обычно мы эту пыль не видим; но иногда летом, когда солнечные лучи входят в окно, легко в солнечных лучах заметить, как миллионы пылинок носятся в воздухе. Откуда берется комнатная пыль? Мы ее с собой приносим с улицы на ногах, пыль входит и через окна и двери; кроме того, мельчайшие частицы отрываются от пола и от разных предметов. Эту пыль мы вдыхаем; она ложится на наших легких; ослабляет наше здоровье и незаметно дли нас сокращает нашу жизнь.
Пыль в атмосфере имеет разнообразное происхождение; пыль поднимается с ветром; дым из труб, продукты извержений из и прочее, все это ветром смешивается и разносится на сотни, иногда и тысячи километров по земной поверхности.
В местах, покрытых лесом, воздух чище, так как лес своей листвой как фильтром очищает воздух и, кроме того, лес задерживает ветер, разносящий пыль. В верхних слоях воздух чище, так как земная пыль туда ветром заносится меньше. В горных местностях воздух также намного здоровее. Поэтому санатории для больных устраиваются преимущественно на возвышенной, лесистой местности. Возле морей воздух также отличается чистотой и повышенной влажностью, и полезен для больных, например, астмой.
Если мы хотим поднять какой-нибудь предмет, например гирю, камень или доску, мы должны приложить для этого некоторое усилие потому, что сила притяжения земли действует на него. Одни тела притягиваются землей больше, другие меньше, иначе говоря, одни тела весят больше, другие меньше. Вес тела и есть та сила, с которой тело притягивается землей. Итак, все тела обладают весом.
Но обладает ли весом воздух? То, что камень имеет вес, мы можем почувствовать взяв его рукой, но вес воздуха мы почувствовать не можем. Однако, легко сообразить, что если бы воздух не имел никакого веса т.е. если бы земля не притягивала его к себе, то воздух не удерживался бы на поверхности земли, и рассеялся бы к бесконечном мировом пространстве, и никакой жизни на Земле не было бы. Но земной шар притягивает к себе свою воздушную оболочку, т.е. атмосферу, а значит воздух имеет вес.
Но как узнать, сколько весит воздух? Если мы хотим, например, узнать, сколько весит вода, размещенная в бутылке, то мы взвесим сначала бутылку вместе с водой, узнав, сколько весит полная бутылка, мы затем взвешиваем пустую бутылку; далее вычитая вес пустой емкости из веса полной, мы найдем чистый вес воды в одной бутылке.
Тем же путем поступают для нахождения веса воздуха. Берется стеклянный сосуд, снабженный краном, и взвешивается вместе с находящимся там воздухом. После этого, с помощью особого прибора — воздушного насоса из этого сосуда выкачивают весь воздух, и сосуд закрывается краном так, чтобы в него не мог попасть воздух снаружи. Этот сосуд, уже лишенный содержавшегося в нем воздуха, вновь взвешивается. Оказывается, теперь вес стал меньше. Вот, разница на сколько уменьшится вес и показывает, сколько весил воздух, который был в этом сосуде.
Таким образом в результате экспериментов было выяснено, что вес 1м 3 воздуха равна 1,225 кг при нормальных условиях (нормальными условиями считаются барометрическое давление 760 мм рт. ст. и +15°С ). Температура и атмосферное давление сильно влияют на вес воздуха, так при том же давлении, но температуре +35°С вес кубического метра воздуха составит 1,1455 кг.
Все тела от нагревания расширяются - одни тела больше, другие меньше; это расширение очень незначительно, и мы обычно не замечаем его, но это расширение легко можно обнаружить с помощью опытов. Железо, медь как и все расширяются при нагревании. Жидкости при нагревании расширяются больше, чем твердые тела. Возьмем обыкновенный градусник и будем нагревать его. Для этого опустим кончик градусника и стакан с теплой водой; мы увидим, что жидкость в градуснике (обычно это подкрашенный спирт или ртуть) будет подниматься. Затем опустим этот градусник в холодную воду; мы заметим, что жидкость к градуснике будет понижаться. Этот опыт показывает, что от нагревания происходит изменение объема вещества в градуснике, потому оно поднимается и опускается в трубке.
Воздух также расширяется от нагревания; причем он, как и все газы, расширяется гораздо сильнее, чем твердые и жидкие тела. Чтобы в этом убедиться, можно проделать следующий опыт.
Возьмем, например, воздушный шарик, надуем его воздухом и перевяжем ниткой, чтобы воздух не вышел оттуда. Теперь будем его медленно нагревать, держа над огнем (осторожно и повыше от огня) или поливая горячей водой из душа. Мы заметим, что шарик немного расширится; при дальнейшем нагревании и расширении он может лопнуть. Из этого несложного опыта видно, что воздух при нагревании расширяется. И не только воздух, все газы расширяются от нагревания.
Вследствие нагревания воздух расширяется, а расширившись, он становится легче. Поэтому нагретый воздух поднимается вверх, что мы видим, например, в трубе печки или камина, когда горит огонь. Также, когда горит керосиновая лампа, воздух в стекле, нагревшись, расширяется, делается легче и поднимается вверх. По этой же причине воздушный шар для полетов наполняют нагретым воздухом с помощью специальной горелки, регулируя подъемную силу и высоту полета.
Мы выяснили, что воздух имеет вес, т.е. что он притягивается землей. Вследствие этого воздух, окружающий землю, т.е. атмосфера, давит на поверхность земли, а также на все тела. При этом атмосфера давит на каждое тело со всех сторон. Это давление и называется атмосферным.
Чтобы убедиться в этом, можно сделать очень простой опыт. Возьмём стакан, наполним его водой, и положим на него сверху листок бумаги. Прижимая бумагу рукой, перевернем стакан вверх дном; после этого уберем от бумаги руку. Мы увидим, что бумага не упадет, вода не выльется из стакана. Почему так происходит? Вода своим весом давит на бумагу вниз, а бумага все-таки не падает, удерживая воду. Значит бумага испытывает снизу давление, поддерживающее ее. Вот именно это давление и производит воздух.
Вот еще более простой опыт, используем обычную трубочку для воды или коктейлей, конец ее опустим в стакан с водой, а другой возьмем в рот и будем втягивать в себя воздух из трубки. Мы так часто делаем в кафе и ресторанах, не подозревая, что при этом доказываем существование давления воздуха. Мы знаем, что вода в трубке поднимается и попадает в рот. Почему это происходит? Первоначально, пока мы не вытягиваем воздух из трубки, как в трубке, так и вне ее сохраняется одинаковое давление; но когда мы из трубки стали вытягивать воздух, то в трубке давление стало меньше; вследствие этого вода в стакане под влиянием наружного атмосферного давления стала подниматься вверх по трубке.
Опыт с поршнем. Возьмем стеклянную трубку и подходящий к ней поршень, например медицинский шприц. Затем возьмем сосуд с водой и опустим в воду кончик шприца. Если мы будем поднимать поршень шприца, мы увидим, что вода поднимается вслед за поршнем. Какая этому причина? Если бы вслед за поршнем не пошла вода, то под поршнем образовалась бы пустота. В прежнее время поднятие воды объясняли разными таинственными причинами: думали, что вода поднимается потому, что природа боится пустоты. Впервые молодой итальянский ученый Торичелли дал для этого явления простое научное объяснение. Он нашел настоящую причину поднятия воды, а именно атмосферное давление: атмосфера давит на свободную поверхность воды в сосуде и когда мы поднимаем поршень, то это давление вгоняет воду в пустое пространство, образуемое под поршнем, и вода поднимается вслед за ним.
Возникает вопрос, до какой высоты вода будет идти вслед за поршнем? Оказывается, если взять очень длинную трубку, и поднимать поршень все выше и выше, то вода пойдет вслед за поршнем лишь до высоты 10,33 метра; а при дальнейшем поднятии поршня вода больше подниматься не будет, и выше воды образуется пустота. Эту пустоту впоследствии назвали Торичеллиевой пустотой в память об ученом, открывшем ее.
И так, вода поднимается вслед за поршнем лишь на высоту около 10м. Если бы атмосфера давила сильнее, то она поднимала бы воду выше; если бы она вовсе на давила, то вода и вовсе не поднималась бы вслед за поршнем. Это свойство атмосферы своим давлением поднимать воду и жидкость вообще, имеет очень важное значение и применение в науке, технике, и в повседневной жизни.
Атмосфера не везде давит с одинаковой, силой. Так, в низине она давит сильнее, а на горе меньше; потому что над горой меньше слой воздуха. Чем выше подниматься, тем меньше становится давление атмосферы. Так, например, на высоте 10 километров над уровнем моря атмосфера давит почти вчетверо слабее, чем у моря.
В одном и том же месте атмосферное давление бывает то немного больше, то немного меньше. Это зависит от того, какая погода, много ли влаги в воздухе, какие ветры дуют. Таким образом, существует тесная связь между величиной атмосферного давления и погодой. На основании этого, зная величину атмосферного давления, можно иногда судить об ожидаемой погоде.
Для измерения атмосферного давления может служить опыт Торичелли со ртутью. На основании этого опыта, можно самому построить прибор для измерения давления для этого нужно чашу со ртутью и трубку прикрепить к вертикальной доске и на доске нанести черточки с промежутками в один миллиметр, начиная от уровня ртути в чаше. Приборы, служащие для измерения атмосферного давления, называются барометрами.
Только что описанный барометр хоть и точен, но не удобен для переноски. На практике пользуются барометрами из свернутой спиралью и запаянной с двух концов металлической трубки, при изменении давления спираль слегка скручивается или раскручивается, а присоединенная к ней стрелка с шкалой показывает давление. Несмотря на невысокую точность такие барометры удобны для пользования, их даже можно носить с собою в кармане. Путешественники в горных местах очень часто берут с собою барометр; видя по прибору, какова величина атмосферного давления, они определить, на какой высоте находятся. Чем выше подниматься в гору, тем меньше атмосферное давление.
Как велико атмосферное давление? Из предыдущих опытов видно что атмосфера давит на землю и на все предметы с такой же силой, как, если бы вместо атмосферы на нас давил слой воды высотой около 10 метров. Вследствие этого каждый квадратный метр испытывает давление более 10 тонн. Несмотря на такое громадное давление, которое мы испытываем повседневно, мы его не замечаем, в чем же причина? Это происходит потому, что внешнему атмосферному давлению в нашем организме соответствует равное ему внутреннее давление. Оба эти давления друг друга уравновешивают. Ваши легкие, наше сердце, все наши органы испытывают как внешнее давление, так и внутреннее, равное внешнему.
Человеческий организм уже приспособился к такому громадному давлению, более того, такое давление для него стало нормальным и даже необходимым. Давление в верхних слоях атмосферы значительно меньше, чем внизу. Поэтому когда путешественники поднимаются на высокие горы, или воздухоплаватель на воздушном шаре летит высоко вверх, там у них нарушается равновесие между наружным и внутренним давлением и наступают разные болезненные последствия вроде потери сознания, или кровоизлияний. На высоте 10 километров человеку без специальной защиты не выжить. Также и сильное повышение давления, например при погружении в воду на большую глубину, смертельно для человека.
Возьмем, например, резиновый мяч. Мы знаем, что на него давит, благодаря своему весу, атмосферный воздух, а мячик между тем не сжимается. Следовательно, внутренний воздух, т.е. находящийся в мячике, в свою очередь, также давит изнутри на его стенки и не позволяет мячику сжаться. Это внутреннее давление воздуха и есть упругость воздуха.
Итак, воздух (или какой-либо другой газ), заключенный в какой-нибудь сосуд, производит давление на стенки сосуда. Что же это значит — воздух давит на стенки сосуда и как воздух может давить? Ни воздуха, ни частиц его мы не видим, но если бы возможно было их рассмотреть, то мы бы увидели, что частицы (их называют молекулами) воздуха не находится в покое, а все время двигаются, ударяются друг о друга; оттолкнутся и снова двигаются и это движение никогда не прекращается. Вследствие такого движения, молекулы воздуха ударяются о стенки сосуда, подобно тому, как если бы горошинки ударялись о стену, это хаотичное движение молекул называют броуновским движением . Каждый удар ничтожен по своей силе, но число молекул и число ударов громадно, и потому совокупное действие этих ударов производит некоторое давление.
Если воздух (или какой-нибудь другой газ), заключенный в какой-нибудь закрытый сосуд, мы будем нагревать, то воздух будет стремиться расширить свой объем, но так как объем его в сосуде не может измениться, поскольку сосуд закрыт, то воздух начнет сильнее давить на стенки сосуда. Отчего это? Что происходит с воздухом при нагревании? Когда мы нагреваем воздух (или какой-нибудь газ), то частицы его начинают двигаться быстрее, и чем сильнее мы его нагреваем, тем быстрее двигаются его частицы. Вследствие большой скорости каждая частица воздуха ударяется о стенки сосуда с большей силой, а кроме того, и самые удары происходят чаще. В результате этого совокупное действие всех ударов, т.е. давление, увеличится. А если сильно нагреть сосуд с воздухом, то может случиться, что стенки сосуда этих ударов не выдержат и сосуд лопнет.
Нагревание воздуха или газа в том и заключается, что его частицы начинают двигаться быстрее. Это, разумеется, относится не только к газам, но и к всякому телу — и твердому, и жидкому, и газообразному.
