Madame Lelica

wetenschappelijke Les: Aarde, Water, Lucht en vuur

De Oude Grieken geloofden dat er vier elementen waren waaruit alles bestond: aarde, water, lucht en vuur. Deze theorie werd rond 450 v.Chr. gesuggereerd en werd later ondersteund en aangevuld door Aristoteles.

(Aristoteles suggereerde ook dat er een vijfde element was, aether, omdat het vreemd leek dat de sterren zouden bestaan uit aardse elementen., Hij zou verbaasd zijn om te horen dat ze in feite bestaan uit vele elementen die op aarde gevonden worden, en zo heet zijn dat men zou kunnen zeggen dat ze de hele tijd in brand staan!)

het idee dat deze vier elementen – aarde, water, lucht en vuur – alle materie vormden was de hoeksteen van filosofie, wetenschap en geneeskunde voor tweeduizend jaar (kinderen houden ervan om vragen te stellen over de elementen).

de elementen waren “zuiver” maar konden in die toestand op aarde niet worden gevonden. Elk zichtbaar ding bestond uit een combinatie van aarde, water, lucht en vuur.,

De vier elementen werden zelfs gebruikt om de vier temperamenten te beschrijven die een persoon zou kunnen hebben, en Hippocrates gebruikte de vier elementen om de vier “humoren” in het lichaam te beschrijven. Deze theorieën stelden dat de temperamenten en humoren in balans met elkaar moesten zijn om een persoon zowel mentaal als fysiek goed te laten zijn.

hoewel we nu wel weten dat deze eerdere theorieën vals zijn, komen de vier elementen in zekere zin overeen met de vier toestanden van materie waarover de moderne wetenschap overeenstemming heeft bereikt: vast (aarde), vloeibaar (water), gas (lucht) en plasma (vuur).,hoewel de Grieken geloofden dat de vier elementen onveranderlijk van aard waren, bestond alles uit verschillende elementen, die bij elkaar werden gehouden of uit elkaar werden geduwd door krachten van aantrekking en afstoting, waardoor stoffen leken te veranderen. Dit is vergelijkbaar met wat er echt gebeurt met elementen en alle moleculen op atomair niveau.

materie is alles wat massa en volume heeft en bestaat uit atomen, de kleinste deeltjes van materie. Binding vindt plaats tussen atomen om grotere moleculen te maken. (Klik hier voor meer informatie over bonding.,) Massa is hoeveel materie er in een object zit, terwijl volume is hoeveel ruimte het object in beslag neemt. Hoe atomen zijn gerangschikt in een object bepaalt of het een vast, vloeibaar, gas, of plasma.

• in een vaste stof zijn de atomen dicht bij elkaar verpakt in een geordend patroon en kunnen ze niet bewegen, waardoor een vaste stof een bepaald volume en vorm krijgt. Voorbeelden van vaste stoffen zijn rotsen, hout, metaal en ijs.
• in een vloeistof liggen de atomen dicht bij elkaar, maar kunnen ze rond elkaar bewegen. Hierdoor kan een vloeistof de vorm aannemen van de container waarin hij is geplaatst., Voorbeelden van vloeistoffen zijn water op kamertemperatuur, kwik op kamertemperatuur en hete lava (gesmolten gesteente).
• in een gas is er meer ruimte tussen atomen. De atomen kunnen zich zo vrij bewegen dat als het gas niet in een container wordt gevangen, de atomen zullen verspreiden en verspreiden door de atmosfeer. Voorbeelden van gassen zijn zuurstof en stikstof (in de lucht die we inademen), helium en stoom (waterdamp).
• in een plasma zijn de atomen op dezelfde afstand als gas, behalve dat er zoveel energie in een plasma zit, dat de atomen in kleinere stukjes worden gesplitst., Plasma ‘ s kunnen een elektrische stroom dragen en magnetische velden genereren. Voorbeelden van plasma ‘ s zijn bliksem, zonnewind, de zon, TL-lampen en neonborden.

temperatuur speelt een belangrijke rol in de manier waarop de atomen in een stof uitgelijnd zijn. Als vuistregel geldt dat hoe kouder de materie is, hoe dichter de atomen bij elkaar staan, en hoe warmer de materie is, hoe verder de atomen uit elkaar liggen. De temperatuur waarbij een stof een vaste stof of een vloeistof is, hangt natuurlijk af van de stof waaruit de stof is gemaakt., Water bij kamertemperatuur is bijvoorbeeld een vloeistof, terwijl een steen bij kamertemperatuur vast is.

wetenschapsles: de vier elementen in het dagelijks leven

eerste Element: aarde

de aarde is vol met een grote verscheidenheid aan rotsen en mineralen die de bodem voorzien van vegetatie en leven. De twee meest voorkomende elementen in de aardkorst zijn zuurstof (46%) en silicium (28%). Hierdoor is het meest voorkomende mineraal in de aardkorst silica (siliciumdioxide). Meer algemeen bekend als zand, silica is een belangrijke component van glas. Hoe kan glas gemaakt worden van zand?, Interessant is dat wanneer silica wordt verwarmd, het smelt en wordt glas, harden als het afkoelt.

rijke afzettingen van metaalerts worden gevonden in de aardkorst. Terwijl deze metalen worden gebruikt bij de productie van machines, gereedschappen, gebouwen en wapens, zijn deze metalen rechtstreeks uit de aarde vrij nutteloos. Vuur wordt gebruikt om metaal te verwarmen, te verfijnen en te vormen, zodat machines, hamers en steunbalken ervan kunnen worden gemaakt.

Het is gemakkelijk om de aarde te zien als door en door vast vuil, maar in werkelijkheid bestaat het uit meerdere lagen., Hoewel veel van deze lagen vast zijn, wordt de laag die de kern omringt de vloeibare buitenste kern genoemd. Het is zo heet in de aarde dat het gesteente op deze laag is gesmolten. De vaste binnenkern is net zo heet als de vloeibare laag eromheen, maar de druk op de binnenkern is zo groot dat wetenschappers geloven dat het tot een vaste stof wordt “geperst”.

tweede Element: Water

Water heeft vele unieke eigenschappen. De chemische formule van water is H20, wat betekent dat het is gemaakt van twee waterstofatomen gebonden aan een zuurstofatoom., De waterstofatomen hechten elk aan één zijde van het zuurstofatoom en hebben een positieve lading terwijl het zuurstofatoom een negatieve lading heeft. Dit polariseert het watermolecuul, net als een magneet, waardoor een watermolecuul positieve en negatieve uiteinden krijgt.

omdat tegengestelde ladingen elkaar aantrekken, hebben watermoleculen de neiging om aan elkaar te “plakken”. Dit geeft wateroppervlaktespanning en laat objecten, zoals paperclips, erop drijven.

hoewel het niet alles kan oplossen, staat water bekend als het universele oplosmiddel omdat het meer stoffen kan oplossen dan elke andere vloeistof., Het kan zout, suiker, zuren, logen, sommige gassen en organisch materiaal oplossen.

Water dat door uw lichaam of door de grond reist, neemt chemicaliën, mineralen en voedingsstoffen mee. Het vermogen van Water om stoffen op te lossen helpt de planeet gezond te houden. Meer dan een eeuw lang heeft de verbranding van fossiele brandstoffen grote hoeveelheden kooldioxide (CO2) in de atmosfeer gepompt. Het water in oceanen heeft ongeveer de helft van dit CO2 geabsorbeerd door het gas uit de lucht op te lossen en het te verwerken door zeevegetatie.,

Water heeft een hoge soortelijke warmte-index, wat betekent dat het veel energie kost om de temperatuur te veranderen. Dit is essentieel voor het leven om te overleven op een planeet. De overvloed aan water op aarde houdt de planeet in een zeer kort maar comfortabel temperatuurbereik. De gemiddelde oppervlaktetemperatuur van de aarde is 59 ° F met de hoogste geregistreerde temperatuur 135,9 ° F en de laagste geregistreerde temperatuur -128,6 ° F.

ter vergelijking zou het logisch zijn dat Mercurius, de planeet die het dichtst bij de zon staat, echt warm zou blijven op alle oppervlakken van de planeet, ongeacht of hij naar de zon keek of niet., Echter, terwijl het oppervlak dat naar de zon kijkt zeer warme temperaturen bereikt (tot 800 ° F), daalt het oppervlak van de zon naar een kille -280 ° F. Mercurius ‘ gebrek aan water is verantwoordelijk voor deze drastische temperatuurverandering omdat het droge materiaal waaruit het oppervlak bestaat geen warmte kan vasthouden zoals water.

om zelf te ervaren hoe goed water de temperatuur tegenhoudt van drastische schommelingen, moet u de volgende keer dat u een maritiem (nabij de oceaan) of woestijnklimaat bezoekt, letten op de verandering tussen dag-en nachttemperaturen., Je zult waarschijnlijk merken dat er weinig tot geen temperatuurverandering is in de buurt van de oceaan, terwijl er in de woestijn een significante verandering is in de temperaturen overdag en ‘ s nachts.

Deze hoge soortelijke warmte-index helpt water ook brand te blussen door de brandstofoppervlakken die het vuur brandt te koelen, waardoor de warmte die nodig is om het vuur te laten branden, wordt verwijderd. Water verstikt ook een vuur door te voorkomen dat het de zuurstof krijgt die het nodig heeft om te branden.,

derde Element: lucht

lucht werd beschouwd als een “zuiver” element, maar in feite bestaat de lucht rondom ons uit een verscheidenheid aan gassen: voornamelijk stikstof en zuurstof, met bijna 1% argon en nog kleinere hoeveelheden kooldioxide en andere elementen zoals krypton en helium. De samenstelling van lucht is echter precies goed voor het leven op aarde.

we gebruiken veel van de zuurstof die we uit de lucht krijgen en ademen dan kooldioxide uit – die planten nodig hebben om hun voedsel te produceren door middel van fotosynthese. Planten geven op hun beurt zuurstof af tijdens fotosynthese.,

hoewel lucht onzichtbaar is (en we meestal vergeten dat het er zelfs is), neemt het ruimte in beslag, heeft het volume en oefent het druk uit. Dit is te zien wanneer je een “leeg” glas neemt, het ondersteboven draait en probeert het naar beneden te duwen naar de bodem van een gootsteen vol water.

(u kunt zien hoe de lucht uitzet bij verhitting en krimpt bij afkoeling met dit ei-in-een-fles-project.)

als het glas echt leeg was, zou het water gemakkelijk de binnenkant van het glas vullen. Maar er zit lucht in, en slechts een kleine hoeveelheid water kan het glas binnendringen., De lucht in het glas werd gecomprimeerd, waardoor het water wat ruimte kreeg die eerder met lucht werd ingenomen.

Het is een goede zaak dat lucht lege ruimte vult omdat lucht om ons heen eigenlijk de hele tijd op ons drukt. We zouden instorten onder het gewicht van de lucht, maar de lucht is ook in ons en oefent druk uit die de druk van de buitenlucht in evenwicht brengt.

vierde Element: brand

Hoe werkt brand? Het is nauw verbonden met lucht. Vuur heeft drie dingen nodig om te bestaan: zuurstof, brandstof en warmte.,

de intensiteit van een vuur varieert omdat het afhankelijk is van de zuurstof, brandstof en warmte waarover het beschikt. Wanneer alle drie deze dingen zich in een gecontroleerde situatie bevinden, zoals in kaarsen of een kampvuur, worden branden als nuttig beschouwd. Maar wanneer een of meer van deze dingen niet worden gecontroleerd, zoals in een wildvuur of een brandend gebouw, kunnen branden gemakkelijk zeer gevaarlijk worden.

om een brand te blussen, moet de zuurstof, brandstof of warmte worden verwijderd. “Verstikken” een vuur door het plaatsen van een deken of vuil op het werkt omdat het vuur gaat uit zonder zuurstof., De aarde biedt een overvloed aan brandstof in de vorm van hout en fossiele brandstoffen zoals steenkool. Wanneer de brandstof wordt verwijderd, heeft het vuur niets meer te branden en wordt het gedoofd. Water dient vaak als een effectieve koelbron door het verwijderen van de warmte van een vuur. Dit wordt gezien wanneer hete lava van een uitbarstende vulkaan in de oceaan komt of wanneer een emmer water op een kampvuur wordt gedumpt.

vuur creëert licht, warmte en rook door een snelle chemische reactie die verbranding wordt genoemd. Rook is het resultaat van de onvolledige verbranding (verbranding) van een brandstof. Deeltjes die niet verbrand zijn, zweven in de lucht., Rook is vaak gevaarlijk omdat het schadelijke gassen bevat die een persoon kunnen vergiftigen die te veel rook inademt.

Het zal u misschien verbazen dat ons lichaam ook “verbranding” gebruikt om energie te produceren uit zuurstof en voedsel via metabole processen. We hebben een constante toevoer van zuurstof nodig om ons lichaam normaal te laten functioneren; als er te weinig zuurstof in de lucht is, zullen we stikken. Tegelijkertijd kunnen we dankbaar zijn dat er niet meer zuurstof in de lucht is, of de chemische reacties in ons lichaam zouden versnellen, waardoor we binnenkort “crashen en verbranden”!,

te veel zuurstof in de lucht zou ook het risico op branden op aarde verhogen. Aangezien stikstof en argon niet erg reactief zijn, is lucht vrij veilig voor ons.

wetenschappelijke projecten: verkenning van de vier elementen

Maak een brandblusser

om een brand te blussen, moet een van de drie dingen worden verwijderd: warmte, brandstof of zuurstof. Dit wetende, gebruiken brandweerlieden niet altijd water om een brand te blussen.,

wat u nodig hebt:

• lege sodafles
• 5 eetlepels azijn
• 1/2 eetlepel bakpoeder
• Theelichtkaars

wat u doet:

1. steek de kaars aan.
2. giet de azijn in de fles en voeg het zuiveringszout toe. (U kunt een trechter gebruiken.) Het mengsel moet bruisen.
3. Houd de fles zijwaarts boven de brandende kaars, zodat er geen vloeistof ontsnapt. Wat gebeurt er met de vlam?

wat gebeurde er:

het zuiveringszout en de azijn reageren om kooldioxide te maken, een gas dat zwaarder is dan zuurstof., Als het” giet ” uit de fles, duwt het de lichtere zuurstof weg van de kaars. Het vuur, nu verstoken van zuurstof, kan niet langer branden.

reizende nutriënten

Water wordt vaak het universele oplosmiddel genoemd omdat het meer stoffen kan oplossen dan welke andere vloeistof dan ook. Wanneer water door de bodem reist, reizen voedingsstoffen (voedsel) en opgeloste deeltjes met het water mee om ergens anders te worden afgezet. Hier is een experiment om visueel aan te tonen hoe dit proces gebeurt.,

wat u nodig hebt:

• 1/2 kopje droge grond
• 1/2 theelepel blauw gemalen temperaverf
• trechter
• pot met brede bek (waarin de trechter kan rusten)
• koffiefilter
• kopjes of recipiënten
• Water
• maatbekertje

wat u doet:

1. meng de droge grond en de temperaverf grondig. Plaats de trechter in de pot en plaats het koffiefilter in de trechter. Giet het grondmengsel in de trechter.
2. giet langzaam 1/2 kopje water in de trechter, terwijl het water uit de trechter in de pot loopt., Let op de kleur van het water.
3. verwijder de trechter uit de pot en giet het water in een beker of container. Vervang de trechter over de pot, met het koffiefilter vol zand nog op zijn plaats.
4. Herhaal stap 2 en 3 met een vers 1/2 kopje water meerdere malen, het water opslaan in een nieuw kopje na elk gieten.

Wat gebeurt er:

u zult merken dat wanneer het eerste half kopje water door de grond ging, het er als een zeer donkerblauwe kleur uit kwam. Echter, het water kwam lichter met elke extra kopje., Uiteindelijk kwam het water dat door de grond ging er duidelijk uit in de pot. Heb je geteld hoeveel halve kopjes water het kostte om het water helder te maken?

de tempura-verf in dit experiment vertegenwoordigt de voedingsstoffen en opgeloste deeltjes die in de bodem worden aangetroffen. Water is een zeer efficiënte transporter van deeltjes zoals blijkt uit de kleur van water zoals het werd gegoten door de bodem. De grond begon met een relatief hoge hoeveelheid voedingsstoffen en deeltjes erin-de Tempura verf., Het water dat door de grond stroomt, kon een groot deel van de “voedingsstoffen” opnemen en meevoeren door de trechter. Elke volgende gieten van water pakte meer voedingsstoffen. Bij elk gieten werden de resterende voedingsstoffen steeds minder totdat het water helder was en er geen voedingsstoffen meer over waren om met het water mee te reizen.,belangrijke wetenschapper: George Gabriel Stokes, 1819-1903 George Gabriel Stokes was een talentvol Brits wiskundige in de 19e eeuw, maar gedurende zijn carrière benadrukte hij het belang van experimenteren en het oplossen van problemen in plaats van zich uitsluitend op wiskunde te richten.door te experimenteren en wiskunde toe te passen op de natuurkunde, kwam Stokes met een wet die de beweging van een vaste stof door een vloeistof of een gas beschrijft. Bekend als de wet van Stoke, deze wet van viscositeit vestigde de wetenschap van de hydrodynamica., De wet van Stoke verklaart wolkenbeweging, golfbeweging en de weerstand van water tegen scheepsbewegingen.het grootste deel van Stoke ‘ s werk draaide om golven (geluid, licht en water) en hoe ze door verschillende media bewegen, zoals water en gas. Hij experimenteerde met hoe wind de intensiteit van een geluid beïnvloedt en hoe de intensiteit wordt beïnvloed door het type gas waar de geluidsgolven doorheen reizen. Hij noemde en verklaarde fluorescentie en onderzocht de golftheorie van licht., Hij werkte ook aan het begrijpen van de verschillende gekleurde banden die kunnen worden gezien in een spectrum en leverde belangrijke bijdragen aan wat we weten over licht en optica.Stokes wordt vaak vergeleken met Sir Isaac Newton omdat er talrijke parallellen zijn tussen Stoke ’s leven en Newton’ s leven: beide hadden baanbrekende ontdekkingen, ontwikkelden bewegingswetten, onderzochten licht en optica, bekleedden dezelfde prestigieuze Lucasian-leerstoel wiskunde aan de Universiteit van Cambridge en dienden in het Parlement.

Fabulous Facts

aarde

De meeste edelstenen bevatten verschillende elementen., De uitzondering? Diamant. Het is allemaal koolstof.

welke van de 50 staten heeft nog nooit een aardbeving gehad? North Dakota.

de equatoriale omtrek van de aarde (40.075 km) is groter dan de poolomtrek (40.008 km).

De aarde weegt naar schatting 6,6 sextillion ton, of 5,97 x 1024 kg. Om te vergelijken, een miljoen is een 1 met 6 nullen die het volgen – een sextillion is een 1 met 21 nullen die het volgen. (1,000,000,000,000,000,000,000,000)

Water

een inch regenwater komt overeen met 15 inch droge poedersneeuw.,het diepste deel van de oceaan is 10.916 meter diep en komt voor in de Marianentrog in de Stille Oceaan. Op die diepte is de druk 18.000 Pond (9172 kilogram) per vierkante inch.

het menselijk brein bestaat voor 80% uit water.

lucht

8-12 mijl boven de aarde, stromen van lucht bekend als straalstromen bewegen boven ons. Enkele mijlen breed en 1-2 mijl diep, deze stromen van lucht kan windsnelheden tot 250 mijl per uur. De sterkste orkanen daarentegen hebben windsnelheden tussen de 150-200 mijl per uur.,

vuur

een bliksemschicht is ongeveer 5.000 ° F (~2.800 °C).

het centrum van de zon is ongeveer 27 miljoen graden Fahrenheit (15 miljoen °C).

elementen gecombineerd

wanneer waterstof in de lucht brandt, wordt water gevormd.

zuurstof is het meest voorkomende element in de aardkorst, het water en de atmosfeer (ongeveer 49,5%).

geluid reist ongeveer 4 keer sneller in water dan in lucht.

Wind en water veroorzaken beide erosie van de aarde, waardoor grote hoeveelheden zand en gesteente worden verplaatst om bergen af te breken en nieuwe structuren te bouwen.,

verder lezen

• an Introduction to Light
• zonne-energie
• identificeren van stenen & mineralen