"Введение в естественно-научные предметы", Пакулова В.М., Иванова Н.В.
Воздух окружает Землю и заполняет пространство вокруг нас. Это смесь газов, главным образом азота и кислорода, с небольшими примесями других газов. Воздух прозрачен, поэтому его обычно не видно, но он занимает место и имеет массу. Его можно сжимать, а после снятия давления он расширяется. При нагревании воздух занимает больший объём, а при охлаждении сжимается.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Воздух — смесь газов, окружающая Землю. Главные газы в его составе — азот и кислород; есть также небольшие количества других газов. Это понятие нужно, чтобы понимать, чем мы дышим и какая невидимая среда заполняет пространство вокруг предметов.
Сжимаемость воздуха — способность воздуха занимать меньший объём при сдавливании. При этом частицы воздуха сближаются, потому что между ними есть промежутки. Благодаря сжимаемости работают шприцы, насосы и накачанные воздухом предметы.
Упругость воздуха — способность сжатого воздуха расширяться и стремиться вернуть прежний объём. Воздух давит на стенки сосуда или на поршень, который его сжимает. Это свойство помогает понять, почему отпущенный поршень движется назад.
Расширение воздуха при нагревании — увеличение объёма воздуха при повышении его температуры. Нагретый воздух занимает больше места, а при охлаждении снова сжимается. Поэтому температура воздуха влияет на движение воздушных масс и работу некоторых устройств.
Воздух окружает предметы, хотя обычно его не видно. Свет проходит через воздух, потому что он прозрачен, а собственного цвета у него нет. Поэтому глаза замечают не сам воздух, а его движение, например колыхание занавески или листьев.
Пустая на вид перевёрнутая бутылка показывает, что внутри есть воздух. Если опустить её горлышком вниз в воду, вода не сразу попадёт внутрь: воздух уже занимает пространство и не позволяет воде его занять. Когда бутылку наклоняют, воздух выходит пузырьками, а вода заполняет освободившееся место.
При нажатии на поршень шприца воздух сжимается, потому что его частицы расположены не вплотную друг к другу. Между частицами есть промежутки, и давление уменьшает расстояния между ними. Поэтому тот же воздух помещается в меньший объём, хотя его количество не меняется.
Если отверстие шприца закрыто и перестать давить на поршень, сжатый воздух начинает расширяться. Он давит на поршень изнутри и толкает его обратно. Так проявляется упругость: воздух стремится занять объём, который был у него до сжатия.
При нагревании частицы воздуха движутся быстрее и сильнее раздвигаются, поэтому воздух расширяется. При охлаждении движение частиц ослабевает, и воздух сжимается. Тёплый воздух обычно поднимается, потому что расширенный воздух становится менее плотным, а более плотный холодный воздух опускается.
В таблице слева указано свойство, в середине — его проявление, а справа — простой способ проверки. Сначала определите, что изменяется: видимость воздуха, его объём или движение. Затем свяжите наблюдение с соответствующим свойством.
| Свойство | Что происходит с воздухом | Как проверить или наблюдать |
|---|---|---|
| Прозрачность и отсутствие собственного цвета | Свет проходит через воздух, поэтому он обычно невидим. | Посмотреть через чистый воздух на предметы; увидеть можно не воздух, а его движение. |
| Сжимаемость | При давлении воздух занимает меньший объём. | Закрыть отверстие шприца и надавить на поршень. |
| Упругость | Сжатый воздух расширяется и давит на поршень. | После сжатия отпустить поршень закрытого шприца. |
| Расширение при нагревании и сжатие при охлаждении | При нагревании объём воздуха увеличивается, а при охлаждении уменьшается. | Надеть шарик на бутылку и поставить её в тёплую воду. |
Условие. Закройте пальцем отверстие пустого шприца и нажмите на поршень. Нужно описать наблюдение и объяснить его.
Ответ. При нажатии поршень перемещается внутрь, а воздух сжимается. Это показывает сжимаемость воздуха.
Условие. Повторите опыт со шприцем, а затем отпустите поршень. Нужно объяснить его движение назад.
Ответ. Поршень движется назад из-за упругости сжатого воздуха. Воздух расширяется и толкает поршень.
Условие. Наденьте шарик на горлышко пустой бутылки и поставьте бутылку в тёплую воду. Нужно объяснить, почему шарик может надуться.
Ответ. Шарик может надуться, потому что воздух в бутылке нагревается, расширяется и занимает дополнительное пространство в шарике.
Ошибка 1. Считать пустую бутылку действительно пустой. Так думают, потому что воздух не виден; проверить себя можно опытом с водой и пузырьками воздуха.
Ошибка 2. Путать сжимаемость и упругость. Сжимаемость означает уменьшение объёма под давлением, а упругость — расширение после снятия давления; спросите себя, что произошло сначала и что потом.
Ошибка 3. Утверждать, что невидимый воздух не имеет массы. Невидимость связана с прозрачностью, а не с отсутствием массы; вспомните, что воздух занимает место и давит на предметы.
Ошибка 4. Считать, что при нагревании воздух становится тяжелее. При нагревании его объём увеличивается, но нового воздуха не появляется; проверьте, не перепутали ли вы количество воздуха с занимаемым объёмом.
Для понимания свойств воздуха нужно знать, что вещества состоят из частиц и могут находиться в разных состояниях. Промежутки между частицами помогают объяснить сжимаемость и расширение воздуха.
Эти знания пригодятся при изучении погоды и ветра: нагревание и охлаждение воздуха вызывают его движение. Они также связаны с дыханием и работой воздушных насосов, где воздух перемещается и сжимается.
Почему мы не видим воздух, если он вокруг нас?
Воздух прозрачен и не имеет собственного цвета, поэтому свет проходит через него, а глаза его обычно не различают. Невидимость не означает, что воздуха нет: он занимает место и обладает массой.
Как доказать, что в пустой бутылке есть воздух?
Переверните пустую на вид бутылку и опустите её горлышком вниз в воду. Вода не сможет сразу заполнить бутылку, потому что внутри находится воздух, который занимает её объём.
Почему воздух в шприце можно сжать?
Частицы воздуха находятся на расстоянии друг от друга, поэтому между ними есть промежутки. При нажатии на поршень частицы сближаются, и воздух занимает меньший объём.
Что происходит со сжатым воздухом, когда перестают давить на поршень?
Сжатый воздух начинает расширяться и толкает поршень обратно. Это проявление упругости воздуха — его способности стремиться вернуть прежний объём.
Почему шарик на бутылке может надуться в тёплой воде?
Воздух в бутылке нагревается и расширяется. Он занимает больше места и выходит в шарик, поэтому шарик может надуться.
§ 17. Свойства воздуха
