35. Что мы узнали о воздухе

Определения и обозначения

Воздух — смесь газов, окружающая Землю. Он невидим, но занимает место: его можно обнаружить по тому, как он наполняет мяч или шар. Воздух нужен людям и животным для дыхания, а также участвует в природных процессах. Его свойства помогают объяснить ветер и горение.

Кислород — газ, необходимый для дыхания и поддерживающий горение. Человек и животные получают кислород из воздуха, а затем выдыхают воздух с углекислым газом. При недостатке кислорода пламя не может долго гореть. Поэтому кислород важен и для живых организмов, и для некоторых процессов вокруг нас.

Углекислый газ — газ, который выделяется при дыхании и горении. Растения поглощают его и используют при образовании питательных веществ. При этом растения выделяют кислород. Значит, этот газ не просто попадает в воздух, но и используется живой природой.

Азот — газ, составляющий большую часть воздуха и не поддерживающий горение. Он окружает нас повсюду, хотя сам по себе незаметен. Азот не заменяет кислород при дыхании и не помогает пламени поддерживаться. Знание о нём помогает понять, почему воздух нельзя считать чистым кислородом.

Как это устроено

Воздух не является одним веществом: это смесь газов. В нём больше всего азота, а кислорода значительно меньше; углекислого газа содержится очень мало. Каждый газ сохраняет свои свойства, поэтому воздух по-разному участвует в дыхании и горении. Например, кислород поддерживает пламя, а азот — нет. Состав воздуха объясняет, почему дыхание возможно, хотя воздух не состоит из одного кислорода.

Воздух занимает место, хотя его нельзя увидеть. Если надувать мяч, он становится больше и упругим: внутрь поступает газ, которому нужно пространство. Воздух также давит на стенки мяча, поэтому тот сохраняет форму и отскакивает. Сжатый воздух занимает меньше места, чем до сжатия, но стремится снова расшириться. Так проявляется его упругость — способность расправляться после сжатия.

При нагревании частицы воздуха движутся быстрее и располагаются дальше друг от друга, поэтому воздух расширяется. В том же объёме его становится меньше, и он делается легче окружающего более холодного воздуха. Лёгкий тёплый воздух поднимается вверх. При охлаждении воздух сжимается, становится плотнее и опускается. Поэтому рядом могут одновременно двигаться потоки воздуха разной температуры.

Движение тёплого и холодного воздуха вызывает ветер. Солнце нагревает разные участки земной поверхности неодинаково: над одними местами воздух становится теплее и поднимается, а в других остаётся холоднее. Более холодный воздух перемещается туда, где поднялся тёплый, а сам постепенно нагревается. Такое перемещение воздушных масс и ощущается как ветер. Его направление и сила могут меняться, потому что меняются условия нагрева и движения воздуха.

Кислород нужен людям и животным для дыхания, а также поддерживает горение. Во время дыхания живые организмы поглощают кислород и выделяют углекислый газ; он образуется и при горении. Растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Поэтому газы воздуха связаны с жизнью организмов и с процессами горения. Кислород и углекислый газ выполняют разные роли, хотя оба входят в состав воздуха.

Состав и значение основных газов воздуха

В таблице сравниваются примерные доли газов и их значение. Сначала найди газ, затем посмотри, какую часть воздуха он составляет и какую роль выполняет. Доли округлены: содержание углекислого газа может немного меняться.

Разбор задач

Задача 1. В надутом мяче есть воздух. Что это доказывает о воздухе? Чтобы ответить, нужно связать изменение мяча с тем, что попало внутрь. Сам мяч до надувания был мягким и занимал меньше пространства. После надувания он стал упругим и увеличился.

1. Сравним мяч до и после надувания: его объём увеличился. Это произошло потому, что внутрь поступил воздух.
2. Воздух заполнил внутреннее пространство мяча и растянул его стенки. Значит, воздух не может находиться в том же месте, не занимая пространства.
3. Проверим вывод: если выпустить воздух, мяч сдуется и станет мягче. Это подтверждает, что его форму поддерживал воздух.

Ответ: воздух занимает место и может наполнять предметы.

Задача 2. Почему накрытая стеклянной банкой свеча постепенно гаснет? Для горения нужен кислород, а под банкой его запас ограничен. Банка мешает воздуху свободно поступать к пламени извне. Поэтому нужно проследить, что происходит с кислородом внутри закрытого пространства.

1. Сначала в банке есть воздух, в том числе кислород. Пока кислорода достаточно, свеча продолжает гореть.
2. При горении кислород расходуется, а новое его количество поступает медленно или не поступает вовсе. Запас кислорода под банкой постепенно уменьшается.
3. Когда кислорода становится недостаточно для поддержания горения, пламя гаснет. Причина не в том, что воздух исчез, а в ограниченном запасе нужного для пламени газа.

Ответ: свеча гаснет, потому что под банкой ограничен запас кислорода, поддерживающего горение.

Задача 3. В комнате у пола и у потолка воздух нагрелся неодинаково. Как он будет перемещаться? Используем правило о нагревании: тёплый воздух расширяется и становится легче, а холодный сжимается и становится плотнее. Сравним температуру воздуха в двух местах, чтобы определить направление движения.

1. Если у потолка воздух теплее, он уже находится выше, а более холодный и плотный воздух — у пола. В таком случае заметного подъёма тёплого воздуха из нижней части комнаты не будет.
2. Если теплее у пола, нагретый воздух расширится и начнёт подниматься к потолку. Более холодный воздух сверху будет опускаться вниз.
3. В обоих случаях движением управляет разница в нагревании: тёплый воздух поднимается, а холодный занимает его место, опускаясь.

Ответ: тёплый воздух перемещается вверх, а более холодный — вниз; направление зависит от того, где находится более нагретый воздух.

Типичные ошибки

Ошибка: считать воздух чистым кислородом. Так думают, потому что кислород нужен для дыхания и горения. Но воздух — смесь газов, в которой больше всего азота, а кислорода меньше. Проверь себя: если бы воздух был только кислородом, в его составе не было бы других газов.

Ошибка: думать, что невидимого воздуха нет. Его нельзя разглядеть, поэтому легко забыть о его присутствии. Но движение листьев при ветре и надутый мяч показывают, что воздух существует и действует на предметы. Проверь себя: вспомни, чем наполняется мяч, когда его надувают.

Ошибка: утверждать, что при нагревании воздух опускается. Можно перепутать направление движения, если не сравнить тёплый и холодный воздух. Нагретый воздух расширяется, становится легче и поднимается, а более холодный опускается. Проверь себя: сначала определи, где воздух теплее, и только потом указывай направление.

Ошибка: считать, что углекислый газ и кислород выполняют одинаковую роль. Оба газа находятся в воздухе, поэтому их можно спутать. Однако кислород нужен для дыхания и поддерживает горение, а углекислый газ выделяется при дыхании и используется растениями. Проверь себя: назови отдельно, какой газ поглощают растения и какой выделяют.

Связь с другими темами

Чтобы понять свойства воздуха, нужно уметь различать тело и вещество. Газ тоже занимает место, хотя его не видно, как это показывает надутый предмет. Тема связана с дыханием человека и животных: организм получает кислород и удаляет углекислый газ. Она также помогает изучать растения, горение и погоду: растения используют углекислый газ, кислород поддерживает пламя, а движение воздуха образует ветер.

Что запомнить

• Воздух — смесь газов.
• Больше всего в воздухе азота.
• Кислород необходим для дыхания и поддерживает горение.
• Воздух занимает место и обладает упругостью.
• При нагревании воздух расширяется и поднимается.
• Движение воздуха называют ветром.
• Растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород.