Наука для всех

А как красивы облака вечером или ранним утром, когда они освещены золотистым или красным светом зари! Да и днем они постоянно меняют свой цвет.

Формы облаков: 1 – кучевые, 2 – слоистые, 3 – перистые

По виду облаков можно примерно судить о высоте, на которой они держатся. Если посмотреть с земли на тот туман, который образовался вокруг вас, когда вы поднимались кверху, то он, наверное, будет напоминать легкие клубы дыма. Такие облака постоянно родятся летом при подъеме теплого воздуха кверху. Эти клубы громоздятся большими кучами друг на друга. Сами облака названы поэтому кучевыми. Влажному теплому воздуху достаточно подняться на версту вверх, чтобы в нем родились кучевые облака. При этом воздух сделается на 10 градусов холоднее, чем был у земли. Всех выше плавают облака в виде перьев, или перистые облака. Они забираются иногда на 13 верст в вышину и никогда не спускаются ниже 5. На севере среди лета они круглые сутки освещены солнцем и в полночь остаются такими же светлыми и белыми, какими были днем.

Вернемся, однако, к нашему ветру, который несет вас куда-то вдаль. Как узнать в самом деле, куда вы летите? Если ваш город, из которого вы поднялись, стоит недалеко от моря, то, вероятнее всего, этот ветер унесет вас в море. Но для того чтобы узнать наверное, куда движется окружающий вас воздух, недостаточно только знать, где стоит ваш город. Надо, кроме того, знать, какова местность вокруг: ровная ли она или есть горы, высоки ли они, как они расположены, много ли вокруг рек и озер. А главное, надо знать, где и как велико давление воздуха во время вашего путешествия.

Откуда и куда дует ветер?

Вы уже знаете, что давление воздуха постоянно меняется. Где давление воздуха больше, там воздух, значит, стремится расширяться сильнее. Если взять две бутылки, одну с редким воздухом, другую с более плотным, и соединить их горлышками вместе, то, конечно, воздух из второй бутылки, где давление его выше, потечет в первую. То же самое делается и на воле. Ветер дует всегда из мест, где давление воздуха выше, в места, где оно ниже. Но это бывает над самой землей. В вышине, как вы уже знаете, ветер может дуть и в другую сторону, чем внизу. Однако и там он дует всегда туда, где давление слабее.

Вы знаете, что воздух, нагреваясь, расширяется. Он становится легче и поднимается от земли кверху. Поэтому давление его возле земли уменьшается. Но в вышине, куда вы поднялись вместе с теплой струей, давление становится больше, чем было раньше, потому что сюда поднимается все больше воздуха снизу. Опуститься снова прямо вниз этот воздух не может, так как снизу напирают все новые и новые струи теплого воздуха. И вот, вместо того что бы опускаться вниз, этот воздух расходится в стороны.

Он двигается туда, где давление воздуха слабее. Так происходит ветер. Он рождается всегда в вышине, там же, где рождаются и облака, где родилось и ваше облачко. Поэтому-то в вышине ветер всегда дует из жарких стран в холодные, а по земле, наоборот, из холодных в жаркие.

Как двигается воздух во время ветра?

Если бы вы могли следить за траекторией движения вашего облака вместе с воздухом, то вы увидели бы очень важную особенность. Вы увидели бы, что мало-помалу вы сворачиваете в сторону.

Вспомните, как шалун-ветерок играет осенью сухими листьями или придорожной пылью. Он крутит и вьет эту пыль и поднимает ее столбы в воздух. Часто зимой он вместо пыли завивает столбы из мелкого снега. Поэтому-то его и называют тогда вьюгой. Внутри такого столба давление воздуха гораздо ниже, чем снаружи, и вот воздух мчится со всех сторон внутрь столба, а потом быстро поднимается кверху. Он тянет за собой все, что попадется ему по пути и что он может поднять. Чем сильнее разница в давлении воздуха внутри столба и снаружи, тем быстрее он движется, тем сильнее сам ветер.

Всякий ветер есть часть ветрового столба- вихря, вроде только что описанного. Но столбы эти громадны, иногда они покрывают половину России, и поэтому мы не видим их сразу, как маленький вихревой столб, а чувствуем только постоянный ветер, который постепенно меняется, проходя в каждом данном месте разными своими частями и дует в разных направлениях, как и в маленьком вихре.

В больших песчаных пустынях сильный ветер вместо пыли крутит столбы из песка. Беда, если такой ветер невзначай налетит на путников. Раскаленные солнцем песчинки, летающие в воздухе, нагревают и воздух. В горячем воздухе тяжело дышать. Мелкие песчинки набиваются в нос и рот, и человек может задохнуться. Целые тучи песка, точно туман, застилают небо. Среди дня наступает сумрак. Этот песок может засыпать не только человека, но даже целый караван верблюдов.

Еще сильнее те вихри, которые рождаются в открытых морях теплых стран. Эти вихри также рождаются в вышине. Воздух, который поднимается кверху над теплым морем, часто задерживается вверху вместо того, чтобы постепенно расходиться в стороны. Этот воздух потом вдруг спускается книзу, а на смену ему так же стремительно взвивается кверху нижний. Так происходит тот страшный вихрь, который называется ураганом. Море тогда шумит и клокочет. Вода будто кипит в громадном котле. Поверхность моря покрывается пеной. Ветер срывает с волн эту белую пену и несет ее, точно клубы снега в зимнюю метель. Жутко тогда на море! К счастью, люди теперь хорошо знают, как двигается воздух в урагане. Они могут предугадать ураган и вовремя приготовиться к встрече с ним.

Часто вихри на море поднимают кверху, как песок в пустыне, громадные водяные столбы. Это – водяные смерчи. Если облака несутся низко над морем, а вихрь, поднявший смерч, очень силен, то верхушки водяного столба иногда доходят до облака и крутятся вместе с ним. Такой смерч, налетевший на пароход, ломает его мачты и обдает его потоками соленой морской воды. Редко, впрочем, он причиняет большой вред. Обыкновенно, морские суда слишком велики, и он не может их опрокинуть или залить своею водой.

Чем отличается выдыхаемый животными воздух от обыкновенного?

Многое мы узнали про воздух, и многое можно было бы еще рассказать про него. С ним стоит познакомиться поближе, потому что для всего живущего на земле нет ничего важнее воздуха. Дышать воздухом для нас так же необходимо, как есть или пить, и даже больше того. Мы можем голодать или терпеть жажду довольно долгое время, без воздуха же не проживем и одного часа.

Когда мы вдыхаем воздух, он входит в наши легкие. Легкие – это меха, которые то вбирают в себя воздух, то выпускают его.

Почему воздух входит в меха, когда мы их растягиваем, вы теперь знаете. Он входит, потому что, растягивая меха, мы разреживаем в них воздух, уменьшаем его давление. Давление наружного воздуха остается так же велико, как было ранее. Оно берет верх над давлением воздуха в мехах, и наружный воздух протискивается внутрь мехов, пока давление воздуха внутри и снаружи не станет снова одинаковым.

Наши легкие работают без отдыха и днем и ночью в течение всей нашей жизни. Если человек перестанет дышать, он задохнется.

Воздух, который мы вдыхаем в себя, отличается от воздуха, который мы выдыхаем из себя. Убедиться в этом нетрудно. Налейте в стакан немного прозрачной известковой воды, то есть такой, в которой растворена известь и которую можно купить в любой аптеке, и попробуйте продувать в нее через трубку ртом выдыхаемый воздух. Вы сейчас же увидите, что вода помутнеет. Эта муть есть не что иное, как очень мелкий порошок мела. Значит, в выдыхаемом воздухе есть что-то такое, что превратило известь, растворенную в известковой воде, в мел. Что же это такое?

Попробуйте бросить кусочек мела в крепкий уксус. Вы заметите, что кусочек мела скоро покроется мелкими пузырьками газа. Они будут отрываться от мела и всплывать кверху. Это тот же самый газ, что выходит из минеральной воды или из крепкого кваса, когда откупоривают бутылку. Называется он углекислым газом. Значит, в составе мела есть что-то, из чего может получиться углекислый газ. Углекислый газ в воде образует очень нестойкое соединение – угольную кислоту, которая тут же снова распадается на углекислый газ и воду, но все же постоянно присутствует в воде, пока в ней есть углекислый газ.

В уксусе есть другая кислота – уксусная. Она-то и вытесняет из мела угольную кислоту, из которой тотчас образуется и улетает в воздух углекислый газ, а сама становится на его место. При этом мел изменяется, и вместо него получается совершенно другое вещество.

Мел можно назвать углекислой известью, потому что в нем есть известь и углекислота. Вещество, которое получилось из мела в уксусе, будет не углекислая известь, потому что углекислота из мела ушла в виде углекислого газа; теперь с известью соединилась уксусная кислота, и такую известь мы можем назвать уксуснокислой известью.

Уксуснокислая известь не похожа на мел: она растворяется в воде, а мел не растворяется. Поэтому мел, превращаясь в уксуснокислую известь, растворяется, становится невидимым.

Итак, выдыхаемый воздух отличается от вдыхаемого тем, что в нем много углекислого газа, а в обыкновенном воздухе его очень мало. Затем, выдыхаемый воздух более влажен. Наконец, с ним произошло и еще одно изменение, о котором я расскажу вам далее.

Как добыть углекислый газ?

Для того чтобы выгнать углекислоту из мела, можно взять не только уксус, но и всякую другую кислоту. Попробуйте собрать углекислый газ. Если у вас есть двугорлая склянка, это сделать очень легко. Через отверстие в одной из пробок двугорлой склянки просуньте кончик воронки, а через отверстие в другой пробке стеклянную изогнутую трубку, как показано на рисунке. Затем насыпьте в склянку мелких кусочков мела или яичной скорлупы и, плотно закрыв пробки, прилейте туда через воронку уксус. Сразу же после этого из мела побегут пузырьки углекислого газа. Кончик воронки должен доходить до кислоты, влитой в склянку: иначе углекислый газ будет уходить в воздух через воронку. Теперь углекислый газ пойдет по изогнутой стеклянной трубке. Подставьте под нее пузырек. Углекислый газ тяжелее воздуха и скопится на дне пузырька. Он прозрачен, и вы, разумеется, ничего не увидите в пузырьке. Но выньте из него осторожно конец трубки и налейте в него немного известковой воды. Вода сейчас же сильно помутнеет, как будто бы в нее подышали. Углекислота снова соединилась с известью, и вы снова получили углекислую известь, или мел.

Добывание углекислого газа из мела

Если вам никогда не приходилось видеть ничего подобного, то это покажется вам очень занятным. Не правда ли, странные превращения? Из твердого мела выделяется газ, которого раньше вы никак бы не могли заметить в кусочке мела. Кальций мела соединяется с кислотой, и получается совсем новое вещество. А потом углекислый газ снова соединяется с растворенной в воде известью – и снова получается твердый нерастворимый в воде мел.

Вокруг нас постоянно происходят подобные превращения. Одни вещества действуют на другие, изменяются, соединяются друг с другом или снова разделяются. На земле нет ничего постоянного, неизменчивого – все меняется. То, что мы едим, постепенно превращается в нашу кровь и тело. Мы растем и старимся. То, что растения своими корнями вбирают в себя из земли, тоже превращается в их тело. Одни растения дают начало другим. Камни на воздухе, как говорят, выветриваются: изменяются, крошатся и рассыпаются в песок. Они превращаются в глину и в другие камни. Вода, постоянно двигаясь, размывает землю: смывает горы, вымывает долины. Она постоянно испаряется, уходит в воздух и снова падает на землю в виде дождя, града и снега. Сам воздух носится вокруг земли и носит с собой облака. Он то нагревается, то снова охлаждается. Все двигается, все изменяется. И люди постоянно трудятся над тем, чтобы узнать, как происходит это вечное движение и изменение всех веществ.

Об углекислом газе и кислороде

Углекислый газ постоянно образуется в нашем теле и выходит вместе с выдыхаемым воздухом. Поэтому в воздухе, окружающем нас, всегда есть углекислый газ. Он не поддерживает жизни. В запертой комнате, в которой скопилось много народу, воздух всегда скоро портится. Там становится душно, тяжело дышать. Почему? Потому, что в такой комнате накапливается мало-помалу углекислый газ.

В обыкновенном воздухе углекислого газа очень мало. Примерно четыре части его приходится на 10 тысяч частей воздуха. Но количество его постоянно меняется. В городах, где скапливается много народа, углекислого газа больше, чем за городом. Оттого-то летом, пользуясь летними каникулами, многие уезжают за город, в деревню или на дачу, там легче дышать. Еще меньше углекислого газа высоко над землей – в горах, но всего меньше его – над морем. В воздухе над самым морем углекислого газа совсем нет. Поэтому-то так легко и дышится на море. Если в 100 частях воздуха будет только 3 части углекислого газа, то воздух становится уже удушливым и вредным для здоровья.

Дыханием мы удаляем из себя этот газ, а вместо него в нашем теле остается другой, без которого не может обойтись ни одно животное. Он называется кислородом. Пятая часть сухого воздуха состоит из него. Значит, обыкновенный воздух, которым мы дышим, состоит не из одного, а из различных газов. В нем есть кислород, есть немного углекислого газа, всегда есть водяные пары, есть, наконец, и еще многие другие газы.

Как жидкости бывают различны, так различны бывают и газы, только разница между газами не так видна, потому что ведь сами газы, о которых я говорю, не видны. Все они прозрачны, все смешиваются с воздухом. Люди долгое время не умели отделять один газ от другого, и долгое время они не знали, из каких газов состоит воздух. Только двести с небольшим лет тому назад ученым стало известно, что в обыкновенном воздухе всегда есть кислород. А между тем для нас кислород – самая важная часть воздуха. Если количество его уменьшится только на одну седьмую, то дышать таким воздухом становится уже тяжело.

Теперь вы знаете, для чего служит вдыхаемый нами воздух. Мы берем из него кислород, а взамен отдаем ему углекислоту.

Но почему же кислород не убывает в воздухе? В солнечный день сорвите свежую зеленую веточку с листьями. Привяжите к ней камешек, чтобы она тонула в воде, и опустите ее в стакан с водой. Этот стакан поставьте на солнце. Вы скоро увидите, что листья покроются пузырьками какого-то газа. Этот газ и есть кислород. Если стакан поставить в темноту, то пузырьков на листьях не появится. Стало быть, зеленые растения выделяют на свету кислород, который заменяет собой кислород, поглощаемый животными. Их зеленые части, особенно листья, покрыты множеством пор, ведущих в глубь листа или зеленой веточки. Эти поры называются устьицами. Они так малы, что их можно заметить лишь в увеличительное стекло. Из них-то и выступили пузырьки кислорода. Откуда же взялся этот кислород? Чтобы это понять, я расскажу вам кое-что про особенности этого газа.

Как добыть чистый кислород

Добыть чистый кислород нетрудно, но для этого необходимы: специальная стеклянная трубка, которая называется реторта, резиновая трубочка, которая бы плотно прилегала к горлышку реторты, перекись марганца и бертолетова соль.

Теперь остается только устроить из проволоки подставку для реторты, как показано на рисунке. Истолките мелко часть бертолетовой соли и смешайте ее с небольшим количеством перекиси марганца. Смесь насыпьте в реторту. Наденьте на кончик реторты резиновую трубку. Привязав реторту к подставке проволокой, поставьте ее на тарелку. Теперь можно зажечь маленькую лампочку и поставить ее под реторту.

Добывание кислорода

В бертолетовой соли есть кислород, как в мелу – углекислый газ. Если нагревать бертолетову соль, то кислород выходит из нее. Таким же способом и из мела можно выгнать углекислый газ, только нагревать его надо очень сильно. Из бертолетовой соли кислород выделяется гораздо легче. Таким путем можно удалить из бертолетовой соли весь ее кислород. Чтобы собрать выходящий через резиновую трубку кислород, кончик трубки опускают в таз с водой, а над трубкой опрокидывают наполненную водой банку или склянку. Перевернуть банку с водой надо так, чтобы в нее не попал воздух. Теперь пузырьки кислорода будут попадать в банку и вытеснять оттуда воду.

Чем отличается кислород от углекислоты и откуда берется он в растениях?

Посмотрим на добытый кислород. По виду он, как углекислый газ, совершенно походит на воздух. Он так же прозрачен, без запаха и без вкуса. Как его отличить от обыкновенного воздуха? Для этого приготовим сначала пробку, которой можно было бы закрыть банку с кислородом, потом спички, известковую воду, маленький уголек, надетый на железную проволоку, и, наконец, сухую тонкую лучину. Теперь перевернем вверх горлышком банку с кислородом. Прильем в нее как можно скорее немного известковой воды и быстро закроем ее снова пробкой. Известковая вода останется светлой. Значит, в банке нет углекислоты. Потом разожжем уголек и, приоткрыв пробку, опустим его на проволоке в банку. Уголек сейчас же вспыхнет таким ярким пламенем, что на него будет больно смотреть. Если вместо уголька опустить туда тлеющую лучину, то она точно так же вспыхнет белым пламенем, будто бенгальский огонь.

Кусочек угля горит в кислороде

Прежде чем уголек сгорит, вы увидите, что известковая вода сильно помутнела. Что же такое произошло? Откуда-то взялась углекислота. От нее-то и помутнела известковая вода. Уголь сгорел. От него осталось только немного золы, а в банке появилась углекислота. Откуда же она взялась? Понятно, не из наружного воздуха, потому что банка все время была закрыта. Значит, она могла произойти только из кислорода и угля. Вода в банке, проволока, стекло, пробка – все осталось таким же, как было раньше, но уголь и кислород изменились. Как известь и углекислота, соединяясь, становятся мелом, так в вашей банке соединился уголь с кислородом. Уголь вместе с кислородом образовал другое вещество: углекислый газ.

Теперь вы поймете, откуда берут растения кислород, который выходит из их устьиц. Растения вдыхают в себя из воздуха углекислый газ. Он входит в них через те же самые устьица. Внутри растений этот газ снова разделяется на углерод и кислород. Кислород выходит из растений наружу, а углерод остается в них. Но углерод – это не тот черный уголь, который используется как топливо, такого угля в растениях нет. Когда углекислый газ разделяется на углерод и кислород, то углерод внутри растений сейчас же снова соединяется с другими различными веществами, и из этих соединений строится тело растений. Этот процесс называется фотосинтезом (от греческого слова «фото», означающего «свет»). Если растение попадет в огонь, из него снова получится уголь. Сожжем этот уголь, и опять получится углекислый газ, который растение взяло из воздуха.

Надо сказать, однако, что растения все же поглощают из воздуха кислород, как и животные; но они поглощают его меньше, чем выделяют. Только в темноте зеленые растения не выделяют кислорода и не поглощают углекислого газа. Итак, вы видите, что растения выделяют кислород, нужный для животных, а животные – углекислый газ, нужный для растений. Так на земле постоянно идет круговорот: все, что растения берут из земли и воздуха, снова вернется когда-нибудь земле и воздуху. Ничего не исчезает – все, что есть, остается. Изменяются только соединения между различными веществами.

Об азоте