Człowiek nie może żyć bez powietrza i nie tylko człowiek – każde zwierzę i roślina bez powietrza ginie. Ludzie i zwierzęta potrzebują powietrza do oddychania, a rośliny wykorzystują zawarty w nim dwutlenek węgla do żywienia i wytwarzania tlenu. Oddychamy w każdym stanie – na jawie, we śnie, nawet gdy jesteśmy nieprzytomni. Osoba przestaje oddychać dopiero wraz z nadejściem śmierci.
Bez wiedzy wdychamy ogromną ilość powietrza: wdychamy około 5 kilogramów dziennie! Będzie to prawie 2 tony rocznie. Tak więc każdy z nas w całym swoim życiu wdycha ogromną ilość powietrza. Na przykład ktoś, kto żyje od 50 lat, wdychał już w sobie 100 ton powietrza!
Dlaczego człowiek potrzebuje powietrza i jakie są jego życiowe właściwości? Kiedy człowiek bierze wdech, otrzymuje substancje niezbędne dla organizmu do pracy z powietrzem i wydycha z powrotem niepotrzebne lub szkodliwe składniki powietrza.
Jakie składniki powietrza są dobre dla organizmu, a które są bezużyteczne? Aby to zrozumieć, należy zauważyć, co następuje: to, co nazywamy powietrzem, to nic innego jak mieszanina gazów, z których główne to tlen i azot. Tlen i azot, podobnie jak powietrze, nie mają smaku ani koloru; dlatego nie zauważamy ich wzrokiem, węchem czy dotykiem. Tlen stanowi jedną piątą ilości powietrza (w przybliżeniu), a azot stanowi pozostałe cztery piąte. Te dwa gazy mają dla organizmu człowieka zupełnie inne znaczenie. Sam azot nie jest potrzebny ludzkiemu organizmowi, wręcz przeciwnie, niezbędny jest tlen. Kiedy wdychamy powietrze, wdychamy tlen i azot; podczas wydechu oddajemy cały azot, a większość tlenu jest wchłaniana przez organizm za pomocą płuc, aby podtrzymać życie. To tlen jest niezbędny do życia człowieka.
Podobnie jak ludzie, wszystkie zwierzęta potrzebują tlenu do oddychania. Życie każdego zwierzęcia podtrzymywane jest przez tlen atmosferyczny i bez niego umiera. Tylko dzięki niemu życie organiczne istnieje na ziemi. Ale dodatkowo bardzo ważny jest również tlen w powietrzu: wspomaga spalanie. Jeśli z powietrza usunie się tlen, spalanie w takim powietrzu będzie niemożliwe.
Jeśli zapalisz świecę i przykryjesz ją słojem lub szklanką (do góry nogami), to najpierw zapali się świeca, a gdy cały tlen w zamkniętej objętości zostanie zużyty, świeca zgaśnie.
Aby utrzymać organiczne życie na ziemi i spalić się, zużywa się dużo tlenu z powietrza, a nawet obawiano się, że powietrze z tego powodu stanie się uboższe w tlen i że nadejdzie czas, kiedy nie będzie wystarczającej ilości tlenu. życie ludzkości. Ale na szczęście tak się nie stanie, sama natura zadbała o rozwiązanie tego problemu.
Człowiek i zwierzęta pobierają tlen z powietrza, a rośliny same uwalniają tlen, uzupełniając w ten sposób ubytki tlenu w powietrzu. Człowiek i inne zwierzęta wydychając wydychają z siebie dwutlenek węgla, który jest bardzo szkodliwy dla organizmu, a rośliny go po prostu pochłaniają, a tym samym oczyszczają powietrze z dwutlenku węgla, wytwarzając tlen niezbędny dla wszystkich żywych istot. W ten sposób świat zwierząt i świat roślin wspierają się nawzajem. Na tym przykładzie mamy okazję zobaczyć, jak celowo i harmonijnie wszystko układa się w naturze.
Zanieczyszczenia powietrza: mikroby, kurz, wirusy.
Głównymi składnikami powietrza są tlen i azot; jak już napisaliśmy, tlen stanowi około jednej piątej powietrza, a azot około czterech piątych. Ale w powietrzu są też inne substancje.
Powietrze zawsze zawiera pewną ilość wilgoci w postaci pary wodnej; na przykład pomieszczenie o powierzchni 10 metrów kwadratowych może zawierać około 1 kilograma niewidocznej dla oka pary wodnej; oznacza to, że jeśli cała para zawarta w pomieszczeniu zostanie zebrana i zamieniona w wodę, otrzymasz 1 litr wody. Jeśli zimą, na przykład z zimna, wejdziesz do ciepłego pomieszczenia, okulary natychmiast pokryją się małymi kroplami wody (kondensacja); powodem tego jest para wodna w powietrzu, która jak rosa osiadła na szkłach okularów. Latem ilość pary w metrze sześciennym powietrza może być 10 razy większa niż zimą.
Ponadto niewielka ilość dwutlenku węgla dostaje się do powietrza (a mianowicie 3 części dwutlenku węgla spadają na 10000 części powietrza); jednak gaz ten odgrywa bardzo ważną rolę w równowadze naturalnej. Ciało ludzkie wytwarza duże ilości dwutlenku węgla i uwalnia go z siebie, gdy wydychasz powietrze. Wydychane przez ludzi powietrze zawiera ponad 4 procent dwutlenku węgla. Takie powietrze nie nadaje się już do oddychania. Ogólnie powietrze, które zawiera ponad 5 procent dwutlenku węgla, ma toksyczny wpływ na człowieka; człowiek nie może długo przebywać w takim powietrzu – nadejdzie śmierć.
Również powietrze, zwłaszcza w dużych miastach, jest zanieczyszczone różnymi bakteriami, często nazywane są drobnoustrojami i wirusami. To są najmniejsze niewidzialne żywe istoty; można je zobaczyć tylko pod mikroskopem powiększającym sto lub tysiąc razy. W sprzyjającym środowisku rozmnażają się niezwykle szybko, a rozmnażanie jest bardzo proste. Żywy mikrob w środku ciała zwęża się i ostatecznie dzieli na pół; w ten sposób, po prostu dzieląc jednego drobnoustroju, uzyskuje się dwa. Ze względu na zdolność do tak szybkiego rozmnażania się bakterie i wirusy są głównym wrogiem ludzkości. Wiele naszych chorób, od przeziębienia i grypy po AIDS, jest wywoływanych przez wirusy i zarazki. Te stworzenia w ogromnej liczbie pędzą w powietrzu i są unoszone przez wiatr we wszystkich kierunkach, są w wodzie i na ziemi. Wdychamy je lub połykamy setki i tysiące, a jeśli znajdą w człowieku żyzny grunt do rozmnażania się, choroba jest gotowa: jest gorączka, osłabienie i różne nieprzyjemne objawy. Czasami te bakterie i wirusy niepostrzeżenie, powoli, nawet nie powodując dużego bólu, ale systematycznie podważają zdrowie i niszczą organizm, prowadząc do śmierci, jak przy gruźlicy czy AIDS.
W kurzu pokojowym bakterie znajdują żyzny grunt do rozmnażania się. Ten kurz unosi się zawsze z podłogi i wypełnia pomieszczenia. Zwykle nie widzimy tego kurzu; ale czasami latem, kiedy promienie słoneczne wpadają przez okno, łatwo dostrzec w promieniach słońca, jak miliony cząstek pyłu unoszą się w powietrzu. Skąd pochodzi kurz w pomieszczeniach? Zabieramy go ze sobą na nogi z ulicy, przez okna i drzwi przedostaje się kurz; ponadto najmniejsze cząsteczki odrywają się od podłogi i różnych przedmiotów. Wdychamy ten pył; leży w naszych płucach; osłabia nasze zdrowie i niepostrzeżenie skraca nasze życie.
W miejscach porośniętych lasami powietrze jest czystsze, ponieważ las, którego liście pełnią funkcję filtra, oczyszcza powietrze, a ponadto powstrzymuje wiatr, który przenosi pył. W górnych warstwach atmosfery powietrze jest czystsze, ponieważ wiatr przenosi tam mniej pyłu ziemnego. Na obszarach górskich powietrze jest również znacznie zdrowsze. Dlatego sanatoria dla pacjentów rozmieszczone są głównie na podwyższonym, zalesionym terenie. Powietrze nad morzem również charakteryzuje się czystością i dużą wilgotnością i jest korzystne dla pacjentów np. Z astmą.
Waga powietrza
Jeśli chcemy podnieść jakikolwiek przedmiot, na przykład kettlebell, kamień czy deskę, musimy się do tego postarać, ponieważ działa na niego siła grawitacji ziemi. Niektóre ciała są przyciągane przez ziemię bardziej, inne mniej, innymi słowy, niektóre ciała ważą więcej, a inne mniej. Ciężar ciała to siła, z jaką ciało przyciąga ziemia. Więc wszystkie ciała mają wagę.
Ale czy powietrze ma wagę? Fakt, że kamień ma ciężar, możemy poczuć biorąc go ręką, ale ciężaru powietrza nie możemy poczuć. Łatwo jednak się domyślić, że gdyby powietrze nie miało ciężaru, tj. gdyby Ziemia nie przyciągnęła go do siebie, powietrze nie zatrzymałoby się na powierzchni ziemi i rozproszyłoby się w nieskończonej przestrzeni świata, a na Ziemi nie byłoby życia. Ale kula ziemska przyciąga do siebie swoją powietrzną powłokę, tj. atmosfera, co oznacza, że powietrze ma masę.
Ale skąd wiesz, ile waży powietrze? Jeśli chcemy np. Dowiedzieć się, ile waży woda umieszczona w butelce, to najpierw ważymy butelkę razem z wodą, po sprawdzeniu, ile waży pełna butelka, ważymy pustą butelkę; dodatkowo odejmując wagę pustego pojemnika od ciężaru pełnego, otrzymujemy wagę netto wody w jednej butelce.
Postępują w ten sam sposób, aby znaleźć ciężar powietrza. Szklane naczynie wyposażone w kran jest pobierane i ważone razem z zawartym w nim powietrzem. Następnie za pomocą specjalnego urządzenia – pompy powietrza całe powietrze jest wypompowywane z tego naczynia, a naczynie jest zamykane kranem, aby powietrze z zewnątrz nie mogło do niego dostać się. To naczynie, już pozbawione zawartego w nim powietrza, jest ponownie ważone. Okazuje się, że teraz waga zmniejszyła się. Tutaj różnica o ile zmniejszy się waga i pokazuje, ile ważyło powietrze w tym naczyniu.
Tak więc w wyniku eksperymentów stwierdzono, że waga 1 m3 powietrza w normalnych warunkach wynosi 1,225 kg (za normalne uważa się ciśnienie barometryczne 760 mm Hg i temperaturę + 15 ° C). Temperatura i ciśnienie atmosferyczne mają duży wpływ na ciężar powietrza, więc przy tym samym ciśnieniu, ale w temperaturze +35 ° C, waga metra sześciennego powietrza wyniesie 1,1455 kg.
Ekspansja powietrza po podgrzaniu
Powietrze również rozszerza się pod wpływem ciepła; i, jak wszystkie gazy, rozszerza się znacznie silniej niż ciała stałe i ciecze. Aby to sprawdzić, możesz przeprowadzić następujący eksperyment.
Weźmy na przykład balon, nadmuchaj go powietrzem i zawiąż nitką, aby powietrze stamtąd nie wydobywało się. Teraz będziemy go powoli podgrzewać, trzymając go nad ogniem (ostrożnie i wyżej od ognia) lub nalewając gorącą wodę z prysznica. Zauważymy, że balon nieznacznie się rozszerza; przy dalszym ogrzewaniu i rozszerzaniu może pęknąć. Z tego prostego doświadczenia można zauważyć, że powietrze rozszerza się po podgrzaniu. I nie tylko powietrze, wszystkie gazy rozszerzają się z ogrzewania.
Ciśnienie powietrza
Dowiedzieliśmy się, że powietrze ma masę, tj. że przyciąga go ziemia. W rezultacie powietrze otaczające ziemię, tj. atmosfera, naciska na powierzchnię ziemi, a także na wszystkie ciała. W tym samym czasie atmosfera napiera na każde ciało ze wszystkich stron. To ciśnienie nazywa się atmosferycznym.
Aby to zweryfikować, można przeprowadzić bardzo prosty eksperyment. Weź szklankę, napełnij ją wodą i połóż na niej kawałek papieru. Naciskając papier ręką, odwróć szklankę do góry nogami; potem zdejmujemy rękę z papieru. Zobaczymy, że papier nie spadnie, woda nie wyleje się ze szklanki. Dlaczego to się dzieje? Woda obciąża papier swoim ciężarem, ale papier nadal nie spada, zatrzymując wodę. Oznacza to, że papier jest pod presją, aby go podtrzymać. To właśnie ciśnienie wytwarza powietrze.
I tak woda podnosi się za tłokiem tylko na wysokość około 10m. Gdyby atmosfera naciskała mocniej, woda unosiłaby się wyżej; gdyby w ogóle nie naciskał, to za tłokiem woda w ogóle nie podniosłaby się. Ta właściwość atmosfery z jej ciśnieniem do podnoszenia wody i cieczy w ogóle jest bardzo ważna i jest wykorzystywana w nauce, technice i życiu codziennym.
Atmosfera nie wszędzie naciska z taką samą siłą. Tak więc na nizinach naciska silniej, a mniej na górze; ponieważ nad górą jest mniej powietrza. Im wyżej idziesz, tym niższe staje się ciśnienie atmosfery. Na przykład na wysokości 10 kilometrów nad poziomem morza ciśnienie atmosferyczne jest prawie czterokrotnie słabsze niż ciśnienie morskie.
W tym samym miejscu ciśnienie atmosferyczne jest czasem trochę wyższe, a czasem trochę mniejsze. To zależy od pogody, wilgoci w powietrzu, wiatrów. Zatem istnieje ścisły związek między wartością ciśnienia atmosferycznego a pogodą. Na tej podstawie, znając wartość ciśnienia atmosferycznego, można czasem ocenić spodziewaną pogodę.
Jak wysokie jest ciśnienie atmosferyczne? Z poprzednich eksperymentów można zauważyć, że atmosfera naciska na ziemię i wszystkie obiekty z taką samą siłą, jakby zamiast atmosfery naciskała na nas warstwa wody o wysokości około 10 metrów. W rezultacie na każdy metr kwadratowy wywierany jest nacisk przekraczający 10 ton. Pomimo tak ogromnej presji, jakiej doświadczamy na co dzień, nie zauważamy tego, jaki jest tego powód? Dzieje się tak, ponieważ zewnętrzne ciśnienie atmosferyczne w naszym ciele odpowiada równemu ciśnieniu wewnętrznemu. Oba te naciski równoważą się nawzajem. Twoje płuca, nasze serce, wszystkie nasze narządy doświadczają zarówno ciśnienia zewnętrznego, jak i wewnętrznego, równego ciśnieniu zewnętrznemu.
Ciało ludzkie już przystosowało się do tak ogromnej presji, co więcej, takie ciśnienie stało się normalne, a nawet konieczne. Ciśnienie w górnej atmosferze jest znacznie mniejsze niż poniżej. Dlatego też, kiedy podróżnicy wspinają się po wysokich górach lub lotnik balonem na ogrzane powietrze leci wysoko w górę, mają tam nierównowagę między ciśnieniem zewnętrznym i wewnętrznym i pojawiają się różne bolesne konsekwencje, takie jak utrata przytomności lub krwotoki. Na wysokości 10 kilometrów człowiek nie może przetrwać bez specjalnej ochrony. Również silny wzrost ciśnienia, na przykład podczas zanurzenia w wodzie na dużych głębokościach, jest śmiertelny dla ludzi.
Elastyczność powietrza i gazów. Ciepło.
Weźmy na przykład gumową piłkę. Wiemy, że ze względu na swoją wagę naciska na nią powietrze atmosferyczne, a piłka w międzyczasie się nie kurczy. Dlatego powietrze wewnętrzne, tj. Bycie w piłce z kolei również naciska na jej ścianki od wewnątrz i nie pozwala piłce na ściśnięcie. To wewnętrzne ciśnienie powietrza jest elastycznością powietrza.
Zatem powietrze (lub inny gaz) uwięzione w naczyniu wytwarza ciśnienie na ściankach naczynia. Co to oznacza – ciśnienie powietrza na ścianach statku i jak może ono uciskać? Nie widzimy ani powietrza, ani jego cząstek, ale gdyby można było je zbadać, zobaczylibyśmy, że cząsteczki (nazywane są molekułami) powietrza nie spoczywają, ale nieustannie się poruszają, zderzając się ze sobą; odpychać się i ruszać ponownie, a ten ruch nigdy się nie zatrzymuje. Dzięki temu ruchowi cząsteczki powietrza uderzają w ściany naczynia, tak jakby groszek uderzał w ścianę, ten chaotyczny ruch cząsteczek nazywa się ruchami Browna . Każde uderzenie ma niewielką siłę, ale liczba cząsteczek i liczba uderzeń jest ogromna, dlatego łączny efekt tych uderzeń wytwarza pewien nacisk.
Jeśli ogrzejemy powietrze (lub inny gaz), zamknięte w jakimś zamkniętym naczyniu, wtedy powietrze będzie miało tendencję do rozszerzania swojej objętości, ale ponieważ jego objętość w naczyniu nie może się zmienić, ponieważ naczynie jest zamknięte, powietrze zacznie się silniej naciskać na ściany naczynia. Dlaczego to? Co dzieje się z powietrzem, gdy się nagrzewa? Kiedy podgrzewamy powietrze (lub jakikolwiek gaz), jego cząsteczki zaczynają poruszać się szybciej, a im bardziej je ogrzewamy, tym szybciej poruszają się jego cząsteczki. Ze względu na dużą prędkość każda cząsteczka powietrza uderza w ściany naczynia z większą siłą, a dodatkowo same uderzenia zdarzają się częściej. W rezultacie skumulowany efekt wszystkich ciosów, tj. ciśnienie wzrośnie. A jeśli mocno ogrzejesz naczynie powietrzem, może się zdarzyć, że ściany naczynia nie wytrzymają tych uderzeń i naczynie pęknie.
Ogrzewanie powietrza lub gazu polega na tym, że jego cząsteczki zaczynają poruszać się szybciej. Dotyczy to oczywiście nie tylko gazów, ale także każdego ciała – stałego, ciekłego i gazowego.
