空气倒流_探索天气中的科学

时间:2020-01-28  栏目:百科知识  

空气倒流_探索天气中的科学

空气倒流

空气的特性对天气的变化起着主要作用。空气占据一定空间,具有重量和压力。下面试着在水下“倒”空气。

材料:两个透明的玻璃杯;一个大容器或盛满水的水槽。

步骤:

1.把一个玻璃杯倒过来,直立着按入水中,杯中仍充满空气吗?

2.用另一只手把另一个杯子斜着放入水中,使杯中灌满水。

3.把两个杯子移到一起,倾斜第一个杯子,使它里面的气泡飘到第二个杯子里。第一个和第二个杯子各会发生什么现象?

4.你能把所有的空气都从第一个杯子转移到第二个杯子中吗?会有多少空气溢出?是什么增加了“倒”空气的难度?

话题:空气

要想证明空气的存在,可以转圈摇晃一个塑料袋,然后把袋口封上,袋子中明显装有东西,那就是空气!在这项活动中,你不但可以真正地“看”到空气,还可以控制它。首先把第一只杯子放入水底时,杯子充满了空气,水无法进到杯子中去,当把杯子倾斜时,气泡就会从杯子中溢出,而水则占据了原来空气的位置。由于空气要比水轻许多,所以从第一个杯子中溢出的气泡很有可能会进入第二只杯子,而第二只杯子中的水则会被气泡挤出去。

空气是由氮(约80%)和氧(约20%)以及其他少量水蒸气、氩和二氧化碳组成的混合物。

教你一招

空气是指地球大气层中的气体混合。它主要由78%的氮气、21%氧气、还有1%的稀有气体和杂质组成的混合物。空气的成分不是固定的,随着高度的改变、气压的改变,空气的组成比例也会改变。但是长期以来人们一直认为空气是一种单一的物质,直到后来法国科学家拉瓦锡通过实验首先得出了空气是有氧气和氮气组成的结论。19世纪末,科学家们又通过大量的实验发现,空气里还有氦、氩、氙等稀有气体。

在自然状态下空气是无味的。空气中的氧气对于所有需氧生物来说是必须的。所有动物需要呼吸氧气。此外植物利用空气中的二氧化碳进行光合作用,二氧化碳是近乎所有植物的唯一的碳的来源。

空气的成分:

氮气是一种化学上非常惰性的气体。只有通过固氮它才进入氮循环,能够被生物所利用。生物的氨基酸需要氮。通过反硝化作用氮回到空气中。在技术上人们使用哈柏法将空气中的氮加工为肥料。固氮与反硝化作用基本上互相抵消,对空气中的氮的浓度没有影响。在深潜的过程中(潜水深度大于60米)压缩空气瓶中的氮会被氦代替,否则的话血液中溶的氮会导致氮麻醉。

氧是一种重要的氧化剂,它使得空气具有氧化的作用。几乎所有化学燃烧和生理呼吸都需要氧。空气中的氧是通过光合作用产生的。在整个地球历史中通过光合作用所产生的氧的总量约是今天空气中氧的总量的20倍。

氩是一种惰性气体。它基本上不参加化学反应。因此在焊接时氩用来当作保护气。此外由于它相对于空气而言导热性比较差,因此它也被用来作为窗玻璃之间的隔热气体。

按照空气湿度的不同空气中可以含0至4%体积比的水蒸气。一般空气中水蒸气的含量在0.1%体积比(极地)至3%体积比(热带)之间。地面附近的水蒸气平均含量为1.3%。

空气成分的浓度是亚稳定的。在一个人活着的时间里它的变化非常小,但是它并不是自然常数。在地球历史上大气层不断发生变化,其组成成分曾经几度巨大地变化。现在大气层的组成是约3.5亿年前形成的。

目前,空气成分变化最大的是工业化开始后二氧化碳的成分增加了约40%。有人认为人为的温室效应导致了全球变暖。

由于痕量气体的总量非常小,因此它们的变化幅度可以非常大,人的生产和其他自然现象(比如火山活动)就可以在短期导致其浓度的波动。

以上给出的数值基本上到100千米高度不变。但是由于不同高度大气化学的反应各不相同,因此在不同高度上尤其是痕量气体的浓度可以有很大的差别。在100千米以上重的气体的浓度下降。因此在高空氢和氦的浓度比在地面高得多,不过那里的空气密度也要低得多。

除以上列出的主要成分外空气里还包含少量甲烷、二氧化硫(7千米以上骤减)、一氧化碳和臭氧。其他痕量气体包括:氟仿、过氧乙酰硝酸酯、二氧化氯、氮氧化物、二氧化硫、氡、汞。

二氧化碳最重要的生理作用在于为光合作用提供碳,因此空气中二氧化碳的含量对植物的生长影响很大。由于植物光合作用随光的存在而开始或者停止,因此地面附近的二氧化碳的浓度周日起伏。在植被丰富的地方地面附近的二氧化碳的浓度在白天最低,夜间最高。此外除热带外地面附近的二氧化碳的浓度还随季节起伏。在北半球3—4月其浓度最高,10月或11月最低。人的活动也会影响地面附近的二氧化碳的浓度。比如冬季随着取暖的开始二氧化碳的浓度提高。(www.benninghoven.com.cn)

衡量臭氧浓度的是多布森单位,而不是其浓度,原因是因为臭氧是一种非常活跃的气体,它能很快形成,很快分解,它的浓度随高度、天气、温度、其他物质的存在和时间变化很大。

一氧化碳是一种无色的易燃毒气。它由不完全燃烧而产生。在血液中它可以更容易与红血球结合,进而阻止氧的运输而令人致死,对进行光合作用的植物它也有危害。未经处理的汽车废气中含约4%的一氧化碳。空气中一氧化碳的主要来源是植物燃烧。

空气的物理特性:

密度在标准状况下空气密度为1.293kg/m3。

压力气压是位于一个地点上方空气受地球引力导致的静态的重力造成的压力。气压除根据测量高度变化外还受温度和空气动力的影响。在海平面一平方米上的空气压力约为10000千克。

温度气温是指地面附近空气在不受太阳辐射加热或者地面热源加热的情况下的温度。不同应用对于气温的定义不一样。在气象学中气温被定义为地面以上两米高处的温度。

湿度湿度是水蒸气在空气中的成分。

其他在标准状态下空气的声速为331.5m/s。

干燥空气的摩尔质量为28.9634g/mol。

在标准状态下空气对可见光的折射率约为1.00029。它随气压、气温和空气成分变化。尤其湿度对折射率的影响比较大,相应地光速在空气中也随之改变。

比热容:= 1.005 kJ/(kg K)

    = 0.279 kW h/(Tonne K)(等压过程)

    = 0.718 kJ/(kg K)

    = 0.199 kW h/(Tonne K)(等体过程)

不含水蒸气的空气被称为干空气。干空气的气体常数为2.8704* 10**6erg g**(-1)K**(-1),平均分子量=28.966g mol**(-1),定压比热=7R/2=0.240 calg**(-1)K**(-1),干空气定容比热= 5R/2=0.171 calg**(-1)K**(-1)。

空气的文化内涵:

古希腊哲学中的四元素说将空气列为世界万物的基本组成部分之一,与空气相应的正多面体是正八面体。

古代中国将空气写成“空炁”,道教谓之元气、清气。

宋代苏轼在《龙虎铅汞论》中将其形容为:“方调息时,则漱而烹之,须满口而后嚥。若未满,且留口中,候后次,仍以空气送至丹田,常以意养之。”明代屠隆在《彩毫记·仙官列奏》中的记载:“大道宗虚无,至真合溟滓。手把入空炁,趺霞蹑浮景。”

近现代,将空气形容为弥漫于地球周围的混合气体,主要成份是氮、氧等元素,例如巴金在《利娜》中写道:“只有一面铁格子小窗,放进来一点空气。”

空气被指为气氛,例如:刘半农的《拟装木脚者语》诗云:“他们欢笑的忙,跳舞的忙,把世界上最快乐的空气,灌满了这小客店里的小客堂。”巴金《寒夜》十二:“空气立刻紧张起来。”

空气被指为舆论、消息或谣言,例如瞿秋白在《饿乡纪程》(十一)中写道:“哈尔滨得空气,满洲里得事实,赤塔得理论,再往前去,感受其实际生活。”曹禺在《日出》第二幕中写道:“也许这是空户们要买进,故意造出的空气?”

空气还被形容为不被重视、忽视、忽略、若有若无,例如:“你把我当空气啊”!