TEMPERATURA W ATMOSFERZE

Czy prawdą jest, że im większa wysokość, tym chłodniejsze powietrze?

Nie. Ponad powierzchnią Ziemi temperatura spada, osiągając wartość około -90 stopni Celsjusza na wysokości 80 kilometrów.

Powyżej 160 kilometrów, gdzie promieniowanie słoneczne rozbija cząsteczki gazów na elektrycznie naładowane jony, temperatura dochodzi do 1100-1700°C. Warstwa ta nazywa się termosferą. Na takiej wysokości gazy są już bardzo rozrzedzone, dlatego przekazują stosunkowo niewiele ciepła przelatującym przez nie obiektom.

CO TO JEST DŹWIĘK?

Powietrze wokół nas jest czasem jak wzburzone morze dźwięków -
- ale właściwie co to jest dźwięk?

Są to fale sprężonego powietrza. Wprawiają one w ruch drgający miliardy miliardów cząsteczek w każdym centymetrze sześciennym powietrza.

(Na przykład dźwięk "średnie C" to fala wykonująca 256 drgań na sekundę. Ponieważ dźwięk rozchodzi się w powietrzu z prędkością około 340 metrów na sekundę, to długość takiej fali wynosi około 1,33 metra).

PRAWO BERNOULLIEGO

Kartka papieru unosi się, gdy dmuchasz ponad nią. Co powoduje, że powietrze spod kartki wypycha ją do góry?

Działa tu prawo Bernoulliego. Szwajcarski fizyk Daniel Bernoulli (1700-1782) odkrył, że im szybciej gaz przepływa, tym mniejsze wywiera ciśnienie. Obniżone ciśnienie, jakie panuje w szybko poruszających się obszarach, wywołuje dopływ gazu z rejonów o normalnym ciśnieniu.

W gaźniku samochodowym powietrze przepływa szybciej w przewężeniu rury, dzięki czemu benzyna będąca pod normalnym ciśnieniem jest zasysana do strefy obniżonego ciśnienia i dociera do silnika.

CZYM JEST POWIETRZE?

Chociaż wydaje się, że powietrze nic nie waży, potrafi ono utrzymać 200-tonowy samolot albo też zniszczyć całe budowle.Skąd biorą się te niespodziewane własności?

Powietrze zawiera niezwykle dużo cząsteczek: w każdym centymetrze sześciennym jest ich 20 miliardów miliardów. W przestrzeni wielkości główki od szpilki jest miliony razy więcej cząsteczek powietrza niż wszystkich ludzi na Ziemi. Cząsteczki te (w 99% azot i tlen) są w nieustannym ruchu, a ich prędkości wynoszą około 1600 km/h. Każda cząsteczka zderza się z pozostałymi około 5 miliardów razy na sekundę. Uderzenia miliardów cząsteczek wewnątrz opony dają siłę wystarczającą do uniesienia 50-tonowej ciężarówki.

DLACZEGO NIEBO JEST NIEBIESKIE?

W nocy niebo jest zupełnie czarne, dlaczego więc w dzień jest niebieskie?

Angielski fizyk John Strutt baron Rayleigh (1842-1919) odkrył, że gdy światło słoneczne zderza się z cząsteczkami w atmosferze, to niebieska jego część (która składa się z fal o dużych częstościach) jest odbijana w kierunku Ziemi.

(Z tego samego powodu zachody Słońca są czerwone. Gdy Słońce leży nisko nad horyzontem, jego promienie pokonują dosyć długą drogę w atmosferze i tracą część światła niebieskiego, toteż dociera do nas więcej światła o niskich częstościach, tj. światła w kolorze czerwonym).

Z JAKĄ PRĘDKOŚCIĄ PŁYNIE PRĄD?

W jaki sposób prąd elektryczny może płynąć w przewodzie z prędkością równą prędkości światła?

Przewodniki są substancjami, które obfitują w "swobodne elektrony" poruszające się chaotycznie z prędkościami około trzech milionów kilometrów na godzinę.

Gdy podłączony zostaje prąd, wszystkie elektrony zaczynają ruch w jednym kierunku.

To nie same elektrony mają prędkość światła, ale poruszający nimi impuls. (W ten sam sposób odkręcenie kranu połączonego z pełnym wody wężem ogrodowym powoduje niemal natychmiastowy ruch drugiego końca węża). Przez włókno włączonej żarówki o mocy 60 W w ciągu każdej sekundy przepływa około 3 miliardów elektronów.

TRZY STANY SKUPIENIA

Co określa, który z trzech stanów skupienia materii - stały, ciekły lub gazowy - przyjmuje dana substancja?

Stan skupienia zależy od temperatury. W ciele stałym energia drgań cząsteczek jest zbyt mała, żeby przeciwdziałać sile wiązań chemicznych tworzących kryształ.

Wraz ze wzrostem temperatury energia drgań rośnie, tak że wiązania zostają zerwane i kryształ nie może dalej istnieć. Mówimy, że przekroczona została temperatura topnienia i substancja stała się cieczą.

Dalsze ogrzewanie prowadzi do jeszcze szybszych ruchów cząsteczek, aż wreszcie mogą one pokonać napięcie powierzchniowe cieczy i uwolnić się. Mówimy wtedy, że przekroczona została temperatura wrzenia i ciecz zamieniła się w gaz.

DLACZEGO RZECZY SĄ TWARDE?

Skoro atomy i cząsteczki są tak puste, jak przestrzeń wokół planet Układu Słonecznego - jak to jest możliwe, że skała, drewno, plastik i inne substancje złożone z atomów są twarde?

Ich twardość jest "złudzeniem elektrycznym".

Ujemnie naładowane chmury elektronowe wzajemnie silnie się odpychają. W większości ciał stałych atomy i cząsteczki są uwięzione w sieciach krystalicznych. Utrzymują się razem dzięki wiązaniom chemicznym i jednocześnie trzymają się z dala od siebie z powodu odpychania ujemnie naładowanych elektronów.

Atomy w ciałach stałych są blisko siebie, ale się nie dotykają. Drgają one tak, jakby były połączone niewidzialnymi sprężynkami.