Vitenskap Leksjon: Jord, Vann, Luft og Ild
De gamle Grekerne trodde at det var fire elementer som alt var bygd opp av: jord, vann, luft og ild. Denne teorien ble foreslått ca 450 F.KR., og det ble senere støttet og lagt til av Aristoteles.
(Aristoteles foreslo også at det ble et femte element, aether, fordi det virket rart at stjernene ville bli satt ut av jordiske elementer., Han ville bli overrasket over å vite at de er faktisk består av mange elementer som finnes på jorden, og så varme at de kan sies å være på brann hele tiden!)
ideen om at disse fire elementene – jord, vann, luft og ild – laget opp alle spørsmål var hjørnesteinen i filosofi, vitenskap og medisin for to tusen år (barn elsker å stille spørsmål på elementer).
elementene var «ren», men kunne ikke bli funnet i den stat på jorden. Alle synlige ting var bygd opp av en kombinasjon av jord, vann, luft og ild.,
De fire elementene ble også brukt til å beskrev fire temperamenter en person kan ha, og Hippokrates brukte fire elementer for å beskrive de fire «humors» som finnes i kroppen. Disse teoriene uttalt at gemytt og humors som trengs for å være i balanse med hverandre for at en person skal være godt både mentalt og fysisk.
Mens vi vet nå at disse tidligere teorier er falske, på en måte de fire elementene ikke er i overensstemmelse med de fire statene saken som moderne vitenskap har blitt enige om: solid (jorden), væske (vann), gass (luft) og plasma (brann).,
Selv om Grekerne trodde at de fire elementene var uendret i naturen, alt var bygd opp av ulike elementer, som ble holdt sammen eller skjøvet fra hverandre med krefter av tiltrekning og frastøting, forårsaker stoffer som skal vises for å endre. Dette er omtrent hva skjer egentlig med elementer og alle molekyler i en atom-nivå.
Saken er noe som har masse og volum, og er bygd opp av atomer, som er den minste partikler. Binding oppstår blant atomer for å gjøre større molekyler. (Klikk her for å lære mer om bonding.,) Masse er hvor mye saken er på et objekt, mens volumet er hvor mye plass objektet tar opp. Hvordan atomene er ordnet i et objekt avgjør om det er et fast stoff, væske, gass eller plasma.
- I en solid, atomene er pakket tett sammen i et ordnet mønster og ikke kan bevege seg, noe som gir en solid en bestemt volum og form. Eksempler på faste stoffer inkluderer stein -, tre -, metall -, og is.
- I en væske, atomer er tett sammen, men kan bevege seg rundt hverandre. Dette gir en væske til å ta form av hva beholder det er plassert i., Eksempler på væsker inkluderer romtemperatur vann, romtemperatur kvikksølv, og varm lava (smeltet stein).
- I en gass, det er mer plass mellom atomer. Atomene kan bevege seg så fritt som om gassen er ikke fanget i en container, atomene vil bre om seg og spre seg over hele atmosfæren. Eksempler på gasser oksygen og nitrogen (i luften vi puster), helium, og steam (vanndamp).
- I plasma, atomene er fordelt på samme måte til gass uten at det er så mye energi i plasma, at atomer faktisk delt i mindre biter., Plasmaer er i stand til å bære en elektrisk strøm og genererer magnetiske felt. Eksempler på plasmaer inkluderer lyn -, sol-vind -, sol, fluorescerende lys, og neon-skilt.
Temperaturen spiller en viktig rolle i hvordan atomer er justert i et stoff. Som en generell tommelfingerregel, kaldere saken er, jo nærmere atomer er i forhold til hverandre, og de varmere saken er, jo lenger atomer er fra hverandre. Selvfølgelig, den temperaturen som et spørsmål er en fast eller en flytende avhenger av hvilket stoff saken er laget av., For eksempel, vann ved romtemperatur er en væske mens en stein ved romtemperatur er solid.
Vitenskap Leksjon: De Fire Elementene i Hverdagen
Første Element: Jord
jorden er full av et bredt utvalg av bergarter og mineraler som gir jord for å vokse vegetasjon og støtte liv. De to mest vanlige grunnstoffene i jordskorpen er oksygen (46%) og silisium (28%). På grunn av dette, den mest rikelig mineral i jordskorpen er silisium (silicon dioxide). Mer kjent som sand, silisium er en viktig komponent av glass. Hvordan kan glasset være laget av sand?, Det er interessant, når silica er oppvarmet, det smelter og blir glass, herding som den kjøler.
Rike forekomster av metall malm finnes i hele jordskorpen. Mens disse metallene er brukt i produksjonen av maskiner, verktøy, bygninger og våpen, rett ut av jorden disse metallene er ganske ubrukelig. Brann brukes til å varme opp, avgrense, og forme metall, slik at maskiner, hammere, og bjelker kan være laget av det.
Det er lett å tenke på jorden som blir solid skitt gjennom og gjennom, men det er i virkeligheten består av flere lag., Mens mange av disse lagene er solid, laget som omgir kjernen kalles flytende ytre kjerne. Det er så varmt inne i jorden som den rock på dette laget som faktisk har smeltet. Solid indre kjerne er like varmt som væske lag rundt det, men trykket på den indre kjernen er så stor at forskere mener det er «presset» inn i en solid.
Andre Element: Vann
Vann har mange unike egenskaper. Den kjemiske formelen for vann er H20, noe som betyr at den er laget av to hydrogen atomer bundet til ett oksygen atom., Hydrogen atomer hver fest til den ene siden av oksygen atom og har en positiv ladning, mens oksygen atom har en negativ ladning. Dette polarizes vann molekylet, mye som en magnet, noe som gir en vann molekylet positive og negative ender.
Siden motsatte ladninger tiltrekker, vann molekyler har en tendens til å «holde» sammen. Dette gir vann overflatespenning og lar objekter, for eksempel binderser, å flyte på det.
Mens det ikke kan oppløse alt, vannet er kjent som det middelet som løser alt, fordi det kan oppløse flere stoffer enn noen annen væske., Det kan løse opp salt, sukker, syrer, alkalier, noen gasser, og organisk materiale.
Vann reiser gjennom kroppen, eller gjennom bakken tar kjemikalier, mineraler og næringsstoffer med det. Vannets evne til å løse opp stoffer som bidrar til å holde den sunn planet. For mer enn et århundre, brenning av fossilt brensel, har pumpes store mengder karbondioksid (CO2) i atmosfæren. Vannet i havet har absorbert om lag halvparten av denne CO2 ved oppløsning av gass fra luften og behandling det ved havet vegetasjon.,
Vann har en høy spesifikk varme indeks, noe som betyr at det tar mye energi til å endre sin temperatur. Dette er avgjørende for livet for å overleve på en planet. Overflod av vann på jorden holder planeten i en svært kort, men behagelig temperatur. Den gjennomsnittlige overflatetemperaturen på jorden er 59 ° F med den høyeste registrerte temperaturen 135.9 ° C, og den laveste som er registrert temperatur -128.6 ° F.
for Å sammenligne, ville det virke logisk at Kvikksølv, som er den nærmeste planeten til solen, ville bli veldig varm på alle overflater av planeten, uansett om det var vendt mot solen eller ikke., Men, mens den flaten som vender mot solen gjør nå svært varme temperaturer (opp til 800 ° F), den overflaten som vender vekk fra solen synker til et kjølig -280 ° F. Kvikksølv er mangel på vann er ansvarlig for denne drastiske temperaturen endres fordi tørt materiale som gjør opp overflaten ikke kan holde på varmen som vann gjør.
for Å oppleve selv hvor godt vannet holder en temperatur fra drastiske svingninger, ta hensyn til endringen mellom dagtid og nattestid temperaturer neste gang du besøker en maritim (nær havet) eller ørken klima., Du vil sannsynligvis legge merke til at det er liten eller ingen temperaturendring i nærheten av havet, mens i ørkenen, så det er en betydelig endring i dagtid og nattestid temperaturer.
Dette høy spesifikk varme indeks hjelper også vann sette ut brann ved kjøling brensel overflater som brann, fjerne varmen som trengs for brann å brenne. Vann også kveler en brann ved å hindre den fra å få oksygenet den trenger å brenne.,
Tredje Element: Air
Air ble betraktet som en «ren» element, men faktum er at luften at alt rundt oss er bygd opp av en rekke gasser: først og fremst nitrogen og oksygen, med nesten 1% argon og selv mindre mengder av karbondioksid og andre elementer som krypton og helium. Sammensetningen av luften er akkurat riktig for livet på Jorden, skjønt.
Vi bruker mye oksygen som vi får fra luften, og deretter puste ut karbondioksid – som planter trenger for å lage sin mat gjennom fotosyntesen. Planter i sin tur avgir oksygen under fotosyntesen.,
Selv om luft er usynlige (og mesteparten av tiden vi glemmer at den er der), det tar opp plass, den har volum, og det utøver press. Dette kan sees når du tar en «tom» glass, snu den opp ned, og prøve å presse det ned til bunnen av en vask full av vann.
(Du kan se hvordan luften utvider seg når den varmes opp og krymper når avkjølt med denne egg-i-en-flaske prosjektet.)
Hvis glasset var virkelig tom, vann lett ville fylle innsiden av glasset. Men luften er i det, og bare en liten mengde vann kan komme inn i glasset., Luft i glasset var komprimert, noe som gir vannet noen plass som tidligere var okkupert med luft.
Det er en god ting at luften fyller tomrom fordi luften rundt oss faktisk presser ned på oss hele tiden. Vi ville bryte sammen under vekten av luften, bortsett fra air er også inne i oss, og utøver press som balanserer ut trykket som utøves av luft utenfra.
Fjerde Element: Ild
Hvordan gjør brann arbeid? Det er nært knyttet til luft. Brann trenger tre ting for å eksistere: oksygen, drivstoff og varme.,
intensiteten av en brann varierer fordi det er avhengig av oksygen, drivstoff og varme tilgjengelig. Når alle disse tre tingene er i en kontrollert situasjon, for eksempel i lys eller et bål, branner er ansett som nyttig. Men når en eller flere av disse tingene er ikke kontrollert, for eksempel i en skogbrann eller en brennende bygning, branner kan lett bli svært farlig.
for Å slukke en brann, oksygen, drivstoff, varme eller må fjernes. «Smothering» en brann ved å plassere et teppe eller smuss på det fungerer fordi brann går ut uten oksygen., Jorden gir en overflod av drivstoff i form av ved og fossilt brensel som kull. Når drivstoffet er fjernet, brann har ingenting igjen for å brenne og er slukket. Vann ofte fungerer som en effektiv kjøling kilde ved å fjerne varmen fra en brann. Dette er sett når varm lava fra et utbrudd vulkan går over havet eller når en bøtte med vann dumpes på et bål.
Brann skaper lys, varme og røyk av en rask kjemisk reaksjon som kalles forbrenning. Røyk er et resultat av ufullstendig forbrenning (brenning) av drivstoff. Partikler som ikke ble brent bli suspendert i luften., Røyk er ofte farlig, fordi den inneholder skadelige gasser som kan forgifte en person som puster for mye røyk.
Du kan bli overrasket over å vite at kroppen vår bruker også «forbrenning» til å produsere energi fra oksygen og mat gjennom metabolske prosesser. Vi trenger en jevn tilførsel av oksygen for å holde kroppen fungerer normalt, hvis det er for lite oksygen i luften, vi vil kveles. På samme tid, kan vi være takknemlig for det er ikke mer oksygen i luften, eller de kjemiske reaksjonene i kroppen vår vil øke hastigheten, noe som fører oss til å snart «krasje og brenne»!,
For mye oksygen i luft vil også øke risikoen for brann på jorden. Siden nitrogen og argon er ikke svært reaktive, air er ganske trygt for oss.
Vitenskap Prosjekter: å Utforske De Fire Elementene
Gjør et Brannslukningsapparat
for å slukke en brann, en av tre ting må bli fjernet fra det: varme, brensel, eller oksygen. Å vite dette, brannmenn ikke alltid bruke vann til å slukke en brann.,
dette Trenger Du:
- Tom brus flaske
- 5 spiseskjeer eddik
- 1/2 spiseskje natron
- Kaffe lys stearinlys
Hva Du Gjør:
- tenne stearinlys.
- Hell eddik i flasken og legg natron. (Du kan gjerne bruke en trakt.) Blandingen skal bruse.
- Hold flasken sidelengs over tente stearinlys, noe som gjør at ingen væske rømming. Hva skjer flammen?
Hva Skjedde:
natron og eddik reagere for å gjøre karbondioksid er en gass som er tyngre enn oksygen., Som det «strømmer» ut av flasken, den skyver lettere oksygen bort fra lyset. Brannen, som nå er fratatt oksygen, kan ikke lenger brenne.
Reiser Næringsstoffer
Vann er ofte kalt den Universelle Solvent fordi det kan oppløse flere stoffer enn noen annen væske, ofte bærer disse oppløste partikler med det. Når vannet reiser gjennom jord, næringsstoffer (mat) og oppløste partikler reise med vann for å bli satt et annet sted. Her er et eksperiment for å visuelt vise hvordan denne prosessen skjer.,
dette Trenger Du:
- 1/2 kopp tørr jord
- 1/2 ts blå pulverisert tempera maling
- Trakt
- Bredt munn jar (at trakten kan hvile i)
- Kaffe filter
- Kopper eller beholdere
- Vann
- målebeger
Hva Du Gjør:
- Bland det tørre jord-og tempera maling grundig. Sett trakten i glasset og plasser kaffefilter i trakten. Hell jord blandingen inn i trakten.
- Sakte hell 1/2 kopp vann i trakten, ser vann som renner ut av trakten ned i glasset., Legg merke til fargen på vannet.
- Fjern trakten fra glasset og hell vann i en kopp eller container. Sett trakten over glasset, med kaffe filter full av sand fortsatt på plass.
- Gjenta steg 2 og 3 med en frisk 1/2 kopp vann flere ganger, lagre vann i en ny kopp etter hvert helle.
Hva Skjer:
Du vil legge merke til at når først en halv kopp vann gikk gjennom jorda, det kom ut som en veldig mørk blå farge. Imidlertid, vannet kom ut lettere med hver ekstra cup., Til slutt, vann reiser gjennom jord kom ut klar i glasset. Gjorde du telle hvor mange halve kopper vann det tok for å gjøre vannet renne klare?
tempura maling i dette eksperimentet representerer næringsstoffer og oppløste partikler som finnes i jordsmonnet. Vann er en svært effektiv transporter av partikler, noe som gjenspeiles av fargen på vannet som var strømmet gjennom jord. Jordsmonnet i gang med en relativt høy mengde av næringsstoffer og partikler i det – tempura maling., Vannet som strømmer gjennom jord var i stand til å plukke opp en stor andel av «næringsstoffer» og bære dem med det gjennom trakten. Hver påfølgende helle av vann plukket opp mer næringsstoffer. Med hver helle, de resterende næringsstoffer ble mindre og mindre, inntil vannet rant klar og det var ikke mer næringsstoffer til venstre for å reise med vann.,
Bemerkelsesverdig Forsker: George Gabriel Stokes, 1819-1903
George Gabriel Stokes var en dyktig Britisk matematiker i det 19. Århundre, men gjennom hele hans karriere, og han understreket viktigheten av eksperimentering og problemløsning heller enn å fokusere på matematikk.
Ved å eksperimentere og å anvende matematikk til å fysikk, Stokes kom opp med en lov som beskriver bevegelsen av en solid gjennom en væske eller en gass. Kjent som Stoke ‘ s Lov, denne lov av viskositet etablert vitenskap hydrodynamikk., Stoke ‘ s Lov forklarer cloud bevegelse, bølgebevegelser, og motstanden av vann til skipet bevegelse.
de Fleste av Stoke ‘ s work revolved rundt bølger (lyd, lys, og vann) og hvordan de beveger seg gjennom ulike medier, som for eksempel vann og gass. Han eksperimenterte med hvordan vinden påvirker intensiteten av en lyd, og hvor intensiteten er påvirket av hvilken type gass lydbølger reise gjennom. Han heter og forklarte fluorescens og undersøkt bølger av lys., Han jobbet også forstå ulike fargede bånd som kan sees i et spektrum og gitt betydelige bidrag til hva vi vet om lys og optikk.
Stokes er ofte i forhold til Sir Isaac Newton, fordi det er mange paralleller mellom Stoke ‘ s liv og Newtons liv: begge hadde gjennombrudd funn, utviklet lover om bevegelse, undersøkt lys og optikk, holdt den samme prestisjetunge Lucasian Styreleder i Matematikk ved Universitetet i Cambridge, og serveres i Stortinget.
Fantastiske Fakta
Jord
de Fleste edelstener inneholde flere elementer., Unntak? Diamant. Det er alt karbon.
Som av 50 stater har aldri hatt et jordskjelv? Nord-Dakota.
Jordens ekvator omkrets (40,075 km) er større enn dens polar omkrets (40,008 km).
Jord er estimert til å veie 6.6 sextillion tonn, eller 5.97 x 1024 kg. For å sammenligne, en million er en 1 med 6 nuller etter det – en sextillion er en 1 med 21 nuller etter det. (1,000,000,000,000,000,000,000)
Vann
En tomme av regnvann er tilsvarende 15 cm tørr, pulveraktig snø.,
Den dypeste delen av havet er 35,813 fot (10,916 meter) dyp og oppstår i marianergropen i Stillehavet. På den dybden trykket er av 18 000 pund (9172 kg) per kvadrattomme.
Den menneskelige hjerne er 80% vann.
Air
8-12 km over jorden, elver av luft kjent som jet strømmer flytte over oss. Flere km bredt og 1-2 km dyp, disse strømmer av luft kan ha vindhastigheter så høy som 250 miles per time. Til kontrast, den sterkeste orkaner har vindhastigheter mellom 150-200 km per time.,
Brann
Et lyn er om lag 5000 °F (~2,800 °C).
The center of the Sun er om lag 27 millioner grader Fahrenheit (15 millioner °C).
– Elementer kombinert
Når hydrogen brenner i luft, vann dannes.
Oksygen er den mest vanlige element i jordskorpen, vann og atmosfære (ca 49.5%).
Lyd reiser ca 4 ganger raskere i vann enn i luft.
Vind og vann både føre til erosjon til jorden, flytte store mengder sand og stein til å rive ned fjell og bygge nye strukturer.,
Mer å Lese
- En Introduksjon til Lys
- Solenergi
- Identifisere Bergarter & Mineraler