Предлагаю вам тест по физике: физические тела, явления, вещества.
Тест был опубликован вчера на Яндекс-Дзен канале «Домобуч». Физика у моих подписчиков не такой популярный предмет, как русский язык, поэтому ответили всего 30 человек. Многие ответили верно, но есть и запутавшиеся. Вы тоже можете пройти этот тест, а под картинкой посмотреть ответы и комментарии.
Ответ: физическое тело — это любой предмет.
Физическая величина описывает физическое тело. Не каждое физическое тело можно взять в руки, например, Луну.
Ответ: физическую величину можно измерить или вычислить, выразить в соответствующих единицах. Физическая величина описывает свойства физических тел и явлений.
Ответ: вертолёт, ножницы, Луна.
Ответ: ртуть, спирт, алюминий.
Ответ: снегопад, кипение, метель, гром.
Ответ: катится шар, колеблется маятник часов, летит птица.
Ответ: кипит вода, тает снег, плавится свинец.
Ответ: раскат грома, шелестит листва, пение птиц.
Ответ. Электрические явления: включился электрочайник, гроза.
Ответ: сверкает молния, мерцают звёзды..
Второй тест по физике ТУТ.
Движение лидера к земной поверхности происходит ступенями в несколько десятков метров со скоростью около 5·107 м/с, после чего его движение приостанавливается на несколько десятков мкс, а свечение сильно ослабевает; затем в последующей стадии лидер снова продвигается на несколько десятков метров. Яркое свечение охватывает при этом все пройденные ступени; затем следуют снова остановка и ослабление свечения. Эти процессы повторяются при движении лидера до поверхности земли со средней скоростью 2·105 м/с. По мере продвижения лидера к земле напряженность поля на его конце усиливается и под его действием из выступающих на поверхности Земли предметов выбрасывается ответный стример, соединяющийся с лидером. Эта особенность молний используется для создания молниеотвода (см. МОЛНИЕОТВОД). В заключительной стадии по ионизованному лидером каналу следует обратный, или главный, разряд молнии, характеризующийся токами от десятков до сотен тысяч А, яркостью, заметно превышающей яркость лидера, и большой скоростью продвижения, вначале доходящей до 108 м/с, а в конце уменьшающейся до 107 м/с.
Температура канала при главном разряде может превышать 25 000 °С. Длина канала наземной молнии 1—10 км, диаметр — несколько см. После прохождения импульса тока ионизация канала и его свечение ослабевают. В финальной стадии ток молнии может длиться сотые и даже десятые доли секунд, достигая сотен и тысяч А. Такие молнии называют затяжными, они наиболее часто вызывают пожары. 
%PDF-1.6 % 2 0 obj > endobj 5 0 obj > stream application/pdf
Автор фото, Marc Szeglat www.volcanoes.de
Подпись к фото,Вулкан Сакурадзима в Японии – один из самых активных в мире
“Грязная гроза” – это редкое зрелище, от которого буквально захватывает дух. В марте оператор Марк Зеглат сумел снять на видеокамеру это необыкновенное явление.
Подробности рассказывает корреспондент
Оператор, сценарист и, как он себя называет, геонавт Марк Зеглат, который, в числе прочего, специализируется на съемках извержений вулканов, в марте сумел с помощью своей камеры в серии поразительных мгновений запечатлеть вырвавшуюся наружу мощь Земли во всем ее ужасающем и поражающем воображение великолепии.
“Грязные грозы” – это крайне редкие природные явления, которыми порой сопровождаются крупные извержения вулканов.
Этот феномен, что еще более необычно и даже уникально, регулярно наблюдается во время извержений вулкана Сакурадзима в Японии, одного из самых активных вулканов в мире.
Во время своей недавней экспедиции Марку Зеглату выпала удача стать свидетелем драматических извержений вулкана и поразительного природного представления с громом и молниями.
Автор фото, Marc Szeglat www.volcanoes.de
Подпись к фото,Хотя вулканические молнии – явление редкое, его довольно регулярно можно наблюдать на Сакурадзиме, говорит Зеглат
“Термином “грязная гроза” обозначают молнии, возникающие в облаке, которое поднимается из жерла вулкана во время извержения”, – объясняет немецкий кинематографист из города Оберхаузен, который уже почти 20 лет совершает экспедиции к действующим вулканам.
“Сакурадзима – единственный из известных мне вулканов, чьи ежедневные извержения часто сопровождаются молниями”, – говорит он. Однако почему именно здесь это происходит так часто, пока не ясно.
“Во время обычных гроз сталкиваются кристаллы льда, в результате чего происходят электрические разряды, приводящие к молниям. В вулканическом облаке во время извержения вместо кристаллов льда сталкиваются частицы пепла”.
Автор фото, Marc Szeglat www.volcanoes.de
Подпись к фото,Заглату удалось снять вулканическую молнию во время извержения вулкана Синабунг на Суматре
Чтобы снять на видео потрясающие кадры извержения вулкана, Марк Зеглат и его друг и соавтор Мартин Ритце ждали того момента, когда молния пронзит столб пепла, образовавшийся при извержении, зная при этом, что вскоре последуют ударная и звуковая волны, сопровождающие мощные извержения.
“Ударная волна и звук возникли с задержкой в несколько секунд после того, как мы увидели извержение.
Эти несколько секунд заставили изрядно поволноваться. Я не знал, насколько сильной будет ударная волна”.
Автор фото, Marc Szeglat www.volcanoes.de
Подпись к фото,Зеглат на вулкане Кракатау в Индонезии. Катастрофическое извержение 1883 года унесло жизни более 30 тысяч человек
“Иногда ударная волна достигает такой силы, что трясутся штатив и закрепленная на нем камера”.
“На этот раз я почувствовал дыхание ветра из самых недр земли. Он донесся очень коротким и при этом мощным порывом”.
“Потом мой друг Мартин и я громко расхохотались. Мы были очень счастливы”.
Автор фото, Marc Szeglat www.volcanoes.de
Подпись к фото,Вулканы – это окна в недра земли, говорит Марк Зеглат
Молния, которую можно было наблюдать во время извержения весной 2010 года вулкана Эйяфьядлайёкюдль в Исландии, стала еще одним примером “грязной грозы”. Взрывные извержения вулканов разделяются на несколько типов в зависимости от характера выбросов.
Как правило, извержение происходит за счет высвобождения газов, находящихся под давлением в недрах земной коры. В результате взрывного извержения на поверхность изливаются потоки лавы и происходят выбросы обломков породы, пепла и т.п.
Автор фото, Getty
Подпись к фото,Извержение вулкана на юге Чили. И здесь молния в вулканическом пепле…
С 11 по 20 мая 2010 года вулканологи сообщали о многочисленных молниях, которые они наблюдали в облаке пепла над вулканом. У основания мощного облака можно было видеть искры. Вспышки молний сопровождались сильными раскатами грома.
I. Вступительное слово.
II. Как образуется дождь? Обсуждение ситуации.
III. Изложение теоретического материала.
IV. Заключительное слово.
Ход классного часа
Вступительное словоII. Как образуется дождь? Обсуждение ситуации.
Образование дождя происходит благодаря процессу круговорота воды в природе. В науке он называется “гидрологическим циклом”. В чем его суть? Солнце нагревает поверхность Земли достаточно сильно, чтобы начался процесс испарения воды отовсюду, где она есть, – с луж, рек, озер, морей, океанов и т. д.
III. Изложение теоретического материала.
Благодаря испарению молекулы воды поднимаются высоко в воздух, образуя облака и тучи. Ветер уносит их в небе на много километров в сторону. Молекулы воды объединяются, постепенно образуя все более и более тяжелые структуры. В конце концов формируется капля, которая уже достаточно тяжела. Из-за этого капля летит вниз. Когда этих капель много, возникает дождь. Он может быть легким, немного накрапывающим, а может быть и сильным ливнем.
Очень важная особенность круговорота воды в природе заключается в том, что в результате испарения моря и океаны теряют больше воды, нежели чем получают во время осадков.
На суше же все наоборот – количество полученной воды намного больше во время осадков, нежели ее потери во время испарения. Этот природный механизм позволяет поддерживать строго определенный баланс между соотношением количества воды в морях и на суше, что важно для непрерывного процесса круговорота воды и равного количества осадков по всему земному шару.
Вот таким образом и происходит круговорот воды в природе, который необходим для развития жизни на Земле. А дождь – это один из этапов круговорота воды
Радуга – одно из тех необычных оптических явлений, которыми природа порой радует человека. С давних пор люди пытались объяснить возникновение радуги. Наука в значительной мере приблизилась к пониманию процесса возникновения явления, когда в середине XVII века чешский ученый Марк Марци обнаружил, что световой луч неоднороден по своей структуре. Несколько позже Исаак Ньютон изучил и объяснил явление дисперсии световых волн. Как теперь известно, световой луч преломляется на границе двух прозрачных сред, имеющих различную плотность.
Инструкция
1
Как установил Ньютон, белый световой луч получается в результате взаимодействия лучей разного цвета: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего, фиолетового. Каждый цвет характеризуется определенной длиной волны и частотой колебаний. На границе прозрачных сред скорость и длина световых волн изменяются, частота колебаний остается прежней. Каждый цвет имеет свой собственный коэффициент преломления. Меньше всего от прежнего направления откланяется луч красного цвета, чуть больше оранжевый, затем желтый и т.д. Наибольший коэффициент преломления имеет фиолетовый луч. Если на пути светового луча установить стеклянную призму, то он не только отклонится, но и распадется на несколько лучей разного цвета.
2
А теперь о радуге. В природе роль стеклянной призмы выполняют дождевые капли, с которыми сталкиваются солнечные лучи при прохождении через атмосферу. Поскольку плотность воды больше плотности воздуха, световой луч на границе двух сред преломляется и разлагается на составляющие.
Далее цветовые лучи движутся уже внутри капли до столкновения с ее противоположной стенкой, которая также является границей двух сред, и, к тому же, обладает зеркальными свойствами. Большая часть светового потока после вторичного преломления будет продолжать движение в воздушной среде за каплями дождя. Некоторая же его часть отразится от задней стенки капли и выйдет в воздушную среду после вторичного преломления на передней ее поверхности.
3
Процесс этот происходит сразу во множестве капель. Чтобы увидеть радугу, наблюдатель должен стоять спиной к Солнцу и лицом к стене дождя. Спектральные лучи выходят из дождевых капель под разными углами. От каждой капли в глаз наблюдателя попадает только один луч. Лучи, выходящие из соседних капель сливаются, образуя цветную дугу. Таким образом, от самых верхних капель в глаз наблюдателя попадают лучи красного цвета, от тех, что ниже – оранжевого и т.д. Сильнее всего откланяются фиолетовые лучи. Фиолетовая полоска будет нижней.
Радугу в форме полукруга можно видеть, когда Солнце находится под углом не более чем 42° относительно горизонта. Чем выше поднимается Солнце, тем меньше размеры радуги.
4
Вообще-то, описанный процесс несколько сложнее. Световой луч внутри капли отражается многократно. При этом может наблюдаться не одна цветовая дуга, а две – радуга первого и второго порядка. Внешняя дуга радуги первого порядка окрашена в красный цвет, внутренняя – в фиолетовый. У радуги второго порядка наоборот. Выглядит она обычно на много бледнее первой, поскольку при многократных отражениях интенсивность светового потока уменьшается.
Молния – это гигантский электрический искровой разряд между облаками или между облаками и земной поверхностью длиной несколько километров, диаметром десятки сантиметров и длительностью десятые доли секунды. Молния сопровождается громом.
Кроме линейной молнии, изредка наблюдается шаровая молния.
Для начала необходимо выяснить особенности «поведения» этого природного явления. Как известно, молния – это электрический разряд, который устремляется с неба на землю. Встречая на своем пути какие- либо препятствия, молния сталкивается с ними. Таким образом, очень часто удар молнии поражает высокие деревья, телеграфные столбы, высотные здания, не защищенные громоотводом. Поэтому, если вы находитесь в пределах города, даже и не пытайтесь спрятаться под кронами деревьев и не прислоняйтесь к стенам высоких зданий. То есть нужно запомнить главное правило: молния ударяет в то, что находится выше всего.
Телевизионные антенны, которые в большом количестве располагаются на крышах жилых домов, отлично «притягивают» молнию. Поэтому, если вы находитесь в доме, не включайте никакие электроприборы, в том числе и телевизор.
Свет желательно также отключить, так как электропроводка не меньше подвержена ударам молнии.
Если же молния застала вас в лесу или поле, то необходимо помнить о первом правиле и не прислоняться к деревьям или столбам. Желательно вообще приникнуть к земле и не подниматься до окончания грозы. Конечно, если вы находитесь в поле, где вы являетесь самым высоким предметом, риск наиболее вероятен. Поэтому нелишним будет отыскать овраг или просто низину, которые и будут вашим убежищем.
Так можно сделать вывод, что если, находясь в собственной квартире, вы услышите угрожающие раскаты грома и почувствуете приближение грозы – не испытывайте судьбу, не выходите на улицу и переждите это природное явление дома
ПРИЧИНЫ появления молнии
Грозовые разряды (молнии) – это наиболее распространенный источник мощных электромагнитных полей естественного происхождения.
Молния представляет собой разновидность газового разряда при очень большой длине искры. Общая длина канала молнии достигает нескольких километров, причем значительная часть этого канала находится внутри грозового облака. молнии Причиной возникновения молний является образование большого объемного электрического заряда.
Обычным источником молний являются грозовые кучево-дождевые облака, несущие в себе скопление положительных и отрицательных электрических зарядов в верхней и нижней частях облака и образующие вокруг этого облака электрические поля возрастающей напряженности. Образование таких объемных зарядов различной полярности в облаке (поляризация облака) связано с конденсацией вследствие охлаждения водяных паров восходящих потоков теплого воздуха на положительных и отрицательных ионах (центрах конденсации) и разделением заряженных капелек влаги в облаке под действием интенсивных восходящих тепловых воздушных потоков. Из-за того, что в облаке образуется несколько изолированных друг от друга скоплений зарядов (в нижней части облака скапливаются преимущественно заряды отрицательной полярности).
Гром — звуковое явление в атмосфере, сопровождающее разряд молнии. Гром представляет собой колебания воздуха под влиянием очень быстрого повышения давления на пути молнии, вследствие нагревания приблизительно до 30 000 °C. Раскаты грома возникают из-за того, что молния имеет значительную длину, и звук от разных её участков доходит до уха наблюдателя не одновременно. Возникновению раскатов способствуют также отражение звука от облаков и рефракция звуковых волн, распространяющихся по различным путям. Кроме этого, сам разряд происходит не мгновенно, а продолжается некоторое время.
Громкость раскатов грома может достигать 120 децибел.
Расстояние до грозы Измеряя время, прошедшее между вспышкой молнии и ударом грома, можно приблизительно определить расстояние, на котором находится гроза. Скорость света на несколько порядков выше скорости звука; ею можно пренебречь и учитывать лишь скорость звука, которая составляет 300—360 метров в секунду при температуре воздуха от −50 °C до + 50 °C .
Умножив время между вспышкой молнии и ударом грома в секундах на эту величину, можно судить о близости грозы. Три секунды времени между вспышкой и звуком соответствуют примерно одному километру расстояния. Сопоставляя несколько подобных измерений, можно судить о том, приближается ли гроза к наблюдателю (интервал между молнией и громом сокращается) или удаляется (интервал увеличивается). Следует учитывать, что молния имеет значительную протяжённость (до нескольких километров), и, отмечая первые услышанные звуки грома, мы определяем расстояние до ближайшей точки молнии. Как правило, гром слышен на расстоянии до 15—20 километров, таким образом, если наблюдатель видит молнию, но не слышит грома, то гроза находится на расстоянии более 20 километров.
IV. Заключительное слово.
Ребята, надеюсь что теперь будете знать о дожде, радуге, молнии и громе не только как о природных явлениях, но и физических. А о других физических явлениях: полярное сияние, эхо, волны на море, вулканы и гейзеры, землетрясения, мы поговорим в последующих классных часах.
Древние люди далеко не всегда считали грозу и молнию, а также сопровождающий их раскат грома проявлением гнева богов. Например, для эллинов гром и молния являлись символами верховной власти, тогда как этруски считали их знамениями: если вспышка молнии была замечена с восточной стороны, это означало, что всё будет хорошо, а если сверкала на западе или северо-западе – наоборот.
Идею этрусков переняли римляне, которые были убеждены, что удар молнии с правой стороны является достаточным основанием, чтобы отложить все планы на сутки. Интересная трактовка небесных искр была у японцев. Две ваджры (молнии) считались символами Айдзен-мео, бога сострадания: одна искра находилась на голове божества, другую он держал в руках, подавляя нею все негативные желания человечества.
Молния – это огромных размеров электрический разряд, который всегда сопровождается вспышкой и громовыми раскатами (в атмосфере чётко просматривается сияющий канал разряда, напоминающий дерево).
При этом вспышка молнии почти никогда не бывает одна, за ней обычно следует две, три, нередко доходит и до нескольких десятков искр.
Эти разряды почти всегда образуются в кучево-дождевых облаках, иногда – в слоисто-дождевых тучах больших размеров: верхняя граница нередко достигает семи километров над поверхностью планеты, тогда как нижняя часть может почти касаться земли, пребывая не выше пятисот метров. Молнии могут образовываться как в одной туче, так и между находящимися рядом наэлектризованными облаками, а также между облаком и землей.
Секреты самых необычных природных явлений88984.334Состоит грозовая туча из большого количества пара, сконденсированного в виде льдинок (на высоте, превышающей три километра это практически всегда ледяные кристаллы, поскольку температурные показатели здесь не поднимаются выше нуля). Перед тем как туча становится грозовой, внутри неё начинают активное движение ледяные кристаллы, при этом двигаться им помогают восходящие с нагретой поверхности потоки тёплого воздуха.
Воздушные массы увлекают за собой вверх более мелкие льдинки, которые во время движения постоянно наталкиваются на более крупные кристаллы. В результате кристаллики меньших размеров оказываются заряженными положительно, более крупные – отрицательно.
После того как маленькие ледяные кристаллики собираются наверху, а большие – снизу, верхняя часть облака оказывается положительно заряженной, нижняя – отрицательно. Таким образом, напряжённость электрического поля в туче достигает чрезвычайно высоких показателей: миллион вольт на один метр.
Когда эти противоположно заряженные области сталкиваются друг с другом, в местах соприкосновения ионы и электроны образовывают канал, по которому вниз устремляются все заряженные элементы и образуется электрический разряд – молния. В это время выделяется настолько мощная энергия, что её силы вполне хватило бы на то, чтобы на протяжении 90 дней питать лампочку мощностью в 100 Вт.
Канал раскаляется почти до 30 тыс. градусов Цельсия, что в пять раз превышает температурные показатели Солнца, образуя яркий свет (вспышка обычно длится лишь три четверти секунды).
После образования канала грозовое облако начинает разряжаться: за первым разрядом следуют две, три, четыре и больше искр.
Удар молнии напоминает взрыв и вызывает образование ударной волны, чрезвычайно опасной для любого живого существа, оказавшегося возле канала. Ударная волна сильнейшего электрического разряда в нескольких метрах от себя вполне способна сломать деревья, травмировать или контузить даже без прямого поражения электричеством:
Через несколько секунд после того как был зафиксирован удар молнии, из-за резкого повышения давления вдоль канала, атмосфера раскаляется до 30 тыс. градусов Цельсия.
В результате этого возникают взрывообразные колебания воздуха и возникает гром. Гром и молния тесно взаимосвязаны друг с другом: длина разряда нередко составляет около восьми километров, поэтому звук с разных его участков доходит в разное время, образуя громовые раскаты.
Интересно, что измеряя время, которое прошло между громом и молнией, можно узнать, насколько далеко находится эпицентр грозы от наблюдателя.
Для этого нужно умножить время между молнией и громом на скорость звука, который составляет от 300 до 360 м/с (например, если промежуток времени составляет две секунды, эпицентр грозы находится немногим более чем в 600 метрах от наблюдателя, а если три – на расстоянии километра). Это поможет определить, удаляется или приближается гроза.
Одним из наименее изученных, а потому наиболее таинственных явлений природы считается шаровая молния – передвигающийся по воздуху святящийся плазменный шар. Загадочен он потому, что принцип формирования шаровой молнии неизвестен и поныне: несмотря на то, что существует большое число гипотез, объясняющих причины появления этого удивительного явления природы, на каждую из них нашлись возражения.
Учёным так и не удалось опытным путём добиться образования шаровой молнии.
Шарообразная молния способна существовать длительное время и перемещаться по непрогнозируемой траектории. Например, она вполне способна зависать несколько секунд в воздухе, после чего метнуться в сторону.
В отличие от простого разряда, плазменный шар всегда бывает один: пока не было одновременно зафиксировано двух и больше огненных молний . Размеры шаровой молнии колеблются от 10 до 20 см. Для шаровой молнии характерны белый, оранжевый или голубой тона, хотя нередко встречаются и другие цвета, вплоть до чёрного.
Ученые еще не определили температурные показатели шаровой молнии: несмотря на то, что она по их подсчётам должна колебаться от ста до тысячи градусов Цельсия, люди, находившиеся недалеко от этого феномена, не ощущали исходившей от шаровой молнии теплоты.
Основная трудность при изучении этого феномена состоит в том, что зафиксировать его появление учёным удаётся редко, а показания очевидцев часто ставят под сомнение тот факт, что наблюдаемое ими явление действительно являлось шаровой молнией.
Прежде всего, расходятся показания относительно того, в каких условиях она появилась: в основном её видели во время грозы.
Существуют также показания, что шаровая молния может появляться и в погожий день: спуститься с облаков, возникнуть в воздухе или появиться из-за какого-нибудь предмета (дерева или столба).
Ещё одной характерной особенностью шаровой молнии является её проникновение в закрытые комнаты, была замечена даже в кабинах пилотов (огненный шар может проникать через окна, спускаться по вентиляционным каналам и даже вылетать из розеток или телевизора). Также были неоднократно задокументированы ситуации, когда плазменный шар закреплялся на одном месте и постоянно там появлялся.
Нередко появление шаровой молнии не вызывает неприятностей (она спокойно движется в воздушных потоках и через какое-то время улетает или исчезает). Но, были замечены и печальные последствия, когда она взрывалась, моментально испаряя находящуюся неподалёку жидкость, плавя стекло и металл.
Поскольку появление шаровой молнии всегда неожиданно, увидев возле себя этот уникальный феномен, главное, не впадать в панику, резко не двигаться и никуда не бежать: огненная молния очень восприимчива к колебаниям воздуха. Необходимо тихо уйти с траектории движения шара и постараться держаться от неё как можно дальше. Если человек находится в помещении, нужно потихоньку дойти до оконного проёма и открыть форточку: известно немало историй, когда опасный шар покидал квартиру.
В плазменный шар ничего нельзя бросать: он вполне способен взорваться, а это чревато не только ожогами или потерей сознания, но остановкой сердца. Если же случилось так, что электрический шар зацепил человека, нужно перенести его в проветриваемую комнату, теплее укутать, сделать массаж сердца, искусственное дыхание и сразу же вызвать врача.
Тайны Бермудского треугольника88984.3994Когда начинается гроза и вы видите приближение молнии, нужно найти укрытие и спрятаться от непогоды: удар молнии нередко смертелен, а если люди и выживают, то часто остаются инвалидами.
Если же никаких построек поблизости нет, а человек в это время в поле, он должен учитывать, что от грозы лучше спрятаться в пещере. А вот высоких деревьев желательно избегать: молния обычно метит в самое большое растение, а если деревья имеют одинаковую высоту, то попадает в то, что лучше проводит электричество.
Чтобы защитить отдельно стоящее строение или конструкцию от молнии, возле них обычно устанавливают высокую мачту, наверху которой закреплён заострённый металлический стержень, надёжно соединённый с толстым проводом, на другом конце находится закопанный глубоко в землю металлический предмет. Схема работы проста: стержень от грозовой тучи всегда заряжается противоположным облаку зарядом, который, стекая по проводу под землю, нейтрализует заряд тучи. Это устройство называется громоотвод и устанавливается на всех зданиях городов и других людских поселений.
Как известно, явления — это изменения, происходящие с телами природы. В природе наблюдаются разнообразные явления. Светит Солнце, образуется туман, дует ветер, бегут лошади, из семени прорастает растение — это лишь некоторые примеры. Повседневная жизнь каждого человека также наполнена явлениями, происходящими при участии рукотворных тел, например, едет автомобиль, нагревается утюг, звучит музыка. Посмотрите вокруг, и вы увидите и сможете привести примеры многих других явлений.
Учёные разделили их на группы. Различают биологические, физические, химические явления.
| Явления природы |
Биологические явления. Все явления, которые происходят с телами живой природы, т.е. организмами, называются биологическими явлениями.
К ним относятся прорастание семян, цветение, образование плодов, листопад, зимняя спячка животных, полёт птиц (рис. 29).
Физические явления. К признакам физических явлений относятся изменение формы, размеров, места расположения тел и их агрегатного состояния (рис. 30). Когда гончар изготовляет из глины какое-либо изделие, изменяется форма. При добыче каменного угля изменяются размеры кусков горной породы. Во время движения велосипедиста изменяется размещение велосипедиста и велосипеда относительно тел, расположенных вдоль дороги. Таяние снега, испарение и замерзание воды сопровождаются переходом вещества из одного агрегатного состояния в другое. Во время грозы гремит гром и появляется молния. Это физические явления.
| Рис. 29. Биологические явления; а — прорастание семян, б — полёг птицы; в — листопад |
Рис. 30. Физические явления |
Согласитесь, что данные примеры физических явлений очень разные. Но какими бы разнообразными не были физические явления, ни в одном из них не происходит образование новых веществ.
Физические явления — явления, во время которых новые вещества не образуются, но изменяются размеры, форма, размещение, агрегатное состояние тел и веществ.
Химические явления. Вам хорошо известны такие явления, как горение свечи, образование ржавчины на железной цепи, скисание молока и др. (рис. 31). Это примеры химических явлений. Материал с сайта //iEssay.ru
| Рис. 31. Химические явления: а — ржавение металла; б — выделение углекислого газа при добавлении в соду уксуса; в — химический анализ воды |
Химические явления — это явления, во время которых из одних веществ образуются другие.
Химические явления имеют широкое применение. С их помощью люди добывают металлы, создают средства личной гигиены, материалы, лекарства, готовят разнообразные блюда.
На этой странице материал по темам:Гром вызывается быстрым расширением воздуха, окружающего путь разряда молнии.
Муссонный шторм, вызвавший разветвленную молнию в Центре посетителей Красных холмов в национальном парке Сагуаро в Аризоне. Пит Грегуар, фотограф, NOAA Weather in Focus Photo Contest 2015. Библиотека фотографий NOAA. От облаков до ближайшего дерева или крыши молнии требуется всего несколько тысячных долей секунды, чтобы разлететься в воздухе.
Обычно говорят, что громкий гром, который следует за разрядом молнии, исходит от самого молнии. Однако ворчание и рычание, которое мы слышим во время грозы, на самом деле происходят из-за быстрого расширения воздуха, окружающего молнию.
Когда молния соединяется с землей из облаков, второй удар молнии возвратится от земли к облакам по тому же каналу, что и первый удар. Тепло от электричества этого обратного хода повышает температуру окружающего воздуха примерно до 27 000 C ° (48 632 F °).Быстрое повышение температуры приводит к быстрому увеличению давления воздуха, которое в 10-100 раз превышает нормальное атмосферное давление. Под таким давлением нагретый воздух вырывается наружу из канала, сжимая окружающий воздух. Когда нагретый воздух расширяется, давление падает, воздух охлаждается и сжимается. Результатом является ударная волна с громким грохочущим взрывом шума, разносящимся во всех направлениях.
Массивное облако предвещает грозу над Грумом, крошечным поселением вдоль старого U.
С. Маршрут 66 в Техасском попрошайничестве. Кэрол М. Хайсмит, фотограф, 2014. Отдел эстампов и фотографий, Библиотека Конгресса. Поскольку электричество проходит по кратчайшему пути, большинство разрядов молний близки к вертикали. Ударные волны, приближающиеся к земле, сначала достигают вашего уха, а затем ударные волны падают сверху. Вертикальные молнии часто слышны в одном долгом грохоте. Однако, если молния раздваивается, звуки меняются. Ударные волны от разных ответвлений молний отражаются друг от друга, от низко нависающих облаков и близлежащих холмов, создавая серию более низких, непрерывных грохотов грома. Молния. Оклахома, 2009. Коллекция Национальной лаборатории сильных штормов, фото-библиотека NOAA.
Опубликовано: 17.06.2021. Автор: Справочная секция по науке, Библиотека Конгресса
Молния – это крупномасштабный естественный искровой разряд, который возникает в атмосфере или между атмосферой и поверхностью Земли.При разряде в воздухе создается плазменный канал с высокой электропроводностью, и когда в нем протекает ток, он быстро нагревает воздух примерно до 25000 ° C. Канал молний – это пример действия земной плазмы.
Молния видна как вспышка сине-белого света. Создаваемые чрезвычайно высокие температуры нагревают молекулы воздуха до состояния накала (раскаленный добела), так что они излучают яркий белый свет.
В то же время газообразный азот (доминирующий газ в атмосфере) стимулируется к люминесценции, давая яркий сине-белый цвет.Комбинация света люминесценции и накаливания придает молнии характерный цвет.
Температура в узком канале молнии достигает примерно 25 000 ° C. Окружающий воздух быстро нагревается, заставляя его резко расширяться со скоростью, превышающей скорость звука, подобно звуковому удару. Примерно в 10 м от канала он становится обычной звуковой волной, называемой громом.
Гром эффективно взрывает воздух, и когда его слышно вблизи канала молнии, он состоит из одного большого удара.Примерно на расстоянии 1 км он слышен как грохот с несколькими громкими хлопками. Далекий гром имеет характерный низкий рокочущий звук. Однако за пределами 16 км гром слышен редко.
Именно образование и разделение положительных и отрицательных электрических зарядов в атмосфере создает очень интенсивное электрическое поле, необходимое для поддержания этого естественного искрового разряда, которым является молния.
Образование электрических зарядов в атмосфере происходит в основном за счет ионизации молекул воздуха космическими лучами.Космические лучи – это частицы высокой энергии, такие как протоны, которые исходят извне Солнечной системы. При столкновении с молекулами воздуха они производят ливень более легких частиц, некоторые из которых заряжены.
Внутри грозовой тучи быстрое движение вверх и вниз водяных капель и кристаллов льда может разделять и концентрировать эти заряды. Отрицательные заряды накапливаются в нижней части облака, а положительные – вверх.
По мере того, как область отрицательного заряда у основания грозового облака накапливается, это вызывает образование области положительного заряда на земле ниже.В результате этого в промежутке между облаком и землей создается разность потенциалов или напряжение. Когда напряжение достигает определенной силы, воздух между основанием облака и землей приобретает электрическую проводимость. Сначала формируется канал, известный как ступенчатый лидер.
Хотя это невидимо невооруженным глазом, это позволяет электронам перемещаться из облака на землю.
Он называется ступенчатым поводком, потому что он перемещается на землю на участках от 50 до 100 м с небольшой остановкой между ними.Когда он приближается к земле, положительно заряженная коса выстреливает вверх от земли, чтобы соединиться с ней. Стримеры чаще всего запускаются с высоких предметов на земле.
После подключения электроны из облака могут течь к земле, а положительные заряды могут течь от земли к облаку. Именно этот поток заряда и является видимым ударом молнии.
После первой выгрузки по каналу может сформироваться другой лидер. И снова видим видимый разряд молнии.Это может произойти 3–4 раза подряд. Все это происходит за временной интервал около 200 миллисекунд.
Всемирная сеть определения местоположения молний (WWLLN, произносится как «шерстяная») была основана в Новой Зеландии в 2003 году. Работая в сотрудничестве с учеными со всего мира, сеть определяет места разряда молний через несколько секунд после их возникновения.
Во всем мире происходит около 45 вспышек молнии в секунду. Помимо генерации характерного сине-белого света, также производятся радиоволновые импульсы, известные как сферики.Частые потрескивания, которые слышны при настройке на AM-радиостанцию во время грозы, связаны с разрядами молний.
Эти сферики регистрируются на 60 приемных станциях WWLLN по всему миру и предоставляют набор данных почти в реальном времени. Эта информация предоставляется ученым через высокоскоростное Интернет-соединение, предоставляемое REANNZ (Исследовательская и образовательная сеть Новой Зеландии).
Высоко над грозовыми облаками на высоте 50–90 км могут происходить крупномасштабные электрические разряды.Они вызываются грозовой тучей на земле. Они выглядят как мимолетные светящиеся красно-оранжевые вспышки и принимают самые разные формы. В отличие от молний «горячей плазмы», они представляют собой формы холодной плазмы, в чем-то похожие на разряды, возникающие в люминесцентной лампе.
Термин «спрайт» был использован из-за их мимолетного характера, длящегося в основном всего миллисекунды и призрачного вида.
Рассказ о столетней охоте на красных духов – это рассказ о том, как работает наука.Это история, иллюстрирующая, что наука, вместо того чтобы знать все, что нужно знать, едва стоит на пороге еще большего числа открытий, касающихся нашей сложной и увлекательной вселенной. Им доверяли немногим больше, чем наблюдениям НЛО, до 1989 года, когда университетские исследователи случайно сняли красный спрайт на видеокамеру при слабом освещении.
В области между грозовой тучей и землей может быть создано очень сильное электрическое поле. Между отрицательной базой облака и положительной землей установлена огромная разность потенциалов (напряжение).Когда эта разность потенциалов достигает определенного значения, заостренные наземные объекты начинают светиться, часто с шипящим звуком.
Поскольку это связанное с погодой явление иногда возникало на кораблях в море во время грозы, ему было присвоено название «пожар Святого Эльма».
Святой Эльмо - покровитель моряков, и в прошлом моряки считали такое событие предзнаменованием невезения и ненастной погоды.
Огонь Святого Эльма – это ярко-синее или фиолетовое свечение из-за образования светящейся плазмы.В некоторых случаях это похоже на огонь, исходящий от остроконечных объектов, таких как мачты, шпили, громоотводы и даже от крыльев самолета.
Молния – это электрический заряд или ток. Он может идти от облаков к земле, от облака к облаку или от земли к облаку.
Молния – продукт атмосферы планеты. Капли дождя очень высоко в небе превращаются в лед. Когда множество маленьких кусочков этих замороженных капель дождя сталкиваются друг с другом в грозовой туче, они создают электрический заряд.Через некоторое время все облако наполняется электрическим зарядом. Отрицательные заряды (электроны) концентрируются внизу облака. Положительные и нейтральные заряды (протоны и нейтроны) собираются в верхней части облака.
Отрицательный и положительный заряды притягиваются друг к другу. Грозовые облака полны электрических зарядов, соединяющихся друг с другом. Эти соединения видны как молния.
На земле под отрицательными зарядами облака накапливаются положительные заряды.Положительный заряд на земле концентрируется вокруг всего, что выступает или торчит – например, деревьев, телефонных столбов, травинок и даже людей. Положительные заряды от этих объектов поднимаются выше в небо. Отрицательные заряды в грозовой туче уменьшаются. В конце концов, они соприкасаются. Когда они касаются друг друга, между двумя зарядами возникает молния.
Это соединение также создает гром. Гром – это просто шум, который издает молния. Громкий гул вызван жаром молнии.Когда воздух становится очень, очень горячим, от тепла воздух взрывается. Поскольку свет распространяется намного, намного быстрее звука, вы увидите молнию раньше, чем услышите гром. Чтобы определить, насколько далеко гроза, начните отсчет секунд, как только увидите молнию.
Остановитесь, когда услышите гром. Число, которое вы разделите на пять, приблизительно равно количеству миль от шторма. Например, если вы видите молнию и доходит до 10 до того, как услышите гром, гроза находится примерно в двух милях от вас.
Защита от молний
Все грозы и молнии опасны.Молния очень, очень горячая – горячее, чем поверхность солнца. Она может достигать 28 000 градусов по Цельсию (50 000 градусов по Фаренгейту). Молния любит поражать предметы, которые торчат над землей, в том числе людей. В США от молнии ежегодно умирает в среднем 58 человек. Это больше смертей, чем от торнадо и ураганов.
Если вы услышите гром или увидите молнию, вы можете подвергнуться опасности. Если вы слышите гром, значит буря поблизости. Зайдите в безопасное место. Держитесь подальше от открытых мест, таких как поля, и высоких предметов, таких как деревья или телефонные столбы.Держитесь подальше от любых металлических предметов, таких как сетчатые заборы, велосипеды и металлические укрытия.
Поскольку вода является отличным проводником электричества, вам следует выйти из бассейна, если вы плаваете, и держитесь подальше от луж и других источников воды. Если вы находитесь в месте, где нет укрытия, присядьте низко к земле, но не ложитесь плашмя. Если вы в группе, стойте на расстоянии не менее 5 метров (15 футов) от других людей.
Гром и молния. Когда дело доходит до сил природы, мало что вызывает столько страха, благоговения или восхищения, не говоря уже о легендах, мифах и религиозных представлениях. Как и все в естественном мире, то, что изначально рассматривалось как действие Богов (или других сверхъестественных причин), с тех пор стало признано естественным явлением.
Но, несмотря на все, что люди узнали на протяжении веков, когда дело доходит до молнии, остается некоторая загадка.Эксперименты проводились со времен Бенджамина Франклина; однако мы по-прежнему сильно полагаемся на теории о том, как ведет себя освещение.
Описание:
По определению, молния – это внезапный электростатический разряд во время грозы. Этот разряд позволяет заряженным областям в атмосфере временно уравновесить себя, когда они ударяются об объект на земле. Хотя молния всегда сопровождается звуком грома, далекие молнии можно увидеть, но они находятся слишком далеко, чтобы можно было услышать гром.
Типы:
Молния может принимать одну из трех форм, которые определяются тем, что находится на «конце» канала ответвления (т. Е. Молния). Например, существует внутриоблачное освещение (IC), которое происходит между электрически заряженными областями облака; освещение облака в облако (CC), когда оно происходит между одним функциональным грозовым облаком и другим; и молния облако-земля (CG), которая в основном возникает в грозовом облаке и заканчивается на поверхности Земли (но также может возникать в обратном направлении).
Внутриоблачная молния чаще всего возникает между верхней (или «наковальней») частью и нижней частью данной грозы.
В таких случаях наблюдатель может видеть только вспышку света, не слыша грома. Термин «тепловая молния» здесь часто применяется из-за связи между ощущаемой на месте теплотой и удаленными вспышками молнии.
В случае молнии «облако-облако» заряд обычно исходит из-под наковальни или внутри нее и карабкается через верхние слои облаков во время грозы, обычно генерируя разряд молнии с множеством ответвлений.
Облако-земля (CG) – самый известный тип молнии, хотя он является третьим по распространенности – на него приходится примерно 25% случаев во всем мире. В этом случае молния принимает форму разряда между грозовым облаком и землей, обычно имеет отрицательную полярность и инициируется ступенчатой ветвью, движущейся вниз от облака.
CG наиболее известна, потому что, в отличие от других форм молнии, она заканчивается на физическом объекте (чаще всего на Земле) и, следовательно, поддается измерению с помощью инструментов.Кроме того, он представляет наибольшую угрозу для жизни и имущества, поэтому понимание его поведения рассматривается как необходимость.
Недвижимость:
Освещение возникает, когда в атмосфере возникают восходящие и нисходящие потоки ветра, создавая механизм зарядки, который разделяет электрические заряды в облаках, оставляя отрицательные заряды внизу и положительные вверху. По мере того, как заряд в нижней части облака продолжает расти, разность потенциалов между облаком и землей, которая заряжена положительно, также увеличивается.
Когда пробой на дне облака создает карман положительного заряда, образуется канал электростатического разряда, который начинает двигаться вниз с шагом в десятки метров в длину. В случае молнии IC или CC этот канал затем направляется в другие карманы областей положительных зарядов. В случае ударов КГ ступенчатый лидер притягивается к положительно заряженной земле.
Многие факторы влияют на частоту, распределение, силу и физические свойства «типичной» молнии в определенном регионе мира.К ним относятся высота земли, широта, преобладающие ветровые течения, относительная влажность, близость к теплым и холодным водоемам и т.
Д. В определенной степени соотношение между IC, CC и CG молнией также может варьироваться в зависимости от сезона в средних широтах.
Около 70% молний происходит над сушей в тропиках, где атмосферная конвекция наиболее высока. Это происходит как из-за смеси более теплых и более холодных воздушных масс, так и из-за различий в концентрациях влаги, и обычно это происходит на границах между ними.В тропиках, где уровень замерзания, как правило, выше в атмосфере, только 10% вспышек молний являются компьютерными. На широте Норвегии (около 60 ° северной широты), где точка замерзания ниже, 50% молний приходится на КГ.
Эффекты:
В общем, молния оказывает на окружающую среду три измеримых воздействия. Во-первых, это прямое воздействие самого удара молнии, которое может привести к повреждению конструкции или даже физическому ущербу. Когда молния поражает дерево, оно испаряет сок, что может привести к взрыву ствола или к отрыву больших ветвей и их падению на землю.
Когда молния ударяет в песок, почва, окружающая плазменный канал, может плавиться, образуя трубчатые структуры, называемые фульгуритами. Здания или высокие сооружения, пораженные молнией, могут быть повреждены, поскольку молния ищет непреднамеренные пути к земле. И хотя примерно 90% людей, пораженных молнией, выживают, люди или животные, пораженные молнией, могут получить серьезные травмы из-за повреждения внутренних органов и нервной системы.
Гром также является прямым результатом электростатического разряда. Поскольку плазменный канал перегревает воздух в непосредственной близости от него, газообразные молекулы подвергаются быстрому увеличению давления и, таким образом, расширяются наружу от молнии, создавая слышимую ударную волну (иначе.гром). Поскольку звуковые волны распространяются не от одного источника, а по длине пути молнии, различные расстояния до источника могут вызывать эффект качения или грохота.
Излучение высокой энергии также возникает в результате удара молнии.
К ним относятся рентгеновские лучи и гамма-лучи, которые были подтверждены посредством наблюдений с использованием электрического поля и детекторов рентгеновского излучения, а также космических телескопов.
Исследования:
Первое систематическое и научное исследование молнии было проведено Бенджамином Франклином во второй половине 18 века.До этого ученые выяснили, как электричество можно разделить на положительные и отрицательные заряды и сохранить. Они также отметили связь между искрами, производимыми в лаборатории, и молнией.
Франклин предположил, что облака электрически заряжены, из чего следовало, что сама молния была электрической. Первоначально он предложил проверить эту теорию, поместив железный стержень рядом с заземленным проводом, который будет удерживаться на месте изолированной восковой свечой. Если бы облака были электрически заряжены, как он ожидал, то между железным стержнем и заземленным проводом прыгали искры.
В 1750 году он опубликовал предложение, согласно которому воздушный змей будет запускаться во время шторма для привлечения молнии.
В 1752 году Томас Франсуа Д’Алибар успешно провел эксперимент во Франции, но использовал 12-метровый железный стержень вместо воздушного змея для образования искр. К лету 1752 года Франклин, как полагают, сам проводил эксперимент во время сильного шторма, обрушившегося на Филадельфию.
Для своей модернизированной версии эксперимента Фрэнкинг атаковал ключ к воздушному змею, который был соединен влажной нитью с изолирующей шелковой лентой, обернутой вокруг суставов руки Франклина.Между тем тело Франклина обеспечивало проводящий путь для электрических токов к земле. Франклин не только показал, что грозы содержат электричество, но и сделал вывод о том, что нижняя часть грозы, как правило, также была отрицательно заряжена.
Незначительный прогресс был достигнут в понимании свойств молнии до конца 19 века, когда фотографии и спектроскопические инструменты стали доступны для исследования молний. В этот период многие ученые использовали фотографию с временным разрешением для идентификации отдельных ударов молнии, которые образуют разряд молнии на землю.
Исследования молний в наше время восходят к работе C.T.R. Уилсон (1869 – 1959), который первым применил измерения электрического поля для оценки структуры грозовых зарядов, участвующих в грозовых разрядах. Уилсон также получил Нобелевскую премию за изобретение Туманной камеры, детектора частиц, используемого для определения присутствия ионизированного излучения.
К 1960-м годам интерес вырос благодаря жесткой конкуренции, вызванной космической эрой. Когда космические корабли и спутники отправлялись на орбиту, были опасения, что молния может создать угрозу для аэрокосмических аппаратов и твердотельной электроники, используемой в их компьютерах и инструментах. Кроме того, улучшенные возможности измерений и наблюдений стали возможны благодаря усовершенствованию космических технологий.
В дополнение к наземному обнаружению молний, на борту спутников было сконструировано несколько приборов для наблюдения за распределением молний.
К ним относятся оптический детектор переходных процессов (OTD) на борту спутника OrbView-1, запущенного 3 апреля 1995 г., и последующий датчик изображения молнии (LIS) на борту TRMM, запущенный 28 ноября 1997 г.
Вулканическая молния:
Вулканическая активность может создавать благоприятные для молнии условия несколькими способами. Например, мощный выброс огромного количества материала и газов в атмосферу создает плотный шлейф из сильно заряженных частиц, который создает идеальные условия для молнии.Кроме того, плотность золы и постоянное движение в шлейфе постоянно вызывают электростатическую ионизацию. Это, в свою очередь, приводит к частым и мощным вспышкам, поскольку шлейф пытается нейтрализовать себя.
Этот тип грозы часто называют «грязной грозой» из-за высокого содержания твердого вещества (золы). На протяжении всей истории было зарегистрировано несколько случаев вулканических молний. Например, во время извержения Везувия в 79 году нашей эры Плиний Младший заметил несколько мощных и частых вспышек, происходящих вокруг вулканического шлейфа.
Внеземная молния:
Частота ударов молний по всему миру, по данным НАСА. Предоставлено: Википедия / Citynoise.Молния наблюдалась в атмосферах других планет нашей Солнечной системы, таких как Венера, Юпитер и Сатурн. В случае Венеры первые признаки того, что в верхних слоях атмосферы могут присутствовать молнии, были обнаружены советскими миссиями «Венера» и США «Пионер» в 1970-х и 1980-х годах.Радиоимпульсы, зарегистрированные космическим аппаратом Venus Express (в апреле 2006 г.), были подтверждены как происхождение от молнии на Венере.
Грозы, похожие на земные, наблюдались на Юпитере. Считается, что они являются результатом влажной конвекции в тропосфере Юпитера, где конвективные шлейфы переносят влажный воздух из глубин в верхние части атмосферы, где он затем конденсируется в облака размером около 1000 км.
Серия ударов молнии, снятая камерой Nightpod на борту МКС над Римом в 2012 году.Предоставлено: ESA / NASA / André Kuipers. Изображение ночного полушария Юпитера, полученное Галилеем в 1990 году и космическим кораблем Кассини в декабре 2000 года, показало, что штормы всегда связаны с молниями на Юпитере.
Хотя удары молнии в среднем в несколько раз мощнее, чем на Земле, они, по-видимому, менее часты. Несколько вспышек были обнаружены в полярных регионах, что сделало Юпитер второй известной планетой после Земли, на которой наблюдаются полярные молнии.
Освещение также наблюдалось на Сатурне. Первый случай произошел в 2010 году, когда космический зонд «Кассини» обнаружил вспышки на ночной стороне планеты, что совпало с обнаружением мощных электростатических разрядов. В 2012 году изображения, сделанные зондом Кассини в 2011 году, показали, что массивный шторм, охвативший северное полушарие, также генерировал мощные вспышки молний.
comСсылка : Что вызывает молнию? (2015, 10 июля) получено 20 июля 2021 г. с https: // физ.org / news / 2015-07-lightning.html
Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения.
Контент предоставляется только в информационных целях.
Lightning – одно из красивейших проявлений природы.Это также одно из самых смертоносных природных явлений, известных человеку. С температурой болта выше, чем поверхность солнца, и ударными волнами, излучающими во всех направлениях, молния – это урок физики и смирения.
Помимо своей могущественной красоты, молния раскрывает науке одну из величайших местных загадок: как она работает? Общеизвестно, что молния генерируется в электрически заряженных штормовых системах, но метод облачной зарядки все еще остается труднодостижимым.В этой статье мы рассмотрим молнию изнутри, чтобы вы могли понять это явление.
Молния начинается с менее загадочного процесса: круговорота воды. Чтобы полностью понять, как работает круговорот воды, мы должны сначала понять принципы испарения и конденсации.
Испарение – это процесс, при котором жидкость поглощает тепло и превращается в пар.
Хороший пример – лужа после дождя. Почему высыхает лужа? Вода в луже поглощает тепло солнца и окружающей среды и улетучивается в виде пара.«Побег» – хороший термин для использования при обсуждении испарения. Когда жидкость подвергается воздействию тепла, ее молекулы движутся быстрее. Некоторые молекулы могут двигаться достаточно быстро, чтобы оторваться от поверхности жидкости и унести тепло в виде пара или газа. Освободившись от ограничений жидкости, пар начинает подниматься в атмосферу.
Конденсация – это процесс, при котором пар или газ теряют тепло и превращаются в жидкость. Когда тепло передается, оно переходит от более высокой температуры к более низкой.Холодильник использует эту концепцию для охлаждения еды и напитков. Он обеспечивает низкотемпературную среду, которая поглощает тепло от ваших напитков и пищевых продуктов и уносит это тепло в так называемом цикле охлаждения. В этом отношении атмосфера действует как огромный холодильник для газа и паров. Когда пары или газы поднимаются, температура в окружающем воздухе падает все ниже и ниже.
Вскоре пар, унесший тепло от своей «материнской» жидкости, начинает отдавать тепло в атмосферу.Когда он поднимается на большую высоту и при более низких температурах, в конечном итоге теряется достаточно тепла, чтобы заставить пар конденсироваться и возвращаться в жидкое состояние
Давайте теперь применим эти две концепции к круговороту воды.
Вода или влага на земле поглощают тепло солнца и окружающей среды. Когда было поглощено достаточно тепла, некоторые молекулы жидкости могут иметь достаточно энергии, чтобы выйти из жидкости и начать подниматься в атмосферу в виде пара. По мере того, как пар поднимается все выше и выше, температура окружающего воздуха становится все ниже и ниже.В конце концов, пар отдает достаточно тепла окружающему воздуху, чтобы он снова превратился в жидкость. Гравитационное притяжение Земли затем заставляет жидкость «падать» обратно на землю, тем самым завершая цикл. Следует отметить, что если температура окружающего воздуха достаточно низкая, пар может конденсироваться, а затем замерзать и превращаться в снег или мокрый снег.
И снова гравитация потребует замороженные формы, и они вернутся на землю.
В следующем разделе мы увидим, что вызывает электрические бури.
Пожалуй, самым известным и мощным проявлением электростатики в природе является гроза. Грозы неизбежны от внимания человечества. Их никогда не приглашали, никогда не планировали и никогда не оставляли незамеченными. Ярость удара молнии разбудит человека посреди ночи. Они отправляют детей вбегать в родительские спальни, требуя уверенности в том, что все будет в безопасности. Ярость удара молнии способна прервать полуденные разговоры и дела.Они – частая причина отмены игр с мячом и прогулок в гольф. Дети и взрослые одинаково толпятся у окон, чтобы наблюдать за отображением молний в небе, трепещущие перед мощью статических разрядов. Действительно, гроза – это самое яркое проявление электростатики в природе.
В этой части Урока 4 мы обсудим два вопроса:
Научное сообщество давно размышляет о причинах ударов молнии.Даже сегодня это предмет многочисленных научных исследований и теоретизирования. Детали того, как облако становится статически заряженным, не совсем понятны (на момент написания этой статьи). Тем не менее, есть несколько теорий, которые имеют большой смысл и демонстрируют многие концепции, ранее обсуждавшиеся в этом разделе Физического класса.
Предвестником любого удара молнии является поляризация положительных и отрицательных зарядов внутри грозового облака. Известно, что вершины грозовых облаков приобретают избыток положительного заряда, а низы грозовых облаков приобретают избыток отрицательного заряда.Два механизма кажутся важными для процесса поляризации.
Один из механизмов включает разделение заряда посредством процесса, который напоминает зарядку трением. Облака, как известно, содержат бесчисленные миллионы взвешенных капель воды и частиц льда, которые движутся и кружатся в турбулентном режиме. Дополнительная вода из земли испаряется, поднимается вверх и образует скопления капель по мере приближения к облаку. Эта поднимающаяся вверх влага сталкивается с каплями воды в облаках. При столкновении электроны отрываются от поднимающихся капель, вызывая отделение отрицательных электронов от положительно заряженной капли воды или кластера капель.
Второй механизм, который способствует поляризации грозового облака, связан с процессом замораживания. Повышение влажности сопровождается более низкими температурами на больших высотах. Эти более низкие температуры вызывают замерзание скопления капель воды. Замороженные частицы имеют тенденцию к более плотному скоплению вместе и образуют центральные области скопления капель. Замороженная часть скопления поднимающейся влаги становится отрицательно заряженной, а внешние капли приобретают положительный заряд.
Воздушные потоки внутри облаков могут оторвать внешние части скоплений и унести их вверх, к вершине облаков. Замороженная часть капель с их отрицательным зарядом имеет тенденцию тяготеть к нижней части грозовых облаков. Таким образом, облака становятся еще более поляризованными.
Считается, что эти два механизма являются основными причинами поляризации грозовых облаков. В конце концов, грозовое облако становится поляризованным: положительные заряды переносятся в верхние части облаков, а отрицательные части тяготеют к нижней части облаков.Не менее важное влияние на поверхность Земли оказывает поляризация облаков. Электрическое поле облака распространяется через окружающее его пространство и вызывает движение электронов на Земле. Электроны на внешней поверхности Земли отталкиваются нижней поверхностью отрицательно заряженного облака. Это создает противоположный заряд на поверхности Земли. Здания, деревья и даже люди могут испытывать накопление статического заряда, поскольку электроны отталкиваются дном облака.
С облаком, поляризованным на противоположности, и положительным зарядом, индуцированным на поверхности Земли, все готово для второго акта драмы удара молнии.
По мере увеличения накопления статического заряда в грозовом облаке электрическое поле, окружающее облако, становится сильнее. Обычно воздух, окружающий облако, был бы достаточно хорошим изолятором, чтобы предотвратить разряд электронов на Землю. Тем не менее, сильные электрические поля, окружающие облако, способны ионизировать окружающий воздух и делать его более проводящим.Ионизация заключается в отрыве электронов от внешних оболочек молекул газа. Таким образом, молекулы газа, из которых состоит воздух, превращаются в суп из положительных ионов и свободных электронов. Изолирующий воздух превращается в проводящую плазму . Способность электрических полей грозового облака преобразовывать воздух в проводник делает возможной передачу заряда (в виде молнии) от облака к земле (или даже к другим облакам).
Удар молнии начинается с разработки ступенчатого лидера .Избыточные электроны на дне облака начинают путешествие через проводящий воздух к земле со скоростью до 60 миль в секунду. Эти электроны движутся зигзагообразными путями к земле, разветвляясь в разных местах. Переменные, которые влияют на детали фактического пути, малоизвестны. Считается, что присутствие примесей или частиц пыли в различных частях воздуха может создавать области между облаками и землей, которые обладают большей проводимостью, чем другие области. По мере роста ступенчатого лидера он может освещаться пурпурным свечением, характерным для молекул ионизированного воздуха.Тем не менее, лидер – это не настоящий удар молнии; он просто обеспечивает дорогу между облаком и Землей, по которой в конечном итоге будет перемещаться молния.
Когда электроны ступенчатого лидера приближаются к Земле, происходит дополнительное отталкивание электронов вниз от поверхности Земли. Количество положительного заряда на поверхности Земли становится еще больше. Этот заряд начинает мигрировать вверх через здания, деревья и людей в воздух.Этот восходящий восходящий положительный заряд – известный как стример – приближается к ступенчатому лидеру в воздухе над поверхностью Земли. Лента может встретиться с лидером на высоте, эквивалентной длине футбольного поля. После установления контакта между косой и лидером намечается полный проводящий путь и начинается молния. Точка контакта между наземным зарядом и облачным зарядом быстро поднимается вверх со скоростью до 50 000 миль в секунду. Целый миллиард триллионов электронов могут пройти этот путь менее чем за миллисекунду.За этим начальным ударом следует несколько последовательных вторичных ударов или скачков заряда. Эти вторичные выбросы разнесены во времени так близко, что могут выглядеть как один удар. Огромный и быстрый поток заряда по этому пути между облаком и Землей нагревает окружающий воздух, заставляя его сильно расширяться. Расширение воздуха создает ударную волну, которую мы наблюдаем как гром.
Молниеотводы и другие средства защитыВысокие здания, фермерские дома и другие строения, восприимчивые к ударам молнии, часто оснащены громоотводами .Крепление заземленного громоотвода к зданию – это защитная мера, которая предпринимается для защиты здания в случае удара молнии. Первоначально концепция громоотвода была разработана Беном Франклином. Франклин предположил, что молниеотводы должны состоять из заостренного металлического столба, который поднимается вверх над зданием, которое он предназначен для защиты. Франклин предположил, что громоотвод защищает здание одним из двух способов. Во-первых, стержень служит для предотвращения разряда молнии заряженным облаком.Во-вторых, громоотвод служит для безопасного отвода молнии на землю в том случае, если облако действительно разряжает свою молнию с помощью болта. Теории Франклина о работе громоотводов существуют уже несколько столетий. И только в последние десятилетия научные исследования предоставили доказательства, подтверждающие, как они действуют для защиты зданий от повреждений молнией.
Первую из двух предложенных Франклином теорий часто называют теорией рассеяния молнии .Согласно теории, использование громоотвода на здании защищает здание, предотвращая удар молнии. Идея основана на том принципе, что напряженность электрического поля вокруг заостренного объекта велика. Сильные электрические поля, окружающие заостренный предмет, служат для ионизации окружающего воздуха, тем самым повышая его проводящую способность. Теория диссипации утверждает, что по мере приближения грозового облака между статически заряженным облаком и громоотводом устанавливается проводящий путь.Согласно теории, статические заряды постепенно перемещаются по этому пути к земле, что снижает вероятность внезапного и взрывного разряда. Сторонники теории рассеяния молнии утверждают, что основная роль молниеотвода – разрядить облако в течение более длительного периода времени, предотвращая, таким образом, чрезмерное накопление заряда, характерное для удара молнии.
Вторая из предложенных Франклином теорий о работе громоотвода лежит в основе теории отклонения молнии .Теория отвода молнии утверждает, что молниеотвод защищает здание, обеспечивая проводящий путь заряда к Земле. Громоотвод обычно прикрепляется толстым медным кабелем к заземляющему стержню, который закапывают в землю внизу. Внезапный разряд из облака будет направлен к поднятому громоотводу, но безопасно направлен на Землю, что предотвратит повреждение здания. Громоотвод, присоединенный к нему кабель и заземляющий полюс обеспечивают путь с низким сопротивлением от области над зданием к земле под ним.Отводя заряд через систему молниезащиты, здание избавляется от повреждений, связанных с прохождением через него большого количества электрического заряда.
Исследователи молний в настоящее время в целом убеждены, что теория рассеяния молнии дает неточную модель того, как работают громоотводы. Действительно, кончик громоотвода способен ионизировать окружающий воздух и делать его более проводящим. Однако этот эффект распространяется только на несколько метров над кончиком громоотвода.Несколько метров повышенной проводимости над кончиком стержня не способны разряжать большое облако, простирающееся на несколько километров. К сожалению, в настоящее время нет научно проверенных методов предотвращения молний. Более того, недавние полевые исследования показали, что кончик молниеотвода не нужно резко заострять, как предлагал Бен Франклин. Было обнаружено, что громоотводы с тупым концом более восприимчивы к ударам молнии и, таким образом, обеспечивают более вероятный путь разряда заряженного облака.При установке молниеотвода на здание в качестве меры молниезащиты обязательно, чтобы стержень был приподнят над зданием и соединен проводом с низким сопротивлением с землей.
Используйте свое понимание, чтобы ответить на следующие вопросы. По завершении нажмите кнопку, чтобы просмотреть ответы.
1. ИСТИНА или ЛОЖЬ:
Наличие громоотводов на крышах зданий не позволяет облаку со статическим зарядом передать свой заряд в здание.
2. ИСТИНА или ЛОЖЬ:
Если вы поместите громоотвод на крышу своего дома, но не заземлите его, то ваш дом все равно будет в безопасности в маловероятном случае удара молнии.Странный феномен «шаровой молнии» получил новое поразительное объяснение
Что касается загадок природы, шаровая молния – одна из самых загадочных.Кажется, что существует столько же потенциальных объяснений, сколько и наблюдений, но, несмотря на десятилетия интенсивного интереса, ни одно из них не является явным победителем.
Одна из самых странных гипотез утверждает, что эти светящиеся шары – не что иное, как свет, заключенный внутри сферы из разреженного воздуха. В новом документе к предложению добавлены новые детали, а также установлены физические параметры того, на что может быть похож такой световой пузырь.
На протяжении веков люди записывали сообщения о сферах света размером с виноградный плод, медленно движущихся на небольшом расстоянии над землей, часто во время грозы, сохраняющихся около 10 секунд, прежде чем тихо исчезнуть.
Иногда бывает один или два дополнительных эффекта. Говорят, что некоторые проходят через стеклянную панель закрытого окна. Другие могут с треском погаснуть или даже оставить после себя запах серы, когда они исчезнут.
Более десяти лет назад Владимир Торчигин из Российской академии наук пришел к выводу, что атмосферное явление, которое мы называем шаровой молнией, вовсе не молния, а скорее фотоны, рикошетирующие внутри воздушного пузыря, созданного ими самими.
Впрочем, какой бы шаровой молнией ни было, в истории хватает свидетельств очевидцев.
Однако отделить миф от фактов непросто, и в прошлом к ним относились с большой долей скептицизма. Сегодня исследователи проявляют осторожный оптимизм в отношении того, что, вероятно, во множестве наблюдений что-то есть.
В 1970-х исследователь шаровых молний Стэнли Сингер предположил, что любая успешная модель, объясняющая это явление, должна учитывать три основных особенности; продолжительность шаровой молнии, ее плавающее движение и ее внезапное исчезновение.
Всего несколько лет назад предполагаемое событие, связанное с шаровой молнией в Китае, было случайно зафиксировано на спектрографе после удара молнии в землю, что предоставило исследователям разбивку ее электромагнитного спектра.
Исследования подтверждают объяснение инженера Кентерберийского университета Джона Абрахамсона, который предположил, что светящийся воздух может быть результатом испарения материала земли, выталкиваемого ударной волной воздуха.
Другие предположения представляют облака ионов, отталкивающих заряды, которые собираются на изоляторе, таком как лист стекла, обеспечивая основу для длительного срока службы, а также для дрейфующих и «подпрыгивающих» движений.
Идея Торчигина настолько же проста, насколько и весьма умозрительна. Это не имеет ничего общего с заряженными ионами, а все связано с интенсивным потоком фотонов, излучаемым яркой вспышкой внутри нашей атмосферы.
Поскольку любая частица поглощает и испускает электромагнитное излучение, возникает отдача, называемая силой Абрахама-Лоренца. Теоретически свет от удара молнии заставляет частицы воздуха дрожать, поскольку они поглощают и передают электромагнитное излучение.
Эта сила не так уж и впечатляет в большинстве случаев, как даже Торчигин признает, заявляя: «Эти силы чрезвычайно малы для обычных сил света, и их действие справедливо игнорируется».
Но сильная вспышка удара молнии – это не обычная вспышка. Более того, эти оптические силы потенциально могут быть значительно увеличены при правильных условиях.
Эти «правильные условия», по словам Торчигина, включают образование тонкого слоя воздуха, который преломляет свет обратно на себя.
Тонкий слой воздуха, похожий на пленку пузырька, может эффективно фокусировать свет, как линза, усиливая свет достаточно, чтобы выталкивать частицы воздуха в границу и производить долгоживущий пузырь, концентрируя фотоны на несколько секунд за раз. .
Не все «зародыши» шаровой молнии будут успешными, мгновенно исчезают из-за недостатка света или достаточно закрытой оболочки. Но те, кто действительно торчал поблизости, выглядели бы эффектно, прокладывая захватывающий путь практически через любую прозрачную среду.
Эта идея обсуждалась Владимиром и его коллегой по Российской академии наук Александром Торчигиным в десятках статей на протяжении многих лет.
Последнее обсуждение Владимира этой темы сочетает в себе многочисленные предположения с физическими моделями, чтобы определить плотность света и давление воздуха, необходимые для получения подходящего показателя преломления.
Предлагаю вам тест по физике: физические тела, явления, вещества. Тест был опубликован вчера на Яндекс-Дзен канале «Домобуч». Физика у моих подписчиков не такой популярный предмет, как русский язык, поэтому ответили всего 30 человек. Многие ответили верно, но есть и запутавшиеся. Вы тоже можете пройти этот тест, а под картинкой посмотреть ответы и комментарии.
Ответ: физическое тело — это любой предмет.
Физическая величина описывает физическое тело. Не каждое физическое тело можно взять в руки, например, Луну.
Ответ: физическую величину можно измерить или вычислить, выразить в соответствующих единицах. Физическая величина описывает свойства физических тел и явлений.
Ответ: вертолёт, ножницы, Луна.
Ответ: ртуть, спирт, алюминий.
Ответ: снегопад, кипение, метель, гром.
Ответ: катится шар, колеблется маятник часов, летит птица.
Ответ: кипит вода, тает снег, плавится свинец.
Ответ: раскат грома, шелестит листва, пение птиц.
Ответ. Электрические явления: включился электрочайник, гроза.
Ответ: сверкает молния, мерцают звёзды..
Второй тест по физике ТУТ.
Ядовитая косметика ставила знатных дам перед выбором — муки или красота
Фото: AFP
В любой книге о парфюмерии и косметике можно найти упоминания о том, что вплоть до XIX века в состав пудры неизменно входили различные токсичные соединения. А всего столетие назад самый популярный среди отравителей всех времен и народов мышьяк использовали для улучшения цвета кожи. Женщины отбеливали лица составами, содержавшими ядовитые соли свинца, румянились, втирая в кожу смертельно опасные соединения ртути, осветляли волосы азотной кислотой, рисовали на лице модные голубые прожилки разрушавшими гемоглобин красками. А темные пятна с кожи и вовсе удаляли цианистым калием.Царская отрава
Несколько лет назад отечественные химики получили возможность исследовать на содержание токсичных соединений останки русских княгинь и цариц, умерших несколько столетий назад. Многие из них окончили свои дни при странных обстоятельствах. Одни ушли из жизни сравнительно молодыми, другие — получив большое влияние на супруга или оказавшись фактическими правительницами Руси при малолетнем сыне. Подобные истории обязательно рождали массу слухов об отравлении, и вот наконец-то ученым представился шанс подтвердить или опровергнуть версии о злокозненных убийствах, выяснив содержание тяжелых металлов (они входили в состав наиболее распространенных в середине прошлого тысячелетия ядов) в костях знатных особ.Венецианские парфюмеры из смеси вредных свинцовых белил с уксусом извлекали полезную прибыль
Фото: AFP
Сулему (двухлористую ртуть — один из эффективных ядов) использовали для приготовления жидкостей, смягчающих кожу. Мышьяк принимали малыми дозами для того, чтобы приучить к нему организм и предотвратить отравление, а мышьяковистый ангидрид употребляли, чтобы сделать цвет кожи более живым, чтобы тело выглядело пышущим здоровьем. А цинк мог попасть в организм из цинковых белил. Ведь прежде чем наложить румяна из киновари и начернить брови ядовитой сурьмой, лицо выбеливали цинковыми, а чаще более ядовитыми свинцовыми белилами. И если Софья Палеолог, считавшаяся в молодости достаточно привлекательной, пользовалась косметикой в пределах, очерченных этикетом и модой, то Евфросиния Старицкая, красотой, мягко говоря, не отличавшаяся, была вынуждена злоупотреблять белилами, отчего, по всей видимости, и стала рекордсменкой по костному усвоению свинца.Спаржа против свинца
Споры о том, где и когда впервые женщины начали применять косметику для поддержания красоты и приведения своей внешности в соответствие с принятым стандартом, ведутся не одно столетие. Большинство исследователей считали и считают колыбелью косметической и парфюмерной индустрии Египет, где во времена фараонов расцвело искусство извлечения из трав, корней и цветов разнообразных пахучих и красящих веществ. Многие рецепты древних косметологов не раскрыты до сих пор, однако точно известно: соединения сурьмы, вызывающие разного рода заболевания кожи и конъюнктивиты, использовались для окрашивания ресниц и бровей еще в ветхозаветные времена. Библейский Иов, к примеру, называл свою дочь, которая очень хотела нравиться мужчинам, сосудом для сурьмы. Можно также упомянуть пророка Иезекииля, обличавшего растленные нравы евреев: “И вот они приходили, и ты для них умывалась и сурьмила глаза твои”.В сулеме, жесточайшем яде, дамы света нуждались затем, чтобы обеспечивать своей коже гладкость и мягкость
Фото: РОСИНФОРМ
Из Греции традиции отбеливания лиц с помощью свинца перекочевали в Рим. Правда, римлянки применяли еще и обыкновенный мел, но он плохо держался на коже и требовал добавления связующих веществ (в этом качестве, к примеру, использовалось ослиное молоко). Большой популярностью среди патрицианок и плебеек пользовались и другие экзотические на современный взгляд средства. Плиний писал, что для окраски бровей применялись муравьиные яйца. А для выведения волос с ног и рук использовались мозг и кровь летучей мыши, а также зола от ежа. Римлянки были новаторами в области окрашивания волос — применялись самые разные цвета, включая голубой, а также использовали корни различных растений в качестве губной помады. Естественно, не все корни были безвредными. И далеко не все краски для волос не имели побочного действия.Популярнейшая “чистая рисовая пудра” включала от трети до половины ядовитых и нейтральных веществ
Фото: РОСИНФОРМ
Производители косметики уверяли, что сухие пудры с примесью свинца не могут причинять такой же вред, как жидкие свинцовые белила. Однако врачи доказали, что кожа человека вместе с потом выделяет кислоты, вступающие в реакцию с солями свинца, содержащимися в сухой пудре, тем самым помогая зловредному металлу проникать в организм. Впрочем, сколько-нибудь существенных результатов атака на косметологов не дала. Как только та или иная пудра или крем для лица изобличались в наличии свинца, это средство тут же начинали выпускать под новым названием. Особенно преуспели в такой коммерции французы. Дошло до того, что в Германии категорически запретили ввозить французскую косметику. А в России каждая партия зарубежного косметического товара подвергалась химическому анализу. Но, несмотря на это, ядовитые препараты продолжали поступать в продажу по всей Европе.Ядовитые цвета
Изменение цвета волос, в том числе борьба с сединой, было связано с опасностью для жизни в той же степени, что и уход за кожей. В 1870-х годах подверглась исследованию производившаяся в Париже “вода доктора Сакса”, изобретатели которой обещали дамам надежный заслон от седины и столь же действенную защиту кожи головы от всяческих вредных влияний. Однако в отчете об исследовании говорилось: “Иногда секретные косметические средства бывают совершенно безвредны и не имеют никакого действия; но иногда они содержат вещества вредные или ядовитые. К последним принадлежит и вода доктора Сакса, которая на вид желтая, спиртуозная, а на вкус очень горькая жидкость. По мнению Гагера и Шахта, эта вода есть раствор пикротоксина и касторового (клещевинного) масла в спирте. Пикротоксин — один из сильнейших ядов, содержится в зернах кукольвана. Если раствором пикротоксина намазать голову ребенка, то он произведет воспаление кожи и даже настоящий столбняк. Вода эта после трехдневного употребления произвела у одного пациента сильную сыпь на голове и сильное воспаление глаз”.Красота — это страшная смесь из окислов и солей
Фото: AFP
Свинцовая основа была и у красителей, дававших, как тогда говорили, цвет “пепельный блонд”. Медики считали этот способ окраски особенно опасным, поскольку для превращения в блондинку нужно было долго сидеть с подсыхающей свинцовой кашицей на голове, а отрава в это время неизбежно попадала в легкие посредством дыхания.Фото: РОСИНФОРМ
Одним из наиболее известных снадобий такого рода была “растительная красильная помада Калломерин, изобретенная доктором Эрнстом Гикишом и Карлом Руссом в Вене”. В рекламе средства говорилось: “Помада Калломерин отличается от всех других средств для окраски волос в особенности тем, что она не окрашивает ни кожу, ни ногти. Она придает волосам приятную гладкость и мягкость, предохраняет их от выпадения, способствует их росту и нисколько не вредна для здоровья”.Крем из мухоморов
Никаких серьезных способов борьбы с ядовитой косметикой в XIX веке так и не появилось. Во многих странах вводили запрет на реализацию средств наведения красоты, не прошедших проверку на медицинских факультетах университетов. Но, как правило, любой фабрикант и даже владелец маленькой лаборатории находил способ заинтересовать какое-нибудь малозаметное в научном мире учебное заведение с громким названием (императорский или королевский институт, к примеру; особенно много их было в Австро-Венгрии и многочисленных германских государствах) и получить требуемую бумагу. А после разоблачения, если оно все-таки происходило, менял название средства и начинал все с начала.Средства для ухода за кожей, включающие цианистый калий или соли ртути, изготовлялись с особой осторожностью, но употреблялись без оной
Фото: AFP
Самые строгие законы относительно ввоза косметики были в России. При этом представители высших сословий редко пользовались непроверенными средствами, а подавляющее большинство населения Российской империи не имело привычки к импортной (да и к отечественной тоже) косметике, не говоря уже о средствах на ее приобретение. До первой мировой войны потребление мыла в России составляло 2,8 фунта на душу населения в год. В городах потребление, понятно, было больше, чем в сельской местности: 8-10 фунтов в год измыливал средний горожанин, 1,5-2 фунта на человека уходило в деревне (для сравнения: в Европе до 1914 года этот показатель доходил до 25 фунтов, а в США был и того больше — 28 фунтов мыла на душу населения в год). Довоенного уровня производства мыла (12 млн пудов в год) Россия достигла лишь в 1926 году.Сма́чивание — это поверхностное явление, заключающееся во взаимодействии жидкости с поверхностью твёрдого тела или другой жидкости. Смачивание бывает двух видов:
Если жидкость контактирует с твёрдым телом, то существуют две возможности:
ОПЫТ!
Если опустить стеклянную палочку в ртуть и затем вынуть ее, то ртути на ней не окажется. Если же эту палочку опустить в воду, то после вытаскивания на ее конце останется капля воды. Этот опыт показывает, что молекулы ртути притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам стекла, а молекулы воды притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам стекла.
Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твердого вещества, то жидкость называют смачивающей это вещество. Например, вода смачивает чистое стекло и не смачивает парафин. Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твердого вещества, то жидкость называют не смачивающей это вещество. Ртуть не смачивает стекло, однако она смачивает чистые медь и цинк.
Расположим горизонтально плоскую пластинку из какого-либо твердого вещества и капнем на нее исследуемую жидкость. Тогда капля расположится либо так, как показано на рис.5(а), либо так, как показано на рис. 5(б).
Рис.5 (а) Рис.5(б)
В первом случае жидкость смачивает твердое вещество, а во втором — нет. Отмеченный на рис.5 угол θ называют краевым углом. Краевой угол образуется плоской поверхностью твердого тела и плоскостью, касательной к свободной поверхности жидкости, где граничат твердое тело, жидкость и газ; внутри краевого угла всегда находится жидкость. Для смачивающих жидкостей краевой угол острый, а для не смачивающих — тупой. Чтобы действие силы тяжести не искажало краевой угол, каплю надо брать как можно меньше.
Поскольку краевой угол θ сохраняется при вертикальном положении твердой поверхности, то смачивающая жидкость у краев сосуда, в который она налита, приподнимается, а несмачивающая жидкость опускается
Ртуть широко применяется в электротехнике, электронике, приборостроении, металлургии, химии (термометры, барометры, реле, электрические звонки, лампы дневного света, кварцевые ртутные лампы), используется при производстве хлора и щелочей, для получения металлов высокой чистоты, как катализатор в органической химии.
Химическая формула Hg
Удельный вес 13,546 г/с м³
Температура плавления –38.87 С
Температура кипения +357.25 С
Степень токсичности 1
Предельно допустимые концентрации паров ртути и металлической ртути для:
Основные свойства и виды опасности
Основные свойства. Блестящий, серебристо-белый, жидкий, тяжелый металл. Испаряется при комнатной температуре, при повышении температуры скорость испарения сильно возрастает. Растворяет золото, серебро, цинк и др., образуя твердые растворы (амальгамы).
Опасность для человека. Пары ртути токсичны и опасны, интенсивно загрязняют окружающую среду. Попадая в организм человека через легкие, блокируют биологически активные группы белковой молекулы, вызывая острые и хронические отравления. Оказывают поражающее действие на центральную нервную систему, сердечно-сосудистую, желудочно-кишечный тракт, органы дыхания, печень, селезенку, почки. Поражающее действие проявляется, как правило, через определенный промежуток времени (при остром отравлении через 8-24 часа).
Признаки поражения: повышенная утомляемость, общая слабость, сонливость, апатия, эмоциональная неустойчивость, общая подавленность, раздражительность, головокружение, головные боли, ослабление памяти, синюха, потливость, повышенная температура, боли при глотании, воспалительные процессы в полости рта (ртутный стоматит), катаральные явления со стороны дыхательных путей, реже – воспаление легких, боли в желудке, желудочные расстройства, тошнота, рвота, признаки поражения почек, учащенные позывы на мочеиспускание, дрожание рук, языка, век, ног, тела. Возможен летальный исход.
Индивидуальные средства защиты. Фильтрующие респираторы или противогазы.
Меры профилактики при поражении ртутью
При работе со ртутью и использовании приборов, содержащих ее, в условиях производства и быта, должны соблюдаться профилактические мероприятия, изложенные в нормативных документах.
Следует использовать полный комплекс гигиенических требований, изложенных в нормативных документах, применительно к конкретным условиям производства и быта.
Безопасная работа со ртутью и ее соединениями во многом обусловливается требованиями, рассмотренными выше. Наряду с этим, с целью создания безопасных условий для работы с ней, требуется использование средств индивидуальной защиты и соблюдение мер личной профилактики.
По ГОСТу 12.4.034-85 ртуть и содержащие ее вещества относятся к 4-ой группе веществ (парогазовоздушные смеси).
Для защиты органов дыхания от паров ртути и ее органических соединений применяются фильтрующие респираторы или противогазы, характеристики которых приведены в таблице:
Наименование | Марка | Марка |
| |||||
Респиратор | «Лепесток –1» | – | 40 ПДК | Полная рабочая смена | ||||
Респиратор фильтрующ. | РПГ-67 | Г | 15 ПДК | 2 | ||||
Респиратор фильтрующ. | РУ-60,М-Г или РУ-60, МУ-Г | Г | 10-15 ПДК | 15 | ||||
Противогаз промышлен. | Г | Коробка без аэрозольного фильтра | 0.01 | 100 | ||||
Коробка без аэрозол. |
|
|
| 80 | ||||
Коробка с аэрозольным |
|
|
| 80 | ||||
Противогаз промышлен. | Г | Коробка с аэрозольным фильтром | 0.01 | 80 | ||||
Работа со ртутью производится в накрахмаленной одежде, изготовленной из плотной белой ткани, наглухо застегнутом халате, не имеющем карманов, белой шапочке. Нельзя работать в вяленой или мягкой суконной обуви. Кожаную или резиновую обувь необходимо защитить поливинилхлоридными чехлами. Пользоваться этой обувью можно только при работе со ртутью.
По окончании работы лицо и руки мыть теплой водой с мылом. После работы принимать душ. Перед и после работы прополаскивать рот слабым раствором бертолетовой соли или перманганата калия (марганцовки) — 0.25%
Запрещается курить, принимать пищу и пить на рабочем месте.
Демеркуризация (обезвреживание) ртутного загрязнения
При авариях и небрежной работе со ртутью может происходить загрязнение помещений с созданием опасных концентраций паров ртути, загрязнение различных поверхностей вне помещений или заражение почвы.
В случае обнаружения металлической ртути в помещениях, на различных поверхностях вне помещений или на почве, а также паров ртути в помещениях в опасных концентрациях немедленно произвести демеркуризацию (обезвреживание) загрязнений.
Демеркуризация включает:
Хранение ртути
Хранение ртути, используемой в промышленных целях, производится в стальных баллонах, в количестве не более 35 кг в каждом, а также в толстостенных керамических или стеклянных баллонах емкостью 500 мл с металлической гофрированной пробкой с прокладкой из пластмассы. В каждый баллон заливается 5 кг ртути.
В лабораторных условиях основным способом хранения является хранение в запаянных стеклянных ампулах по 30-40 мл в каждой, которые, в свою очередь, помещаются в сварные стальные коробки.
Не разрешается хранить ртуть в тонкостенной химической посуде: бюксах, колбах и т.д., а также любой открытой посуде.
Наше предприятие принимает на демеркуризацию весь спектр ртутьсодержащих отходов и отработанных люминесцентных ламп.
Теплообмен — это процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.
Теплообмен всегда происходит в определенном направлении: от тел с более высокой температурой к телам с более низкой.
Когда температуры тел выравниваются, теплообмен прекращается.
Теплообмен может осуществляться тремя способами:
Теплопроводность — явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте.
Наибольшей теплопроводностью обладают металлы — она у них в сотни раз больше, чем у воды. Исключением являются ртуть и свинец, но и здесь теплопроводность в десятки раз больше, чем у воды.
При опускании металлической спицы в стакан с горячей водой очень скоро конец спицы становился тоже горячим. Следовательно, внутренняя энергия, как и любой вид энергии, может быть передана от одних тел к другим. Внутренняя энергия может передаваться и от одной части тела к другой. Так, например, если один конец гвоздя нагреть в пламени, то другой его конец, находящийся в руке, постепенно нагреется и будет жечь руку.
Нагревание кастрюли на электрической плитке происходит через теплопроводность.
Изучим это явление, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостью и газом.
Внесем в огонь конец деревянной палки. Он воспламенится. Другой конец палки, находящийся снаружи, будет холодным. Значит, дерево обладает плохой теплопроводностью.
Поднесем к пламени спиртовки конец тонкой стеклянной палочки. Через некоторое время он нагреется, другой же конец, останется холодным. Следовательно, и стекло имеет плохую теплопроводность.
Если же мы будем нагревать в пламени конец металлического стержня, то очень скоро весь стержень сильно нагреется. Удержать его в руках мы уже не сможем.
Значит, металлы хорошо проводят тепло, т. е. имеют большую теплопроводность. Наибольшей теплопроводностью обладают серебро и медь.
Теплопроводность у различных веществ различна.
Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобожденное от воздуха пространство). Объясняется это тем, что теплопроводность — это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.
Если возникает необходимость предохранить тело от охлаждения или нагревания, то применяют вещества с малой теплопроводностью. Так, для кастрюль, сковородок ручки из пластмассы. Дома строят из бревен или кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а значит, предохраняют от охлаждения.
Конвекция — это процесс теплопередачи, осуществляемый путем переноса энергии потоками жидкости или газа.
Пример явления конвекции: небольшая бумажная вертушка, поставленная над пламенем свечи или электрической лампочкой, под действием поднимающегося нагретого воздуха начинает вращаться. Это явление можно объяснить таким образом. Воздух, соприкасаясь с теплой лампой, нагревается, расширяется и становится менее плотным, чем окружающий его холодный воздух. Сила Архимеда, действующая на теплый воздух со стороны холодного снизу вверх, больше, чем сила тяжести, которая действует на теплый воздух. В результате нагретый воздух «всплывает», поднимается вверх, а его место занимает холодный воздух.
При конвекции энергия переносится самими струями газа или жидкости.
Различают два вида конвекции:
Излучение — электромагнитное излучение, испускаемое за счет внутренней энергии веществом, находящимся при определенной температуре.
Мощность теплового излучения объекта, удовлетворяющего критериям абсолютно черного тела, описывается законом Стефана — Больцмана.
Отношение излучательной и поглощательной способностей тел описывается законом излучения Кирхгофа.
Передача энергии излучением отличается от других видов теплопередачи: она может осуществляться в полном вакууме.
Излучают энергию все тела: и сильно нагретые, и слабо, например тело человека, печь, электрическая лампочка и др. Но чем выше температура тела, тем больше энергии передает оно путем излучения. При этом энергия частично поглощается этими телами, а частично отражается. При поглощении энергии тела нагреваются по-разному, в зависимости от состояния поверхности.
Тела с темной поверхностью лучше поглощают и излучают энергию, чем тела, имеющие светлую поверхность. В то же время тела с темной поверхностью охлаждаются быстрее путем излучения, чем тела со светлой поверхностью. Например, в светлом чайнике горячая вода дольше сохраняет высокую температуру, чем в темном.
Другие заметки по физике
На этой странице:
Ртуть – природный химический элемент, обнаруженный в горных породах земной коры, в том числе в залежах угля. В периодической таблице он имеет символ «Hg» и его атомный номер 80. Он существует в нескольких формах:
Элементарная или металлическая ртуть – это блестящий серебристо-белый металл, исторически называемый ртутью, который является жидким при комнатной температуре.Он используется в старых термометрах, люминесцентных лампах и некоторых электрических переключателях. При падении элементарная ртуть распадается на более мелкие капли, которые могут пройти через небольшие трещины или прочно прикрепиться к определенным материалам. При комнатной температуре открытая элементарная ртуть может испаряться, превращаясь в невидимый токсичный пар без запаха. При нагревании это бесцветный газ без запаха. Узнайте о том, как люди чаще всего подвергаются воздействию элементарной ртути и о неблагоприятных последствиях для здоровья, которые может вызвать воздействие элементарной ртути.
Элементарная ртуть – это элемент, который не вступил в реакцию с другим веществом. Когда ртуть вступает в реакцию с другим веществом, она образует соединение, такое как неорганические соли ртути или метилртуть.
В неорганической форме ртуть в большом количестве присутствует в окружающей среде, в основном в виде минералов киноварь и метациннабар, а также в виде примесей в других минералах. Ртуть может легко соединяться с хлором, серой и другими элементами, а затем выветриваться с образованием неорганических солей.Неорганические соли ртути могут переноситься водой и встречаться в почве. Пыль, содержащая эти соли, может попадать в воздух из месторождений руд, содержащих ртуть. Выбросы как элементарной, так и неорганической ртути могут происходить на угольных электростанциях, при сжигании городских и медицинских отходов, а также на предприятиях, использующих ртуть. Неорганическая ртуть может также попадать в воду или почву в результате выветривания горных пород, содержащих неорганические соли ртути, а также с заводов или водоочистных сооружений, выбрасывающих воду, загрязненную ртутью.
Хотя использование солей ртути в потребительских товарах, таких как лекарственные препараты, было прекращено, неорганические соединения ртути по-прежнему широко используются в осветляющих кожу мылах и кремах. Хлорид ртути используется в фотографии и в качестве местного антисептика и дезинфицирующего средства, консерванта древесины и фунгицида. В прошлом хлорид ртути широко использовался в лекарственных средствах, включая слабительные, лекарства от глистов и порошки для прорезывания зубов. С тех пор его заменили более безопасные и эффективные агенты.Сульфид ртути используется для окрашивания красок и является одним из красных красителей, используемых в красителях для татуировок.
Воздействие неорганических солей ртути на человека может происходить как на рабочем месте, так и в окружающей среде. К профессиям с повышенным риском воздействия ртути и ее солей относятся горнодобывающая промышленность, производство электрического оборудования, а также химическая обработка и обработка металлов, в которых используется ртуть. У населения в целом воздействие хлорида ртути может происходить через кожу в результате использования мыла и кремов или местных антисептиков и дезинфицирующих средств.Другой, менее хорошо документированный, источник воздействия неорганических солей ртути на население в целом – это их использование в этнических религиозных, магических и ритуальных практиках, а также в лечебных травах.
Когда неорганические соли ртути могут присоединяться к взвешенным в воздухе частицам. Дождь и снег осаждают эти частицы на суше. Даже после того, как ртуть осаждается на суше, она часто возвращается в атмосферу в виде газа или связана с частицами, а затем повторно отлагается в другом месте.
Перемещаясь между атмосферой, сушей и водой, ртуть претерпевает ряд сложных химических и физических превращений, многие из которых до конца не изучены. Микроскопические организмы могут соединять ртуть с углеродом, превращая ее из неорганической в органическую форму. Метилртуть является наиболее распространенным органическим соединением ртути, обнаруживаемым в окружающей среде, и очень токсичным. Узнайте о том, как люди чаще всего подвергаются воздействию метилртути, и о неблагоприятных последствиях для здоровья, которые может вызвать воздействие метилртути.
Ртуть становится проблемой для окружающей среды, когда она высвобождается из горных пород и попадает в атмосферу и в воду. Эти релизы могут произойти естественным образом. И вулканы, и лесные пожары выбрасывают ртуть в атмосферу.
Однако деятельность человека ответственна за большую часть ртути, которая выбрасывается в окружающую среду. Сжигание угля, нефти и древесины в качестве топлива может вызвать попадание ртути в воздух, равно как и сжигание содержащих ртуть отходов.
Ртуть, переносимая по воздуху, может падать на землю в виде капель дождя, пыли или просто под действием силы тяжести (известное как «осаждение из воздуха»). Количество ртути, выпавшей на определенную территорию, зависит от того, сколько ртути выбрасывается из местных, региональных, национальных и международных источников.
Поскольку ртуть естественным образом содержится в угле и других ископаемых видах топлива, когда люди сжигают это топливо для получения энергии, ртуть переносится по воздуху и уходит в атмосферу.В Соединенных Штатах электростанции, сжигающие уголь для производства электроэнергии, являются крупнейшим источником выбросов; на них приходится около 44 процентов всех выбросов антропогенной ртути ( Источник: Национальный реестр выбросов за 2014 г., версия 2, Документ технической поддержки (июль 2018 г.) (414 стр., 10 МБ, О PDF; обсуждение начинается на стр. 2–23 PDF документ).
Сжигание городских и медицинских отходов когда-то было основным источником выбросов ртути.Однако сокращение использования ртути наряду с государственными и федеральными постановлениями привело к снижению выбросов из этого источника более чем на 95%.
Ежегодно промышленные и коммерческие предприятия обязаны сообщать о выбросах химических веществ в рамках программы EPA Toxics Release Inventory (TRI). Вы можете просмотреть диаграмму, показывающую годовое количество выбросов ртути и ртутных соединений в воздух предприятиями на всей территории США с 2007 по 2017 год.Национальная инвентаризация выбросов 2014, версия 2, Документ технической поддержки (июль 2018 г.) (414 стр., 10 МБ, About PDF) также описывает тенденции выбросов ртути с 1990 г. в таблице 2-14 (см. Страницы 2-28 – 2- 29 документа PDF) и на Рисунке 2-4 (см. Стр. 2-30 документа PDF).
Что происходит с ртутью после ее выброса, зависит от нескольких факторов:
В зависимости от этих факторов, ртуть в атмосфере может переноситься на различные расстояния – от нескольких футов от источника до половины земного шара – до того, как она попадет в почву или воду.Считается, что ртуть, которая остается в воздухе в течение продолжительных периодов времени и путешествует по континентам, находится в «глобальном цикле».
Одним из основных источников выбросов ртути за пределами США является мелкомасштабная золотодобыча во многих странах.
Основной способ воздействия ртути на людей – это употребление в пищу рыбы и моллюсков, в тканях которых содержится высокий уровень метилртути, высокотоксичной формы ртути.Менее распространенный способ воздействия ртути на людей – это вдыхание паров ртути. Это может произойти, когда ртуть выходит из контейнера, или из-за поломки продукта или устройства. Если ртуть немедленно не локализовать или не очистить, она может испариться, превратившись в невидимый токсичный пар без запаха.
Подробнее:
Воздействие ртути в больших количествах может нанести вред мозгу, сердцу, почкам, легким и иммунной системе людей любого возраста.Высокий уровень метилртути в кровотоке младенцев, развивающихся в утробе матери, и маленьких детей может нанести вред их развивающейся нервной системе, влияя на их способность думать и учиться.
Узнайте больше о воздействии ртути на здоровье.
Птицы и млекопитающие, питающиеся рыбой, подвергаются большему воздействию метилртути, чем другие животные в водных экосистемах. Хищники, поедающие этих птиц и млекопитающих, также подвержены риску.Метилртуть была обнаружена у орлов, выдр и находящихся под угрозой исчезновения флоридских пантер. Вредное воздействие метилртути на этих животных при высоких уровнях воздействия включает:
Узнайте больше о потребительских товарах, содержащих ртуть.
Почти все соединения ртути токсичны и могут быть опасны при очень низких уровнях как в водных, так и в наземных экосистемах.Поскольку ртуть является стойким веществом, она может накапливаться или биоаккумулироваться в живых организмах, нанося все больший вред видам более высокого порядка, таким как хищные рыбы и рыбы, питающиеся птицами и млекопитающими, посредством процесса, известного как «биомагнификация». Хотя долгосрочное воздействие ртути на экосистемы в целом неясно, выживание некоторых затронутых популяций и биоразнообразие в целом находятся под угрозой.
В окружающей среде, особенно в озерах, водных путях и заболоченных территориях, ртуть может быть преобразована в высокотоксичное органическое соединение, называемое метилртутью, посредством биогеохимических взаимодействий.Метилртуть, которая всасывается в организм примерно в шесть раз легче, чем неорганическая ртуть, может мигрировать через клетки, которые обычно образуют барьер для токсинов. Он может преодолевать гематоэнцефалический и плацентарный барьеры, позволяя ему напрямую реагировать с клетками мозга и плода. Загрязнение ртутью вызывает широкий спектр симптомов у организмов и, в частности, влияет на почки и неврологические системы. Хотя низкие уровни не могут быть непосредственно смертельными для отдельных организмов, токсикологические эффекты, такие как нарушение воспроизводства, роста, нейроразвития и способности к обучению, в дополнение к поведенческим изменениям, могут привести к увеличению смертности и риску нападения хищников для некоторых диких животных.
Наиболее важным путем биоаккумуляции ртути является пищевая цепочка, как показано на рисунке ниже. В воде растения и мелкие организмы, такие как планктон, поглощают ртуть через пассивное поверхностное поглощение или через прием пищи. Для «автотрофных» организмов (которые не поедают другие организмы) пассивное поглощение является единственным путем воздействия. Количество ртути, которое образуется у этих видов даже в течение всей жизни при пассивном поглощении, обычно не вредно для организма.С другой стороны, гетеротрофные организмы (животные, поедающие другие формы жизни) могут подвергаться опасным концентрациям вторым путем. Метилртуть усиливается через пищевую цепочку, поскольку хищники поедают другие организмы и поглощают загрязнители, содержащиеся в их источниках пищи. Со временем человек, употребляющий в пищу растения или добычу, зараженную метилртутью, будет получать уровни выше, чем в его среде обитания или в его пище. В результате главные хищники получают больше ртути в организме, чем рыба, которую они потребляют.
(Если считать, что концентрация метилртути в воде озера имеет абсолютное значение, равное 1, то приблизительные коэффициенты биоаккумуляции для таких микроорганизмов, как фитопланктон, равны 10 5 ; для макроорганизмов, таких как зоопланктон и планктоноядные животные, равны 10 6 ; и для рыбоядных, таких как рыбы, птицы и люди – 10 7 . Ссылка: Ионы металлов в биологических системах)
Метилртуть плотно прилегает к рыбному белку при всасывании через жабры или при употреблении в пищу загрязненных источников пищи.В некоторых случаях уровни метилртути в хищных рыбах, таких как пресноводный окунь, судак и щука, а также морские акулы и рыба-меч, накапливаются до миллиона раз больше, чем в окружающей воде. Хотя рыбы, по-видимому, терпимы к большому содержанию метилртути в организме, в случаях серьезного отравления были случаи смерти людей. Например, в 1950-х годах Chisso Corporation в Минамате, Япония, сбросила неочищенные сточные воды, содержащие хлористый метилртуть, в залив Минамата. Оказавшись в отложениях залива, ртуть легко поглощалась морскими видами, загрязняя всю экосистему.Потребление рыбы местными жителями привело к гибели более 1000 человек и серьезно повлияло на развитие плодов беременных женщин.
В целом уровни ртути повышаются с увеличением размера и возраста рыбы, хотя и не всегда. Уровни также различаются в зависимости от вида и местоположения. На биоаккумуляцию в рыбе влияет количество присутствующей метилртути, на которую, в свою очередь, влияют местные биогеохимические процессы и поступление ртути в результате загрязнения атмосферы. Чтобы ограничить воздействие ртути на человека из зараженной рыбы, различные правительственные ведомства выпустили рекомендации по потреблению рыбы для водоемов по всей Канаде.
Рыбоядные (поедающие рыбу) хищники, такие как гагары, утки-крохали, скопы, орлы, цапли и зимородки, как правило, имеют очень высокие концентрации ртути. Ртуть была обнаружена в обыкновенных гагарах от Аляски до Атлантического океана в Канаде, и ее концентрация в крови коррелировала с ее уровнями в хищных видах рыб. Недавнее исследование содержания ртути в гагарах из пяти регионов США и Канады показало, что концентрация ртути в крови увеличивалась с запада на восток, с самыми высокими уровнями на юго-востоке Канады.Предполагается, что высокий уровень ртути ухудшает репродуктивную способность гагары, а также вызывает проблемы, связанные с ростом. Эти проблемы неизбежно приводят к повышению уровня смертности и снижению рождаемости, что приводит к сокращению численности естественных популяций.
Кроме того, ртуть была обнаружена у хищных млекопитающих, таких как выдры из южной части центрального Онтарио. Считается, что повышенный уровень ртути в выдрах может вызвать раннюю смертность из-за токсичности и изменений в поведении.В то время как воздействие метилртути обычно влияет на воспроизводство и поведение видов птиц, млекопитающие чаще всего страдают от неврологических эффектов. Тяжесть токсических эффектов будет зависеть от степени воздействия и может варьироваться от легкого нарушения до репродуктивной недостаточности или смерти.
В прошлом стратегии снижения риска ртути были сосредоточены на ограничении потребления человеком сильно загрязненной рыбы в целях защиты здоровья человека. Такой стратегии явно недостаточно для защиты дикой природы.Такие виды, как выдра и норка, не могут прислушиваться к предупреждениям или рекомендациям по потреблению рыбы. Поскольку ртуть так широко распространена в окружающей среде Канады, их риск является реальным и непосредственным, особенно с учетом таких эффектов, как нарушение роста и репродукции, неврологические повреждения, повреждение почек и потеря веса, которые возникают при относительно низких концентрациях.
Ссылки по теме
• Школа наук о воде ГЛАВНАЯ • Темы о качестве воды •
Ртуть (Hg) – это металл природного происхождения, содержащийся в основном в минерале под названием киноварь, который может содержать до 86 процентов ртути.Люди добывали ртуть из киновари, по крайней мере, со времен Римской империи. Ртуть выделяется в результате естественного выветривания горных пород и (или) вулканической активности.
Тем не менее, основным источником ртути в окружающей среде является деятельность человека через выработку электроэнергии путем сжигания угля и удаление промышленных отходов (USGS, 2003). После попадания ртути в окружающую среду она может быть преобразована в биологически токсичную форму метилртути (MeHg) микроорганизмами, обнаруженными в почве и водной среде.
Ртуть чрезвычайно ядовита, и мы можем поглотить ее при прикосновении, вдыхании или употреблении. Он накапливается в организме при каждом воздействии, и его очень трудно удалить. Если вас слишком много, вы можете пострадать от отравления ртутью, которое одновременно неприятно и потенциально смертельно.
Ртуть вызывает беспокойство, потому что она легко всасывается в пищевую цепочку. Вредная форма ртути, метилртути, легко проникает через биологические мембраны и может накапливаться до вредных концентраций в организме, подвергающемся воздействию, и все больше концентрироваться в пищевой цепи.Другими словами, крошечные организмы могут поглощать ртуть, затем крошечные океанические рыбки едят эти организмы, а затем более крупные рыбы едят более мелкие. Это означает, что большая рыба, которая ест более мелкую, фактически поедает скопившуюся в ней ртуть. Эта биоаккумуляция может вызвать высокий уровень ртути в высших хищных рыбах (которые едят люди) и оказать пагубное воздействие на людей и диких животных, питающихся рыбой. Уровни метилртути в хищных рыбах обычно более чем в миллион раз превышают уровни метилртути в воде, в которой обитают рыбы.
Все формы ртути токсичны для человека, но метилртуть вызывает особую озабоченность, потому что наши тела имеют менее развитый механизм защиты от этого токсина. Воздействие на нервную систему наиболее распространено у людей.
Ртуть – одно из самых серьезных загрязняющих веществ, угрожающих водам нашей страны, поскольку она является сильнодействующим неврологическим ядом для рыб, диких животных и людей.Это глобальный загрязнитель, который в конечном итоге попадает в каждую водную экосистему одним из двух маршрутов:
Атмосферные выпадения являются основным источником ртути для большинства водных экосистем. По данным Агентства по охране окружающей среды США (USEPA), выбросы угольных электростанций являются крупнейшим источником ртути в атмосферу.
Ртуть выпадает из атмосферы в основном в виде неорганической ртути.Метилирование – преобразование неорганической ртути в органическую метилртуть – является наиболее важным этапом в круговороте ртути, поскольку оно значительно увеличивает токсичность и возможность накопления в водных организмах. Почти вся ртуть, содержащаяся в тканях рыб, – это метилртуть.
Некоторые виды рыбы могут быть небезопасными для употребления в пищу из-за высокого уровня ртути; однако рыба – важная часть здорового питания, поэтому лучшее, что могут сделать люди, – это получить информацию.USEPA и FDA предоставляют руководящие принципы, чтобы общественность могла принимать информированные решения о том, какие виды рыб безопасны для употребления в пищу – эти агентства рекомендуют включать рыбу как часть здорового рациона, но призывают нас выбирать виды (виды) рыбы с наименьшим содержанием ртути. . Они также сообщают нам, какую рыбу следует свести к минимуму или избегать.
Основным источником большинства водных сред в США являются атмосферные осадки ( дождя , снега , сухие частицы).Некоторые водные объекты также получают ртуть в результате прямого сброса промышленных отходов, отходов горнодобывающей промышленности или природных минералов ртути.
Хотя некоторое количество ртути в атмосфере всегда было из естественных источников (вулканов), деятельность человека увеличила количество ртути, выбрасываемой в атмосферу и осаждаемой из нее. Антропогенные (антропогенные) источники ртути в атмосферу в основном связаны с сжиганием материалов, содержащих ртуть, при этом сжигание угля (электрические котлы коммунальных предприятий и коммерческие / промышленные котлы) является крупнейшим источником в США.S., согласно отчету EPA для Конгресса 1997 года.
В 2007 году международная группа экспертов пришла к выводу, что «удаленные районы как в Северном, так и в Южном полушариях демонстрируют примерно трехкратное (2X – 4X) увеличение осаждений Hg [ртути] с доиндустриальных времен» (Lindberg and others, 2007). В наиболее удаленных частях Северной Америки, например, в озерах в Глейшер-Бей на Аляске, нынешние темпы атмосферного осаждения ртути примерно вдвое превышают те, которые наблюдались в доиндустриальные времена (Engstrom and Swain, 1997).В континентальной части США близость к большему количеству источников выбросов ртути привела к еще большему увеличению – обычно примерно в три-четыре раза выше доиндустриальных темпов (Lorey and Driscoll, 1999; Swain and others, 1992; Van Meter and Fuller, 2009).
Ртуть можно обнаружить в каждой проанализированной рыбе практически из любого водоема. Ртуть является повсеместным загрязнителем, и сейчас мы очень хорошо обнаруживаем низкие уровни ртути.Что касается здоровья человека и диких животных, то проблема заключается в том, на каких уровнях присутствует ртуть и где водится рыба с опасными уровнями ртути?
Высокие уровни ртути в рыбе обычно обнаруживаются в двух общих условиях:
Хотите узнать больше о загрязнении водной среды ртутью? Следуй за мной на сайт Меркьюри!
Элемент составляет всего 0,5 промилле земной коры, что делает его более дефицитным, чем уран, но более многочисленным, чем золото или серебро.Ртуть встречается в основном в форме руда киновари (сульфид ртути), а также некомбинированное состояние. Получение ртути из ее руды довольно просты. Руда измельчается и нагревается до около 580 ° C в присутствии кислорода. Пары ртути улетучивается из руд и удаляется диоксид серы. В металл конденсируется и очищается промывкой азотной кислота с последующей перегонкой.
Меркурий был среди первых известные металлы, и их соединения использовались повсюду история.Археологи нашли ртуть в египетской гробнице датируется 1500 годом до нашей эры. Египтяне и китайцы могли иметь веками раньше использовали киноварь в качестве красного пигмента рождение Христа. Во многих цивилизациях ртуть была используется для умиротворения или изгнания злых духов. Алхимики думали, что ртуть, которую они связывали с планетой Меркурий обладал мистическими свойствами и использовал его в своих попытки превратить неблагородные металлы в золото. Греки знал о ртути и использовал ее в качестве лекарства.Меркурий и соединения ртути использовались примерно с 15 века до середина 20 века для лечения сифилиса. Потому что ртуть чрезвычайно токсичен и его лечебный эффект не доказан, другие сейчас используются лекарства от сифилиса. Польза ртути ограничен своей ядовитой природой и редкостью.
Меркурий используется в электрических переключателях; они состоят из небольшой трубки с двумя контактами на одном конце. Если трубку держать в таком способ, которым ртуть собирается на этом конце, то контакт сделано и схема завершена.Если трубка наклонена, контакт нарушен. Ртутные переключатели используются в термостатах. и некоторые будильники дремлющего типа. Меркурий очень подходит для использования в термометрах, потому что не смочите стекло, и его тепловое расширение будет равномерным. Хотя многие жидкости можно использовать для измерения давления устройств, ртуть используется, потому что ее высокая плотность требует меньше места. Ртуть растворяет многие металлы с образованием амальгамы и, таким образом, используется для извлечения золотой пыли из горных пород растворяя золото, а затем выпаривая ртуть.Амальгама, используемая для пломбирования зубов, содержит олово и серебро (а иногда и золото) растворено в ртути. Меркурий паровые лампы широко используются, потому что они мощные и экономичные источники ультрафиолетового и видимого света.
Ртуть также используется в ряде промышленных приложения, такие как гидравлические подшипники и гидравлические муфты которые требуют тяжелой жидкости. Ртуть – довольно инертный металл и обладает высокой устойчивостью к коррозии. При нагревании до около точки кипения (346,72 ° C / 675 ° F), ртуть окисляется на воздухе с образованием оксида ртути.На 500 град. C, оксид ртути разлагается на ртуть и кислород, a явление, которое привело к открытию кислорода Джозефом Пристли и Карл Шееле. Оксид ртути входит в состав ртутных батарей, которые были неоценимы как компактные, эффективные источники энергии при освоении внешних Космос. Наиболее полезными солями ртути являются две ртутные хлориды и сульфид ртути. Хлорид ртути, или каломель представляет собой белую относительно нерастворимую соль. Это используется в каломельных электродах, которые обычно используются в электрохимии, а в медицине как слабительное и мочегонное.Когда каломель используется в качестве порошка для прорезывания зубов при маленьких детей, он может их отравить. Хлорид ртути, или едкий сублимат, очень ядовит, потому что он так растворимый. Его использовали для умышленных отравлений еще в 14 век. Сейчас он используется как дезинфицирующее средство в приготовление других соединений ртути и противогрибковых кожных покровов мази.
Сульфид ртути встречается в красной форме и аморфная черная форма. Красная форма (киноварь) используется как красящий материал. Киноварь иногда используется для окраски татуировки красные, но это вызывает значительные раздражения кожи и обструкции лимфатической системы.Гремучая ртуть взрывчатое вещество, чувствительное к ударам и используемое в капсюли для боеприпасов. Меркурохром – органический соединение ртути, которое используется на ранах в качестве антибактериального агент. Существует два типа отравления ртутью: острое и острое. хронический. Острое отравление ртутью в результате проглатывания растворимых солей ртути, которые сильно разъедают кожу и слизистые оболочки. Хотя были случаи, когда люди проглотили элементарную ртуть без каких-либо страданий необратимое повреждение, пары ртути всасываются в легкие может вызвать тяжелую пневмонию и смерть.Хроническая ртуть отравление происходит при регулярном всасывании мелких количества ртути. Это состояние часто является заболеванием работники ртутных рудников, лабораторий и производств, которые используйте ртуть. Наиболее токсичными соединениями ртути являются те жирорастворимы, так как это свойство способствует их распространение по организму. Метил ртуть соединения, такие как диметилртуть, являются одними из самых опасный. Выбросы солей ртути в окружающую среду могут часто превращаются анаэробными бактериями в такие соединения, которые затем могут переноситься через пищу цепь к людям, как во время катастрофы в заливе Минамата, Япония Другие микроорганизмы могут преобразовывать соединения метилртути. в нерастворимую и, следовательно, безвредную ртуть сульфид.
Отравление тяжелыми металлами почв и водоемов Индии настолько широко распространено, что, если вовремя не принять меры, мы можем пересечь точку невозврата. Ситуация особенно критическая в городах и вокруг них (Sharma et al., 2007, 1992). Например, Дели расположен на берегу сильно загрязненной реки Ямуна. Заводы, расположенные выше по течению (т.е. в районах Сонипат и Панипат в Харьяне и их окрестностях), являются основным источником этого загрязнения.По сообщениям некоторых СМИ, питьевая вода в Дели содержит хром, свинец и железо намного выше допустимых пределов. Исследование, проведенное в 2013 году, показало, что общее количество колиформных бактерий составляет 1200 (против допустимых 10), биологическая потребность в кислороде (БПК) составляет 240 мг л -1 (против 30 мг л -1 ) и химическая потребность в кислороде (ХПК). 768 мг л -1 (при допустимых пределах 250 мг л -1 ) в пробах воды (Lalchandani, 2013). Одна из основных причин этого загрязнения заключается в том, что очистные сооружения (ETP) в Вазирабаде не оборудованы для обнаружения и удаления тяжелых металлов, аналогичная ситуация наблюдается в большинстве других городов страны.
Минимата – небольшой город в префектуре Кумамото на острове Кюсю на юге Японии. Эта область впервые попала в заголовки газет в 1956 году, когда у молодой девушки из региона были обнаружены признаки неврологического повреждения (судороги, трудности с речью и ходьбой), которые нельзя было бы иначе объяснить. После этого инцидента подобные жалобы стали поступать во многих других случаях. Было назначено расследование, которое показало наличие того, что сейчас известно как болезнь Minimata (Hachiya, 2006).
Это заболевание характеризуется неврологическими проявлениями в результате употребления в пищу рыбы и моллюсков, загрязненных метилртутью. Этот токсичный побочный продукт (метилртуть) образовался во время синтеза ацетальдегида на химическом заводе, принадлежащем компании Chisso, и был сброшен в море. Эта метиловая ртуть попадала в организм рыб и моллюсков и накапливалась. Болезнь вызвала регулярное употребление значительных количеств зараженной рыбы.Отстой в заливе Минимата показал очень высокую концентрацию (до 2000 частей на миллион) метилртути. Несмотря на эту эпидемию, никаких конкретных профилактических мер не было принято, и в 1965 году болезнь снова всплыла на поверхность. На этот раз она появилась в бассейне реки Агано в префектуре Ниигата. Виновником этой второй эпидемии стала фабрика Канозе Сёва Денко. В результате этих двух инцидентов почти 3000 человек заболели болезнью Минимата. Жертвам этих двух техногенных катастроф пришлось выплатить огромные компенсации.
Вся ртуть, которая используется в Индии, импортируется из зарубежных стран. Хлорно-щелочная промышленность, угольные шахты, термометры, сфигмоманометры, стоматологические амальгамы и люминесцентные лампы с холодным свечением (КЛЛ) являются основными источниками добавления ртути в окружающую среду. В хлорно-щелочной промышленности за последние несколько лет были внедрены различные технологии, и потребность в ртути снизилась. Но нет конкретных доказательств того, что участки, где раньше располагалось большинство этих промышленных объектов, полностью дезактивированы.
Уголь – важнейшее топливо для производства электроэнергии в Индии. Сжигание угля, помимо других загрязнителей, добавляет в окружающую среду естественные элементы, такие как ртуть (Li et al., 2009). Из-за этих опасений и быстро истощающихся запасов правительство изучает различные способы снижения зависимости от угля для производства электроэнергии. Одним из важных шагов в этом направлении является вывод на рынок КЛЛ, поскольку они потребляют меньше электроэнергии и, следовательно, снижают нагрузку на тепловые электростанции, работающие на угле.Это приводит к снижению загрязнения и выброса паров ртути в окружающую среду. Сегодня Индия производит около 400 миллионов единиц КЛЛ ежегодно, и спрос на них растет с каждым днем. Однако для получения света этим КЛЛ требуется ртуть. Несмотря на это, никаких ограничений на использование ртути в КЛЛ не установлено. В результате содержание ртути в КЛЛ, произведенных в Индии, остается нерегулируемым и намного выше, чем в КЛЛ, произведенных в США и других развитых странах.Например, по оценкам правительства, средний КЛЛ в Индии содержит около 3–12 мг ртути. Однако независимое исследование (Betne and Rajankar, 2011) показало, что он составляет 2,27–62,56 мг на КЛЛ, в среднем 21,21 мг на КЛЛ, что намного выше уровней, установленных в США и Европе. Неправильная утилизация КЛЛ также остается проблемой.
В Индии было много случаев отравления ртутью, но в основном они игнорируются. Район Кодайканал, знаменитая горная станция в индийском штате Тамил Наду, является прекрасным примером.В 2001 году это место привлекло всеобщее внимание, когда в ближайшем лесу местные жители обнаружили груды разбитых стеклянных термометров. Они подозревали, что эти отходы были сброшены соседней фабрикой по производству термометров, принадлежащей Hindustan Unilever. Это привело к массовым протестам, которые вынудили компанию закрыть завод. Многие местные жители пострадали от отравления ртутью (Karunasagar et al., 2006). Протестующие также вынудили отправить оставшуюся ртуть обратно в США (широко известный как «обратный сброс»).Этот инцидент – прекрасный пример единства людей в деле защиты окружающей среды от загрязнения.
Еще один случай загрязнения ртутью произошел в штате Уттар-Прадеш (UP) в Индии. В районе Sonbhadra UP находится одно из крупнейших месторождений угля в стране. Уже довольно давно жители этого региона жалуются на усиление проблем со здоровьем. Они обвиняют ртуть в близлежащих термальных установках, поскольку она загрязнила не только почву и воздух, но и грунтовые воды.Независимое исследование (Sahu et al., 2014), проведенное Центром науки и окружающей среды (CSE), показало, что образцы крови человека из этого региона показали уровень ртути 34,3 частей на миллиард (частей на миллиард), что выше безопасных пределов 5,8. ppb, как предписано Агентством по охране окружающей среды США (USEPA). Рыба из этого региона также показала присутствие метилртути на уровне 0,447 ppm, что выше уровня, установленного Управлением по безопасности пищевых продуктов и стандартов Индии (FSSAI), следовательно, непригоден для употребления в пищу человеком.Подземные воды, особенно откачиваемые ручными насосами, содержат в 26 раз более высокое содержание ртути, чем установлено Бюро индийских стандартов (BIS), то есть 0,001 ppm.
Предыдущее исследование, проведенное Индийским институтом токсикологических исследований (IITR), государственным агентством, также сообщило о подобных результатах. Однако никаких конкретных коррективных мер в этом направлении предпринято не было. Проблема отравления ртутью требует срочного вмешательства, пока не стало слишком поздно.
Свойства ртути
Токсичность
Ртуть – это металлический химический элемент, обозначенный символом Hg. На вид он серебристый и, в отличие от всех других металлов, при комнатной температуре жидкий. Древнее название ртути было «ртуть», что означает «живое серебро». Это название отражает необычайно живое поведение ртути: когда ее выливают на гладкую поверхность, она образует шарики, которые быстро катятся при прикосновении. Современное название элемента происходит от Меркурия (или Меркурия), быстроногого посланника богов в римской мифологии.
Этот элемент был знаком многим древним цивилизациям. Еще во времена Римской империи люди научились извлекать ртуть из руды и использовать ее для очистки золота и серебра. Руда, содержащая золото или серебро, должна быть измельчена и обработана ртутью, которая удаляет примеси, с образованием ртутного сплава, называемого амальгамой. Когда амальгама нагревается, ртуть испаряется, оставляя чистое золото или серебро.
Общее присутствие Меркурия в земной коре относительно низкое по сравнению с другими элементами.Однако ртуть не считается редкостью, поскольку она содержится в крупных высококонцентрированных месторождениях. Почти вся ртуть существует в форме красной руды, называемой киноварью, которая состоит в основном из ртути и серы. Иногда среди обнажений киновари появляются блестящие шарики ртути, вероятно, поэтому ртуть была открыта так давно. Металл относительно легко извлечь из руды, применяя тепло и процесс фильтрации. Сначала руда нагревается в кислородной печи. Ртуть выделяется в виде паров, которые конденсируются в сажу на металлическом конденсаторе с водяным охлаждением.Затем ртуть удаляется из сажи с помощью системы фильтрации и очищается в вакууме. Большая часть ртути в мире традиционно добывается в Испании и Италии, хотя несколько других стран также производят ее в промышленных масштабах.
Атомный номер Меркурия 80, а его атомный вес 200,59. Он имеет точку кипения 674 ° F (356,7 ° ° C) и точку плавления –38 ° F (–38,89 ° ° C). Ртуть устойчива (не вступает в реакцию) на воздухе и в воде, а также в кислотах и щелочах.Поверхностное натяжение ртути в шесть раз выше, чем у воды. Из-за этого, даже когда ртуть находится в жидкой форме, она не смачивает поверхности, с которыми соприкасается.
Как и некоторые другие металлы, ртуть проявляет необычное поведение при чрезвычайно низких температурах. В 1911 году голландский физик Хайке Камерлинг-Оннес открыл явление сверхпроводимости, заморозив ртуть всего на несколько градусов выше абсолютного нуля. При такой температуре ртуть теряет все свое естественное сопротивление потоку электричества и становится сверхпроводящей.
Ртуть уникально подходит для измерения температуры. При нагревании или охлаждении ртуть расширяется или сжимается с более постоянной скоростью, чем у большинства других веществ. Кроме того, он имеет широкий диапазон температур от точки кипения до точки замерзания. В 1714 году немецко-голландский физик Габриэль Даниэль Фаренгейт разработал ртутный термометр. (В прежних жидкостных термометрах использовался спирт или смеси спирта с водой.) С ртутью в качестве измерительной жидкости можно было регистрировать температуру значительно выше точки кипения воды и ниже точки ее замерзания.Использование ртути также позволило более точно маркировать градусы с более мелкими делениями.
Ртуть и все ее соединения чрезвычайно ядовиты, а ртуть – одно из немногих веществ, которые, как известно, не имеют естественной функции в организме человека. Ртуть, классифицируемая как тяжелый металл, трудно выводить из организма. Это означает, что даже небольшие количества могут действовать как кумулятивный яд, накапливаясь в течение длительного периода времени, пока не достигнет опасного уровня. Человек может поглощать ртуть через любую слизистую оболочку и через кожу.Его пары можно вдыхать, а ртуть попадает в такие продукты, как рыба, яйца, мясо и зерно. В организме ртуть в первую очередь влияет на нервную систему, печень и почки. Симптомы отравления ртутью включают тремор, туннельное зрение, потерю равновесия, невнятную речь и непредсказуемые эмоции. Фраза «сумасшедший как шляпник» обязана своим происхождением симптомам отравления ртутью, которым страдали шляпники в 1800-х годах, когда соединение ртути использовалось для изготовления меха бобра и войлочных материалов.
Ядовитые свойства ртути известны сотни лет.В семнадцатом веке швейцарский токсиколог Иоганн-Якоб Вепфер изучил характеристики отравления ртутью. В начале 1920-х годов немецкий химик Альфред Шток обнаружил, что большую часть своей взрослой жизни он страдал от недиагностированного отравления ртутью. Его случай, вероятно, был вызван многолетним воздействием паров ртути в плохо вентилируемых лабораториях. Сток проанализировал патологию отравления ртутью и разработал методы обнаружения очень малых количеств ртути. Часто используя себя в качестве подопытного, Сток проследил путь ртути по телу и ее накопление в различных органах.Он опубликовал множество статей, предупреждающих об опасностях ртути и предлагающих меры предосторожности.
До недавнего времени ученые считали неорганическую ртуть относительно безвредной, поэтому промышленные отходы, содержащие ее, обычно сбрасывались в большие водоемы. Затем, в 1950-х годах, более 100 человек в Японии были отравлены рыбой, содержащей ртуть; 43 человека погибли, еще десятки получили серьезные увечья, а младенцы, рожденные после вспышки, получили необратимые повреждения. Было обнаружено, что неорганическая ртуть в промышленных отходах была преобразована в гораздо более вредную органическую форму – метилртуть.По мере того, как это вещество продвигается вверх по пищевой цепочке, его количества накапливаются до опасного уровня у более крупных рыб. Сегодня сброс ртутьсодержащих отходов в значительной степени запрещен, а многие их промышленные применения прекращены. Однако ртуть по-прежнему используется в электрических переключателях и реле, люминесцентных лампах, компьютерных экранах и телевизорах с плоским экраном, а также в электролитических ячейках для производства хлора. Крошечные количества также присутствуют в зубных пломбах.
По мере того как каждую ночь по небу движутся звезды, люди во всем мире смотрят вверх и задаются вопросом о своем месте во Вселенной.На протяжении всей истории цивилизации разрабатывали уникальные системы упорядочивания и понимания небес. Вавилонские и египетские астрономы разработали системы, которые стали основой греческой астрономии, в то время как общества в Северной и Южной Америке, Китае и Индии разработали свои собственные.
Работа древнегреческих астрономов богато задокументирована в коллекциях Библиотеки Конгресса в значительной степени благодаря тому, что греческая традиция исследования была продолжена работами исламских астрономов, а затем и ранней современной европейской астрономией.В этом разделе предлагается экскурсия по некоторым астрономическим идеям и моделям из Древней Греции, которые проиллюстрированы в предметах из коллекций Библиотеки Конгресса.
К V веку до нашей эры было широко признано, что Земля представляет собой сферу. Это критический момент, поскольку существует широко распространенное заблуждение, что древние люди думали, что Земля плоская. Это было просто не так.
В V веке до нашей эры Эмпедокл и Анаксагор выдвинули аргументы в пользу сферической природы Земли.Во время лунного затмения, когда Земля находится между Солнцем и Луной, они идентифицировали тень Земли на Луне. По мере того, как тень движется по Луне, она явно круглая. Это наводит на мысль, что Земля – это сфера.
Учитывая, что возможности для наблюдений за лунным затмением выпадают не так часто, в опытах моряков были также свидетельства округлости Земли.
Когда корабль появляется на горизонте, сначала видна его верхушка.Многие тексты по астрономии с течением времени используют это как способ проиллюстрировать округлость Земли. Как видно из изображения, это именно то, что можно было бы ожидать от сферической Земли. Если бы Земля была плоской, можно было бы ожидать, что вы сможете увидеть весь корабль, как только он станет видимым.
лунных затмений также позволили получить еще одно ключевое понимание о нашем доме здесь, на Земле. В 3 веке до нашей эры Аристарх Самосский решил, что может определить размер Земли на основе информации, доступной во время лунного затмения.На диаграмме справа показан перевод его работы. Большой круг – это солнце, средний круг – это Земля, а самый маленький круг – это Луна. Когда Земля находится между Солнцем и Луной, это вызывает лунное затмение, и измерение размера земной тени на Луне предоставило ему часть информации, необходимой для расчета ее размера.
Эратосфен оценил длину окружности Земли примерно в 240 г. до н. Э. Он использовал другой подход, измеряя тени, отбрасываемые в Александрии и Сиене, чтобы вычислить их угол относительно Солнца.Есть некоторые споры по поводу точности его вычислений, поскольку мы не знаем точно, как долго были единицы измерения. Однако измерения были относительно близки к реальным размерам Земли. Греки применяли математику, чтобы теоретизировать о природе своего мира. Они придерживались различных убеждений о природе и мире, но во многих случаях они работали, чтобы обосновать эти убеждения путем эмпирического исследования того, что они могли рассуждать на основании свидетельств.
В предании Платона и Эмпедокла до него Аристотель утверждал, что существует четыре основных элемента: огонь, воздух, вода и земля.Нам трудно полностью понять, что это означало, поскольку сегодня мы думаем о материи совсем по-другому. В системе Аристотеля не существовало такого понятия, как пустое пространство. Все пространство было заполнено комбинацией этих элементов.
Аристотель утверждал, что эти элементы можно разделить на две пары качеств: горячее и холодное, влажное и сухое. Сочетание каждого из этих качеств привело к элементам. Эти качества могут быть заменены их противоположностями, которые в этой системе становятся тем, как происходят изменения на Земле.Например, при нагревании вода превращается в пар, похожий на воздух.
В космологии Аристотеля каждый из этих четырех элементов (земля, вода, огонь и воздух) имел вес. Земля была самой тяжелой, вода – менее тяжелой, а воздух и огонь – самыми легкими. Согласно Аристотелю, более легкие вещества удалялись от центра Вселенной, а тяжелые элементы располагались в центре. Хотя эти элементы пытались разобраться, чтобы достичь этого порядка, большая часть опыта включала смешанные сущности.
Хотя мы видели землю, огонь, воздух и воду, все остальное в мире в этой системе понималось как смесь этих элементов. С этой точки зрения переход и изменение в нашем мире явились результатом смешения элементов. Для Аристотеля земное – это место рождения и смерти, основанное на этих элементах. Небеса – это отдельное царство, управляемое своими собственными правилами.
В отличие от земного, небесная область небес имела принципиально иную природу.Глядя на ночное небо, древние греки обнаружили два основных типа небесных объектов; неподвижные звезды и блуждающие звезды. Подумайте о ночном небе. Кажется, что большинство видимых объектов движутся с одинаковой скоростью и ночь за ночью находятся в одном и том же порядке. Это неподвижные звезды. Кажется, что они движутся все вместе. Помимо этого, был набор из девяти объектов, которые вели себя по-разному: Луна, Солнце и планеты Меркурий, Венера, Марс, Сатурн и Юпитер двигались по разным системам.Для греков это были блуждающие звезды.
В этой системе вся вселенная была частью большой сферы. Эта сфера была разделена на две части: внешнее небесное царство и внутреннее земное. Разделительной линией между ними была орбита Луны. В то время как Земля была местом перехода и движения, небеса оставались неизменными. Аристотель утверждал, что существует пятая субстанция, квинтэссенция, из которой сделаны небеса, и что небеса являются местом совершенного сферического движения.
По словам Аристотеля: «Во всем диапазоне прошедшего времени, насколько наши унаследованные записи достигают, кажется, не произошло никаких изменений ни во всей схеме внешнего неба, ни в какой-либо из его собственных частей». Важно помнить, что во времена Аристотеля не было обширных собраний данных наблюдений. Вещи, которые выглядели так, как будто они движутся по небу, например кометы, не представляли проблем в этой модели, потому что их можно было объяснить как происходящие в земном царстве.
Эта модель небес пришла с объяснением, лежащим в основе. Небесными сферами управлял набор движителей, ответственных за движение блуждающих звезд. Считалось, что у каждой из этих блуждающих звезд есть «неподвижный движитель» – сущность, которая заставляет ее двигаться по небу. Для многих греков этого движителя можно было понять как бога, соответствующего любой сущности на небесах.
Клавдий Птолемей (90–168) создал множество астрономических знаний в своем доме в Александрии, Египет.Воспользовавшись сотнями лет наблюдений времен Гиппарха и Евдокса, а также набором астрономических данных, собранных вавилонянами, Птолемей разработал систему для предсказания движения звезд, которая была опубликована в его основной астрономической работе Альмагест. . Успех Птолемея в синтезе и уточнении идей и улучшений в астрономии помог сделать его Альмагест настолько популярным, что более ранние работы вышли из обращения. Переведенный на арабский и латинский языки, Альмагест стал основным текстом по астрономии на следующую тысячу лет.
Альмагест заполнен таблицами. В этом смысле книга – это инструмент, который можно использовать для предсказания местоположения звезд. По сравнению с более ранней астрономией, книга гораздо больше ориентирована на то, чтобы служить полезным инструментом, чем на представление системы описания природы небес. Попытки точно предсказать положение звезд с течением времени привели к созданию гораздо более сложной модели.
Ко времени Птолемея греческие астрономы предложили добавить круги на круговых орбитах блуждающих звезд (планет, луны и солнца), чтобы объяснить их движение.Эти круги на окружностях называются эпициклами. В греческой традиции небеса были местом идеального кругового движения, поэтому совершенство учитывалось добавлением кругов. Это привело к дезориентирующим иллюстрациям.
Чтобы избежать сложной природы этого большого количества кругов, Птоломи добавил ряд новых концепций. Чтобы точно описать движение планет, ему потребовалось использовать эксцентрические круги. С эксцентрическим кругом центром орбиты планеты была бы не Земля, а какая-то другая точка.Затем Птолемею нужно было поместить эпициклы на другой набор кругов, называемых отходящими. Итак, планеты двигались по кругам, которые вращались по круговым орбитам. Птоломию также нужно было ввести экванты, инструмент, который позволял планетам двигаться с разной скоростью по этим кругам. Получившаяся модель была сложной, но обладала большой прогностической силой.
Птолемей стал олицетворением математической традиции, сосредоточенной на разработке математических моделей с предсказательной силой.