Материалы по составу атмосферы.(Раздаточный материал)

Материалы по составу атмосферы.(Раздаточный материал)

Атмосфера Земли состоит из смеси газов: 78,09% азота, 20,095% кислорода, 0,93% аргона, 0,03% углекислого газа. Количество остальных газов в воздухе ничтожно мало. К этим газам относятся водород, неон, гелий, криптон, радон, и другие. А также переменные составные части атмосферы, такие как оксиды азота, серы, угарный газ, аммиак, сера, сероводород, вода и пыль.Кроме этого, в атмосфере нашей планеты находится значительное количество наночастиц, невидимых глазом. Это аэрозольныенаночастицы.

В метеорологии под аэрозолем понимают дисперсную систему из частиц твердого или жидкого вещества, находящихся во взвешенном состоянии в атмосферном воздухе. Аэрозоли попадают в атмосферу из многих источников.

Классификация аэрозолей:.

1. По агрегатному состоянию дисперсной фазы:

Туманы– дисперсная система, состоит из капелек жидкости;

дымы – аэрозоли с твердыми частицами кондансационного происхождения;

пыли – твердые частицы, образованные путем деспиригирования;

смог – система смешанного типа, когда на твердых частицах конденсируется влага (туман, образовавшийся на частицах дыма);

2. По дисперсности:

ультрадисперсные аэрозоли (наночастицы) с размерами 0,001 – 0,01 мкм;

высокодисперсные аэрозоли (ВДА) 0,01 – 0,1 мкм;

среднедисперсные аэрозоли 0,1 – 10 мкм;

грубодисперсные аэрозоли 10 – 100 мкм.

Появление нового класса наночастиц (частицы размером от 1 до100 нм)

произошло совсем недавно, когда стало возможным создание нового поколения аэрозольных приборов для изучения этих ультрадисперсных аэрозолей.

В составе аэрозолей, находящихся в окружающем воздухе, могут быть частицы различного происхождения и химического состава.

Аэрозоли возникают как естественным путем, так и образуются искусственно.

Аэрозоли, которые возникают естественным путем:

До 30% всех естественных аэрозолей дает космическая пыль. Ежегодно в среднем 1 км² земной поверхности выбрасывает в атмосферу 20т раздробленной массы, которая превращается в атмосферные аэрозоли.

Ветер поднимает и разносит облака пыли, создавая пыльные бури. Пыль может подниматься на высоту 5 – 6 км и переноситься на расстояния, измеряемые тысячами километров (в Норвегии, например, была обнаружена пыль пустыни Сахара).

При извержении вулканов, а их на Земле более 600, в атмосферу выбрасывается несколько десятков миллионов тонн грунта, большая часть которого переходит в аэрозольное состояние (так, в результате гигантского извержения вулкана Тамбора в Индонезии в 1815 г. в стратосферу было выброшено такое количество пыли, что следующий, 1816 г, вошел в историю как «год без лета»).

Микроорганизмы, вирусы и споры растений подхватываются потоком воздуха и образуют аэрозоли, так аэрозоли биологического происхождения могут переноситься на огромные расстояния.

Вода, испаряемая с водной поверхности Земли, образует аэрозоли, разрушение которых приводит к возникновению дождя, снега, града.

Аэрозоли, которые получают искусственно:

Около 10% всех аэрозолей получается искусственно: это распыление ядохимикатов и удобрений, орошение, бытовые аэрозоли и т. д.

Промышленные аэрозоли:

В шахтах, карьерах для добычи полезных ископаемых, около металлургических и химических комбинатов, при работе различных агрегатов (дробилок, мельниц, многочисленных котельных) образуются аэрозоли, загрязняющие воздух. Все виды наземного, воздушного и водного транспорта являются источниками аэрозолей за счет сгорания топлива (достаточно сказать, что в результате сгорания топлива ежегодно выбрасывается в атмосферу более 100т твердых и 1 млн.т газообразных веществ).

Производство ядерного топлива, эксплуатация атомных электростанций, испытания ядерного оружия приводят к образованию радиоактивных аэрозолей.

Воздух, содержащий до 6 тыс. аэрозольных частиц в 1 см3, считается чистым. На высоте около 6 тыс. м над уровнем океана в 1 см3 воздуха содержится только 20 наночастиц. Но в городах, на высоте около 100 м от земли, их количество оценивается 45 тыс./см3.

Реакция в тропосфере с участием наночастиц существенно влияет на концентрацию в воздухе таких важнейших газообразных загрязнителей, как азотная кислота, двуокись серы и другие. Эти реакции часто изменяют состав частиц, что сказывается на формировании облаков, рассеивании и поглощении света, воздействии на здоровье человека и окружающую среду. Эпидемиологические исследования показали, что ухудшение легочных функций человека и животных коррелируются с количеством ультрамелких (D < 100 нанометров) наночастиц.По последним наблюдениям ученых, в атмосфере нашей планеты уже находится значительное количество наночастиц, невидимых глазом, но могущих оказать влияние как на погодные процессы, так и на здоровье человека, причем не обязательно положительным образом.

 

Опыт№4.Сплющенная бутылка.

Приборы и материалы: чайник с горячей водой, пустая пластиковая бутылка.

Ход опыта: ополоснуть бутылку горячей водой. Воду слить и бутылку быстро закрыть крышкой. Бутылка сплющится.

Объяснение опыта: горячая вода нагрела воздух в бутылке, воздух расширился. Когда закрыли пробкой бутылку, воздух остыл. Давление при этом уменьшилось. Снаружи атмосферный воздух сдавил бутылку (Рис.13).

Опыт№4 (вариант 2) Сплющенная банка.

С помощью простого, но наглядного опыта мы сможем понять, насколько сильно атмосфера воздействует на тела на земле, а заодно и коснемся темы теплового расширения газов.

Для опыта нам понадобятся:

• Сосуд. Для этого опыта прекрасно подойдет пустая банка из-под газировки.
• Какая-нибудь миска с водой.
• Источник тепла, например, свеча.

Берем банку и наливаем туда немного воды.

Ставим банку на огонь и ждем, пока вода не начнет закипать. Для чего нужна вода, спросите вы? Вода начнет закипать и переходить в газообразную форму, занимая объем банки. При охлаждении водяной пар конденсируется, т.е. снова перейдет в жидкую форму, тем самым резко понизив давление в сосуде. Можно и не использовать воду, а нагревать только воздух в банке. Но в этом случае опыт будет не столь эффектным.

После того, как вода закипит, снимем банку с огня и, перевернув ее, резко опустим в сосуд с холодной водой.

Давление в банке упадет, и атмосферное давление сплющит банку с характерным хлопком. Это так называемая имплозия — взрыв вовнутрь. В отличие от обычного взрыва (эксплозии), когда взрыв распространяется вовне, при имплозии взрыв происходит внутрь.

Конечно, это лучше наблюдать на видео на нашем канале youtube. Ну а еще лучше – это проделать опыт самому!

Эффект воздействия атмосферного давления, который мы наблюдали в эксперименте, довольно широко используется. Его можно встретить при вакуумной упаковке продуктов, в оздоровительной медицине, при перекачивании жидкостей и т.д. Да вы и сами, наверняка сталкивались с этим эффектом, когда клали в холодильник полупустую пластиковую бутылку с водой: воздух в бутылке в холодильнике охлаждался, давление падало и атмосферное давление сдавливало бутылку.

 

Опыт № 2

Объяснение: Банка сминается из-за изменения давления воздуха. Внутри неё создается низкое давление, а затем более высоким давлением её сминает. В не нагретой банке содержится вода и воздух. Когда вода вскипает, она испаряется – превращается из жидкости в горячий водяной пар. Горячий пар замещает в банке воздух. Когда ассистент опускает перевёрнутую банку, воздух не может снова вернуться в неё. Холодная вода в форме охлаждает пар, оставшийся в банке. Он конденсируется-превращается из газа обратно в воду. Пар, который занимал весь объём банки, превращается всего в несколько капель воды, которая занимает существенно меньше места, чем пар. В банке остаётся большое пустое пространство, практически не заполненное воздухом, поэтому давление там оказывается гораздо ниже, чем атмосферное давление снаружи. Воздух давит на банку снаружи, и она сминается.

 

Опыт№ 5. “Непослушная пробирка”

Взять две такие пробирки, чтобы одна из них могла свободно входить в другую. В широкую нальём немного воды, а затем вставим в неё короткую узкую пробирку. Если теперь перевернуть пробирки, то мы станем свидетелями интересного явления.

Узкая пробирка не падает, а, наоборот, по мере вытекания воды поднимается вверх, втягиваясь в широкую пробирку.

Почему это происходит?

Объяснение: Вода вытекает, над ней образуется безвоздушное пространство, а атмосфера вталкивает в него узкую пробирку.

Опыт № 6. “Самый простенький фонтан”

Беру шприц, закрываю отверстие пальцем и перемещаю поршень, увеличивая объём воздуха под поршнем. Затем опускаем шприц в стакан с водой, не открывая отверстия, и убираем палец. В шприце бьёт фонтан. Почему? Объясните.

Объяснение: Когда мы увеличиваем объём воздуха под поршнем, то при этом уменьшается давление газа. Атмосфера давит на воду в стакане и заставляет её с силой входить в разряжённое пространство под поршнем. Потому и образуется фонтан.

 

Опыт № 7. «Тяжёлая» газета

Материалы. Длинная деревянная линейка (не менее 30см) и газета.

Ход работы:

1. Положи линейку на стол таким образом, чтобы треть ее выступала за край стола.

2. Сверху положи лист газеты и расправь так, чтобы она плотно прилегал к столу.

3. Ударь по выступающей части линейки.

4. Опиши наблюдаемое явление. Объясни его.

Опыт № 8

Почему, если откачиваешь воздух из воронки, широкое отверстие которой затянуто резиновой пленкой, то пленка втягивается внутрь, а затем даже лопается?

 

Опыт № 12. Две воронки.

Оборудование: две воронки, две одинаковые чистые сухие пластиковые бутылки вместимостью 1 литр, пластилин.

Проведение: Взяли бутылку без пластилина. Налили в нее через воронку воду. В бутылку с зафиксированной пластилином воронкой протекло немного воды, а затем она прекратила течь совсем.

Объяснение: В первую бутылку вода течет свободно. Так как она замещает в ней воздух, который есть воздух, который обладает своим давлением. Вода в воронке тоже обладает давлением, которое возникает благодаря силе тяжести, тянущей воду вниз. Однако сила давления воздуха в бутылке превышает силу тяжести, действующую на воду. Поэтому вода не может попасть в бутылку.

 

Опыт № 13. Модель дыхания

Подготовка установки. Соберите установку, изображённую на рисунке, где 1 –полиэтиленовый мешок, 2 – стеклянная трубка, 3 – резиновый воздушный шарик, 4 – два кольца из толстой проволоки, 5 – нитки.

 

 

Проведение эксперимента. При деформации полиэтиленового мешка наблюдается изменение объёма резинового шарика. Подобные процессы происходят при дыхании.

Задание. Разберитесь в сущности дыхания и проведите аналогию между работой установки и процессом дыхания человека (роль рёбер, диафрагмы и т. д.).

Измерение атмосферного давления.

1. Атмосферное давление измеряют барометром-анероидом, основной частью которого является металлическая коробочка, из которой выкачан воздух. При изменении давления коробочка увеличивается в объеме или уменьшается. Пользуясь школьным барометром, проведите наблюдения за изменением атмосферного давления.

Проверьте, одинаковы ли показания барометра в закрытом помещении и на открытом воздухе? Для этого измерьте атмосферное давление на первом этаже и во дворе школы.

(Помещение и улица - сообщающиеся сосуды, поэтому давление будет одинаковым, так как по закону Паскаля давление в каждую точку передается без изменения.)

Измерьте атмосферное давление на различных этажах школы, начав с 1 этажа. Есть ли изменения? Почему?

Материалы для обсуждения

 

Атмосферное давление в быту

Человек позаимствовал идею присосок у животных и нашел ей применение. Есть кухонные приспособления, которые крепятся на гладком столе с помощью присоски. Например, картофелерезка. Прижимается к столу очень крепко. Еще выпускают специальные ручки с присосками. Их крепят в ванной на плитке, чтобы держаться и не упасть. Подобные штуки используют при переноске стекол и стеклопакетов. Знаменитые мыльницы на присосках.

Вентилятор пылесоса создает разрежение в шланге, а внешнее давление загоняет в него воздух, захватывающий с собой пыль, соринки, мелкий мусор. И здесь работает атмосферное давление!

Аключение

В результате нашей работы мы выяснили и узнали:

ü Что такое атмосферное давление и зачем нужно вести за ним наблюдение.

ü Провели опыты, доказывающие существование атмосферного давления, что атмосферное давление на разных высотах различное и оно изменяется ежедневно.

ü Узнали, что атмосферное давление-главный фактор метеочувствительности. Мы убедились, что именно атмосферное давление определяет многие физиологические процессы в жизни человека. Теперь стало понятно, для чего существуют специальные службы, контролирующие изменяющееся атмосферное давление.

Атмосфера, окружающая нашу планету, определяет все жизненные процессы на Земле и оказывает большое влияние на жизнь и хозяйственную деятельность человека.

Человеку необходимы знания об атмосферном давлении, чтобы двигать прогресс вперед, делать новые открытия и изобретения. И, мы думаем, что вы с нами согласны.

Материалы по составу атмосферы.(Раздаточный материал)

Атмосфера Земли состоит из смеси газов: 78,09% азота, 20,095% кислорода, 0,93% аргона, 0,03% углекислого газа. Количество остальных газов в воздухе ничтожно мало. К этим газам относятся водород, неон, гелий, криптон, радон, и другие. А также переменные составные части атмосферы, такие как оксиды азота, серы, угарный газ, аммиак, сера, сероводород, вода и пыль.Кроме этого, в атмосфере нашей планеты находится значительное количество наночастиц, невидимых глазом. Это аэрозольныенаночастицы.

В метеорологии под аэрозолем понимают дисперсную систему из частиц твердого или жидкого вещества, находящихся во взвешенном состоянии в атмосферном воздухе. Аэрозоли попадают в атмосферу из многих источников.

Классификация аэрозолей:.

1. По агрегатному состоянию дисперсной фазы:

Туманы– дисперсная система, состоит из капелек жидкости;

дымы – аэрозоли с твердыми частицами кондансационного происхождения;

пыли – твердые частицы, образованные путем деспиригирования;

смог – система смешанного типа, когда на твердых частицах конденсируется влага (туман, образовавшийся на частицах дыма);

2. По дисперсности:

ультрадисперсные аэрозоли (наночастицы) с размерами 0,001 – 0,01 мкм;

высокодисперсные аэрозоли (ВДА) 0,01 – 0,1 мкм;

среднедисперсные аэрозоли 0,1 – 10 мкм;

грубодисперсные аэрозоли 10 – 100 мкм.

Появление нового класса наночастиц (частицы размером от 1 до100 нм)

произошло совсем недавно, когда стало возможным создание нового поколения аэрозольных приборов для изучения этих ультрадисперсных аэрозолей.

В составе аэрозолей, находящихся в окружающем воздухе, могут быть частицы различного происхождения и химического состава.

Аэрозоли возникают как естественным путем, так и образуются искусственно.

Аэрозоли, которые возникают естественным путем:

До 30% всех естественных аэрозолей дает космическая пыль. Ежегодно в среднем 1 км² земной поверхности выбрасывает в атмосферу 20т раздробленной массы, которая превращается в атмосферные аэрозоли.

Ветер поднимает и разносит облака пыли, создавая пыльные бури. Пыль может подниматься на высоту 5 – 6 км и переноситься на расстояния, измеряемые тысячами километров (в Норвегии, например, была обнаружена пыль пустыни Сахара).

При извержении вулканов, а их на Земле более 600, в атмосферу выбрасывается несколько десятков миллионов тонн грунта, большая часть которого переходит в аэрозольное состояние (так, в результате гигантского извержения вулкана Тамбора в Индонезии в 1815 г. в стратосферу было выброшено такое количество пыли, что следующий, 1816 г, вошел в историю как «год без лета»).

Микроорганизмы, вирусы и споры растений подхватываются потоком воздуха и образуют аэрозоли, так аэрозоли биологического происхождения могут переноситься на огромные расстояния.

Вода, испаряемая с водной поверхности Земли, образует аэрозоли, разрушение которых приводит к возникновению дождя, снега, града.

Аэрозоли, которые получают искусственно:

Около 10% всех аэрозолей получается искусственно: это распыление ядохимикатов и удобрений, орошение, бытовые аэрозоли и т. д.

Промышленные аэрозоли:

В шахтах, карьерах для добычи полезных ископаемых, около металлургических и химических комбинатов, при работе различных агрегатов (дробилок, мельниц, многочисленных котельных) образуются аэрозоли, загрязняющие воздух. Все виды наземного, воздушного и водного транспорта являются источниками аэрозолей за счет сгорания топлива (достаточно сказать, что в результате сгорания топлива ежегодно выбрасывается в атмосферу более 100т твердых и 1 млн.т газообразных веществ).

Производство ядерного топлива, эксплуатация атомных электростанций, испытания ядерного оружия приводят к образованию радиоактивных аэрозолей.

Воздух, содержащий до 6 тыс. аэрозольных частиц в 1 см3, считается чистым. На высоте около 6 тыс. м над уровнем океана в 1 см3 воздуха содержится только 20 наночастиц. Но в городах, на высоте около 100 м от земли, их количество оценивается 45 тыс./см3.

Реакция в тропосфере с участием наночастиц существенно влияет на концентрацию в воздухе таких важнейших газообразных загрязнителей, как азотная кислота, двуокись серы и другие. Эти реакции часто изменяют состав частиц, что сказывается на формировании облаков, рассеивании и поглощении света, воздействии на здоровье человека и окружающую среду. Эпидемиологические исследования показали, что ухудшение легочных функций человека и животных коррелируются с количеством ультрамелких (D < 100 нанометров) наночастиц.По последним наблюдениям ученых, в атмосфере нашей планеты уже находится значительное количество наночастиц, невидимых глазом, но могущих оказать влияние как на погодные процессы, так и на здоровье человека, причем не обязательно положительным образом.