Текст книги "Все обо всем. Том 1"

Что такое дым?

Дым – это результат неполного сгорания отдельных видов топлива. Это означает, что, если бы все топливо сгорало полностью, дыма не было бы вообще.

Большинство видов топлива состоит из углерода, водорода, кислорода, азота, небольшого количества серы и минеральной золы. Если бы все это сгорало полностью, продуктами отходов являлись бы двуокись углерода, водяные пары и свободный азот, и все они безвредны. При наличии в топливе серы, также остается незначительное количество двуокиси серы. Когда она соединяется с воздухом и влагой, образуется кислота, подвергающая металл коррозии.

Для полного сгорания топлива необходимо достаточное количество кислорода для окисления при высокой температуре. Этого сложно достичь, особенно с твердым топливом, и в результате появляется дым.

Антрацит и кокс сгорают без дыма, так как они не содержат летучих веществ.

Битумные угли разлагаются при низких температурах, при этом выделяются газы и деготь. Соединяясь с пылью и золой, они образуют дым.

Воздух в любом городе полон взвешенных твердых частиц, но не все они являются дымом. В дыме могут содержаться пыль, частички растительности и другие вещества. Под влиянием сил гравитации они постепенно опускаются вниз. В небольших городах или пригородах от 70 до 90 тонн этих частичек оседает на каждом квадратном километре ежегодно. А в больших промышленных городах эта цифра может быть в 10 раз больше!

Дым может наделать много вреда. Он приносит ущерб здоровью, строениям, растительности. В больших городах дым препятствует прохождению солнечного света, особенно ультрафиолетовых лучей, очень важных для здоровья человека.

Если бы ветер не разгонял дым, туман стоял бы в городах целый день. Там, где часты дымные туманы, повышается смертность от легочных и сердечных заболеваний.

Особенно опасно влияние дыма на растительность. Он мешает «дыханию» растений и лишает их солнечного света. Зачастую кислоты, содержащиеся в дыме, непосредственно убивают растения!

В настоящее время во многих городах проводится активная борьба с дымом и его вредными воздействиями.

Что такое смог?

В Англии значительные усилия были направлены на борьбу с дымом, особенно с тем, который идет из бытовых котельных и фабричных труб. В некоторых местностях угольные котельные запрещены.

В некоторых городах смесь различных промышленных газов, выпускаемых в атмосферу, образует туман, который называют «смог». При попадании в легкие он вызывает кашель. При наличии в смоге отдельных газов и мельчайших частиц такой смог становится ядовитым.

Итак, пыль присутствует в воздухе постоянно. Пыль – это мельчайшие частицы, которые находятся в воздухе во взвешенном состоянии. Пыль образуется при эрозии почвы, при извержении вулканов, от выхлопных газов и отходов промышленного производства. Последнее можно наблюдать, когда смотришь на дымящие фабричные трубы.

Трудно представить себе объем пыли, находящейся в воздухе. Полагают, что ежегодно над территорией США находится около 39 000 000 тонн пыли! 28 000 000 тонн из этой массы приходится на пыль из естественных источников, следовательно, около 11 000 000 тонн пыли – это результат деятельности человека!

Естественно, больше всего пыли в промышленных городах. Например, вот сколько пыли оседает на каждом квадратном километре в крупных городах США: Детройт – 65 тонны, Нью-Йорк – 55 тонн, Чикаго – 55 тонн, Питсбург – 42 тонны, Лос-Анджелес – 30 тонн. В городе с наличием большого количества промышленных предприятий ежемесячно может выпадать до 180 тонн пыли.

Это очень серьезная проблема для здоровья человека, поэтому многие города проводят активные мероприятия по сокращению загрязнения воздуха. Оборудование, выделяющее много пыли, оборудуется пылеуловителями. Используются также вентиляционные системы и электрические приборы. В некоторых случаях используют влажное бурение и водяное опрыскивание. Однако проблема опасного загрязнения воздуха – проблема смога – еще не решена.

Что такое газ?

Много веков тому назад в местечке Дельфы в Греции один пастух заметил, что из земли что-то выделялось такое, что заставляло овец вести себя странно, а люди от этого пьянели, речь их путалась. Греки решили, что это был дух какого-то бога, и построили на этом месте храм. «Дух» этот был природным газом.

Сегодня известны три вида газов: природный газ, каменноугольный газ и водяной газ. Месторождения газа расположены во многих районах Земли. Он концентрируется в подземных хранилищах, которые образовались в результате формирования земной коры. Длинные газопроводы переносят газ под давлением в города на расстояния в тысячи километров, где он в основном используется, на металлургических заводах и электростанциях.

Каменноугольный газ получают из измельченного угля, который разогревают в больших вакуумных установках. Когда температура разогрева достигает определенного уровня, уголь начинает плавиться, и выделяется газ, который выводится по трубам.

Газ собирается в большую емкость, где он очищается от примесей. Затем его пропускают по охлаждающим трубам и направляют в «очиститель», где удаляются оставшиеся примеси. И, наконец, очищенный газ через счетчик, который определяет его количество, поступает в емкости-хранилища, откуда уже по трубопроводам он доходит до жилых домов и предприятий.

Густой черный битум, образующийся при очистке газа, содержит много ценных продуктов, которые используются в производстве духов, красителей лекарств и масел. Вещество, которое остается в газовой печи, называется «кокс».

В настоящее время газ практически не используют для освещения. Более 80% получаемого газа используется при приготовлении пищи и отопления жилых помещений и промышленных предприятий. Газ относится к чистым видам топлива, поэтому он очень широко используется. Он легко управляем, не требует расходов на складирование и уничтожение отходов сгорания.

Сейчас при обжаривании зерен кофе, приготовлении пищи, выпечке хлеба мы пользуемся газом. Есть даже холодильники, работающие на газовом топливе. В современных прачечных для получения пара также применяется газ. Использование газового топлива – это один из способов обеспечения относительной чистоты воздуха в городах.

Что такое гелий?

Открытие гелия похоже на научный детектив! В 1886 году английский ученый сэр Норман Локиер с помощью прибора «спектроскопа» изучал Солнце. Этот прибор позволяет выявлять наличие отдельных элементов, так как каждому химическому элементу соответствует определенная линия спектра.

В спектре появилась неизвестна линия, и она могла соответствовать только новому элементу, неизвестному до сих пор на Земле! Новый элемент назвали «гелий» – от греческого слова «Гелиос», что значит Солнце.

Затем ученые принялись искать этот элемент на Земле. Со временем в результате многих экспериментов обнаружилось, что в нашей атмосфере присутствует гелий. Но его количество столь мало, что на 247 350 кубических метра воздуха приходится всего лишь один кубический метр гелия!

В результате других опытов было определено, что гелий выделяется из радия и что при выделении различных частиц образуются так называемые «альфа-частицы» – атомы гелия, имеющие большую скорость движения.

Гелий оказался очень полезным газом. Он очень легок и обладает большой подъемной силой. Так как он не огнеопасен, его очень выгодно использовать в дирижаблях, как военных, так и гражданских, в метеорологических зондах и т д.

Понимая значение гелия, правительство США занялось поисками естественных источников гелия. В некоторых районах США, например в штатах Техас, Нью-Мексико и Канзас, добывают природный газ. Оказалось, что этот газ содержит 1-2% гелия.

Так как не было других источников для производства гелия, США являются единственной страной в мире, которая имеет достаточно гелия! Вначале стоимость одного кубометра этого газа составляла 70 000 долларов, сегодня эта цена во много раз меньше.

А тебе известно, что гелий используется и в медицине? Он помогает больным астмой. Кроме того, водолазам и работающим на больших глубинах, дают дыхательную смесь, состоящую из гелия и кислорода, чтобы избежать заболевания «кессонной болезнью»!

Какой величины атом?

Давай начнем с того, что наши знания об атоме сегодня могут завтра измениться. С появлением синхрофазотронов ученые постоянно получают все больше информации об атоме.

Интересно, что слово «атом» в греческом языке означал «неделимый». Древние греки считали атом мельчайшей составной частью любой материи.

Сегодня открыто более 20 различных частиц, составляющих атом! Как считают ученые, атом состоит из электронов, протонов, нейтронов, позитронов, нейтрино, мезонов и гиперонов. Электроны – это отрицательно заряженные частицы. Протон, который примерно в 1836 раз тяжелее электрона, заряжен положительно. Более тяжелая частица, нейтрон, нейтрален. Позитрон, примерно равный электрону, также заряжен положительно. Нейтрино примерно в две тысячи раз меньше электрона и не имеет заряда. Мезоны могут быть заряжены положительно или отрицательно. Гипероны больше протонов.

Каким образом все эти частицы, или заряды, располагаются все вместе, до сих пор неизвестно. Из таких атомов состоят различные химические элементы. Некоторые различаются весом, поэтому химические элементы объединяют по атомному весу. Например, водород имеет номер 1 в такой таблице, а железо – номер 55. Это значит, что атом железа в 55 раз тяжелее атома водорода. Однако их вес чрезвычайно мал. Один атом водорода весит всего одну миллион-миллион-миллион-миллионную долю грамма! Чтобы представить, насколько малы атомы, подумай, сколько содержится атомов в одном грамме водорода – это цифра «шесть» с 23 нулями. Если начать их пересчитывать – по одному в секунду – потребуется десять тысяч миллион-миллионов лет, чтобы пересчитать все атомы в одном грамме водорода!

Что такое атомная энергия?

Атомная энергия – это энергия, получаемая из атома. Каждый атом состоит из частичек энергии. Эта энергия объединяет все частицы атома вместе. Поэтому в атомной энергии ядро атома является источником энергии. Эта энергия выделяется при расщеплении атома.

В действительности существует два способа получения энергии из атома. Первый – это реакция синтеза, другой – реакция деления. При реакции синтеза два атома сливаются вместе и образуют единый атом. При соединении атомов выделяется огромная энергия в виде тепла. Большая часть солнечной энергии получается в результате реакции синтеза, происходящей на Солнце. Это один из видов атомной энергии.

Второй способ – это реакция деления, или расщепления. Расщепление происходит при делении одного атома на два. Это происходит при бомбардировке атомов частицами атомов, например нейтронами (он входит в состав атома).

Не всякая бомбардировка атома приводит к его расщеплению. Большинство атомов расщепить невозможно. Но атомы урана и плутония при соответствующих условиях распадаются.

Один из видов урана – уран-235 (его еще называют изотоп урана) при бомбардировке нейтронами расщепляется на две части. Ты можешь себе представить, сколько при этом выделяется энергии? Один килограмм урана-235 выделяет в миллион раз больше энергии, чем выделяется при сгорании одного килограмма угля. Небольшой кусочек урана может обеспечить работу целого океанского корабля, самолета или генератора. Как видишь, атомная энергия может служить основным источником энергии для человечества в будущем.

Что такое радий?

Радий – это радиоактивный элемент. Давай рассмотрим, что такое «радиоактивный».

Все химические элементы состоят из атомов. Большинство атомов стабильно, что означает, что они неизменны. Но некоторые из самых тяжелых атомов распадаются и превращаются в другие. Такой распад называется «радиоактивностью».

Каждый радиоактивный элемент при распаде испускает определенные лучи с какой-то частотой. Эту частоту невозможно ни ускорить, ни замедлить никаким способом. Некоторые элементы распадаются быстро, другие медленно, но в любом случае это явление не подвластно человеку.

Радий при распаде образует в конечном итоге свинец. Например, полграмма радия превратится в атомы другого вещества с меньшим атомным весом за 1590 лет. Еще через 1590 лет произойдет превращение оставшегося радия, и так до тех пор, пока весь радий не станет свинцом.

Радий был открыт супругами Кюри. Они производили очистку тонны уранита – руды, содержащей уран. Было известно, что уран испускает невидимые лучи, но они считали, что должен существовать еще один более мощный элемент. Вначале удалось получить полоний, еще один радиоактивный элемент, и наконец они выделили радий.

Радий выделяет три вида излучений – альфа-, бета – и гамма-лучи. Альфа-излучение – это частицы гелия, имеющие большую скорость. Бета-излучение – это быстрые электроны. Гамма-излучение похоже на рентгеновские лучи, но обладает большей проникающей силой. При испускании одного из этих излучений атом, который является его источником, превращается в другой элемент. Такое изменение называется «атомным превращением».

Почему радиоактивность опасна для человека? Представь себе эти летящие частички разрушенных атомов. Когда эти частички ударяют по другим атомам, они заставляют их разрушаться, изменяя их химические характеристики. А когда эти частички попадают в живые клетки организма, они приводят к их изменениям! Они могут прожечь и уничтожить кожный покров, уничтожить красные кровяные тела, а также вызвать изменения в других клетках.

Следовательно, радиоактивность может быть как полезной, так и опасной для человека.

Что такое рентгеновские лучи?

Рентгеновские лучи были открыты в 1895 году в Германии Вильгельмом Рентгеном, в честь которого и названы.

Это лучи, наподобие световых, обладают проникающей способностью. Они отличаются от световых лучей длиной волн и энергией. Самая короткая длина волны из рентгеновской трубки составляет от одной пятнадцатитысячной до одной миллионной от длины волны зеленого цвета. Из-за очень маленькой длины волн рентгеновские лучи проникают сквозь материалы, непреодолимые для света. Чем короче длина волны, тем выше проникающая способность этих волн.

Рентгеновская трубка испускает рентгеновские лучи. Из трубки выкачивают воздух до одной сто миллионной первоначального объема. В стеклянной трубке находятся два электрода. Один называется «катод», он заряжен отрицательно. В нем расположена вольфрамовая катушка провода, которая при нагревании электрическим током испускает электроны. Другой электрод – это «мишень», или «анод».

Электроны с огромной скоростью движутся от катода к мишени. Они бомбардируют мишень со скоростью от 100 000 до 325 000 мм/сек.

Мишень состоит из вольфрама и позволяет практически мгновенно остановить электроны. Почти вся энергия электронов превращается в тепло, но некоторые превращаются в рентгеновское излучение, которое выходит через окно в основании трубки в виде рентгеновских лучей.

Ты видел, как делают рентгеновский снимок костей человеческого тела? Рентгеновский снимок – это изображение тени. Рентгеновские лучи проходят сквозь исследуемый участок тела и переносят на пленку тени исследуемого предмета. На обе стороны пленки наносится светочувствительная эмульсия. После съемки ее проявляют как обычную фотопленку. Кости и другие предметы, не пропускающие лучи, выглядят на пленке темнее.

В настоящее время рентгеновские лучи широко используются в медицине, науке и промышленности, оказывая большую помощь человеку.

Что такое космические лучи?

Ты, конечно, читал, что запускаемый спутник оснащен различной исследовательской и научной аппаратурой. А ты заметил, что почти всегда на них устанавливаются приборы, исследующие и обнаруживающие космические лучи? Эти лучи все еще представляют для нас загадку!

Около 60 лет назад ученые обнаружили странное явление. Оказалось, что образцы воздуха в закрытом контейнере обладают незначительной электропроводностью. Даже если контейнер покрывался толстым защитным слоем, происходило то же самое. Это означало, что в контейнер попадала неведомая радиация, имеющая огромную проникающую силу!

Что это за загадочная радиация? Было проведено множество опытов, чтобы получить ответ. Вначале убедились, что она не земного происхождения, так как она существует и над морем. Эта радиация существует днем и ночью, поэтому она не исходит от Солнца. При подъеме на воздушном шаре эту радиацию регистрировали повсюду и в космосе – отсюда и название «космическая», что означает повсеместная.

Что же собой представляют космические лучи? Это частицы атомов. Они путешествуют вне земной атмосферы со скоростью, близкой к световой. Некоторые из них проникают в земную атмосферу.

Эти частички атомов называют «первичные космические лучи». Они сталкиваются с атомами воздуха. В результате создаются новые частицы, которые движутся в том же направлении с огромными скоростями, как и первичные частицы. Эти новые частицы называют «вторичными космическими лучами». Они в свою очередь сталкиваются с другими атомами и создают новые частицы. Таким образом, настоящий ливень радиации бомбардирует Землю. Один протон, пришедший из космоса, создает такое излучение, которого достаточно для того, чтобы покрыть 90 кв. метров.

Насколько нам известно, космические лучи, бомбардирующие поверхность Земли, безвредны, так как их воздействие в течение миллиардов лет не оказало отрицательного влияния на жизнь на Земле.

Науке до сих пор неизвестно, откуда исходят космические лучи, но мы надеемся, что, исследуя космос, мы постепенно решим эту проблему.

Как образуются миражи.

Представим себе путешественника в пустыне, который умирает от жажды. Он смотрит вдаль и видит озеро с чистой водой в окружении густой растительности. Он бросается вперед, но видение пропадает, а вокруг ничего, кроме горячего песка.

Озеро, которое он видел на расстоянии, не что иное, как мираж. Откуда он взялся? Мираж – это шутка природы, явление, появляющееся при определенных атмосферных условиях. Во-первых, следует понять, что мы видим объекты, так как свет отражается от них и попадает нам в глаза.

Обычно эти лучи попадают нам в глаза по прямой. Поэтому, когда мы смотрим вдаль, мы видим только те предметы, которые находятся над линией горизонта.

А сейчас мы подошли к тем трюкам, которые проделывает атмосфера с лучами света. В пустыне существует слой плотного воздуха над поверхностью земли, который может играть роль зеркала. Объект может находиться за пределами нашей видимости или за горизонтом. Но когда лучи света от него попадают на такой слой плотного воздуха, они отражаются нам в глаза. Мы «видим» этот объект, как если бы он находился над горизонтом или в зоне нашей видимости. Мы «видим» предмет, который в действительности нам невидим! Отражение неба в таком «воздушном зеркале» можно принять за озеро. Так появляется мираж.

В жаркий день, приближаясь к вершине холма, нам кажется, что дорога впереди мокрая. Это тоже мираж! Ты видишь световые лучи, падающие с неба и преломленные горячим воздухом над земной поверхностью. А кажется, что ты видишь саму дорогу.

Миражи можно увидеть и в море, когда в небе появляется изображение кораблей! В этом случае все объясняется наличием холодного воздуха над поверхностью воды и слоя теплого воздуха над ним. Корабли, находящиеся за горизонтом, становятся «видимыми», так как лучи света, идущие от них, отражаются от слоя теплого воздуха, и мы видим корабли в воздухе!

Одним из самых известных мест, где можно увидеть красивые миражи, является Сицилия. Город Мессина отражается в небе, и призрачные замки как бы плывут в воздухе. Итальянцы называют это Фата Моргана в честь Морганы Ле Фей – злой колдуньи, вызывавшей эти миражи.

Что такое свет?

Без света мы не смогли бы видеть окружающий нас мир, и тем не менее нам не известно точно, что же такое свет!

Мы знаем, что свет – это одна из форм энергии. Можно измерить его скорость и мы знаем его характеристики. Нам также известно, что белый цвет – это не отдельный цвет, это соединение всех цветов. Это называется «спектр».

Мы знаем, что цвет – это не сам объект, а лучи света, которые от него исходят. Зеленая бумага выглядит зеленой, потому что она поглощает все другие цвета, кроме зеленого, который и воспринимает наш глаз. Синее стекло пропускает только синий цвет, все остальные поглощаются им.

Солнечный свет – это энергия. Тепло солнечных лучей, сфокусированных линзой, превращается в огонь. Свет и тепло отражаются белыми поверхностями и поглощаются черными. Вот почему белая одежда холоднее черной.

Какова же природа света? Первым, кто попытался серьезно заняться изучением света, был Исаак Ньютон. Он считал, что свет состоит из корпускул, которые наподобие пуль выстреливаются источником света. Но некоторые характеристики света не могли быть объяснимы этой теорией.

Другой ученый, Гюйгенс, предложил другое объяснение природы света. Он разработал «волновую» теорию света. Он считал, что свет образует импульсы, или волны, наподобие того, как камень, брошенный в пруд, создает волны.

Почти 150 лет ученые спорили, является ли свет волнами или корпускулами. Большинство ученых приняло волновую теорию. Но затем последовал новые открытия, которые поставили под сомнение эту теорию.

Каких взглядов сегодня придерживаются ученые на происхождение света? В настоящее время считается, что световые волны имеют характерные особенности и частиц и волн одновременно. Проводятся опыты, подтверждающие обе теории. Пока нет ответа на вопрос, что же такое свет.