Применение информации из текста и имеющихся знаний

Вода является жизненно важным веществом. На рисунке показано, как объём воды фиксированной массы изменяется от -20 °С до 100 °С. Лёд медленно расширяется, пока не достигнет 0 °С, и затем тает. Объём воды при 0 °С составляет 10/11 объёма льда при 0 °С, и этот объём продолжает уменьшаться, пока не достигается температура 4 °С.

После этого объём воды увеличивается при нагревании до температуры 100 °С, но неравномерно. Однако объём воды и при 100 °С всё же меньше объёма льда при 0 °С. При 100 °С вода превращается в пар, и её объём при атмосферном давлении увеличивается в 1650 раз.

Можно заметить, что вода имеет минимальный объём и максимальную плотность при 4 °С. Это устраивает и конькобежцев, и живое подо льдом. Лёд, будучи менее плотным, чем вода, формируется на её поверхности. Поскольку лёд — плохой проводник тепла, он предохраняет воду под ним. Животный и растительный мир подо льдом выигрывает, так как температура на дне глубокого водоёма, скорее всего, не упадёт ниже 4 °С. Как только достигается эта температура, ослабляются конвекционные потоки, связанные с охлаждением (конвекционные потоки возникают вследствие как охлаждения, так и нагревания).

Возможный ответ: Нет, не промерзают. Благодаря явлению аномального расширения воды лёд образуется на поверхности водоёма, оставляя остальную воду жидкой.

Плотность атмосферы меняется с высотой — у поверхности Земли она наивысшая, с поднятием вверх уменьшается. Так, на высоте 5,5 км плотность атмосферы в 2 раза, а на высоте 11 км — в 4 раза меньше, чем в приземном слое. В зависимости от плотности, состава и свойств газов атмосферу разделяют на пять концентрических слоев (см. рис.).

Нижний слой называют тропосферой. Её верхняя граница проходит на высоте 8-10 км на полюсах и 16-18 км — на экваторе. В тропосфере содержится до 80% всей массы атмосферы и почти весь водяной пар. Температура воздуха в тропосфере с высотой понижается на 0,6 °С через каждые 100 м и у верхней её границы составляет -45 55 °С. Воздух в тропосфере постоянно перемешивается, перемещается в разных направлениях. Только здесь наблюдаются туманы, дожди, снегопады, грозы, бури и другие погодные явления. Средняя плотность воздуха в тропосфере примерно равна 1,29 кг/м3.

Выше расположена стратосфера, которая простирается до высоты 50—55 км. Плотность воздуха и давление в стратосфере незначительны. Разреженный воздух состоит из тех же газов, что и в тропосфере, но в нём больше озона. Наибольшая концентрация озона наблюдается на высоте 15-30 км. Температура в стратосфере повышается с высотой и на верхней границе её достигает 0 °С и выше. Это объясняется тем, что озон поглощает коротковолновую часть солнечной энергии, в результате чего воздух нагревается.

Над стратосферой лежит мезосфера, простирающаяся до высоты 80 км. В ней температура вновь понижается и достигает -90 °С. Плотность воздуха там в 200 раз меньше, чем у поверхности Земли.

На промышленных предприятиях широко используется электрическая очистка газов от твёрдых примесей. Действие электрофильтра основано на применении коронного разряда. Можно проделать следующий опыт: сосуд, наполненный дымом, внезапно делается прозрачным, если в него внести острые металлические электроды, разноименно заряженные от электрической машины.

Простейший электрофильтр состоит из стеклянной трубки, внутри которой содержатся два электрода (металлический цилиндр и натянутая по его оси тонкая металлическая проволока). Электроды подсоединены к электрической машине. Если продувать через трубку струю дыма или пыли и привести в действие машину, то при некотором напряжении, достаточном для зажигания коронного разряда, выходящая струя воздуха становится чистой и прозрачной. Объясняется это тем, что при зажигании коронного разряда воздух внутри трубки сильно ионизуется. Ионы газа прилипают к частицам пыли и тем самым заряжают их. Заряженные частицы под действием электрического поля движутся к электродам и оседают на них.

От дугового разряда происходит испускание ультрафиолетового излучения вредного для зрения

Гидросфера — совокупность всех вод Земли: материковых, океанических и атмосферных. Распределение водных масс в гидросфере Земли показано в таблице. Возникновение воды на Земле обычно связывают с конденсацией водяных паров вулканических извержений, происходивших с начала формирования планеты. Доказательством наличия воды в геологическом прошлом являются осадочные горные породы, имеющие горизонтальную слоистость, которая отражает неравномерное осаждение минеральных частиц в водной среде. В естественных условиях вода встречается в трёх агрегатных состояниях.

Вода — универсальный растворитель, она растворяет соли и прочие вещества больше, чем любое другое вещество. Вода способствует окислению почти всех металлов и разрушает даже самые стойкие горные породы. Вода обладает большой удельной теплоёмкостью, т. е. способностью поглощать большое количество теплоты и сравнительно мало при этом нагреваться. Это свойство чрезвычайно важно, так как вода стабилизирует климат планеты. Процессы, где участвует вода, чрезвычайно многогранны: фотосинтез растений и дыхание организмов, деятельность растений и организмов.

Мировой океан — единая непрерывная водная оболочка Земли, которая включает океаны и моря. Сегодня выделяют пять океанов. Согласно международной классификации, насчитывается 54 моря, среди которых выделяют внутренние и окраинные. Благодаря большой массе Мировой океан оказывает большое влияние на тепловой режим земной поверхности, выполняя функцию планетарного терморегулятора. Помимо водорода и кислорода в морской воде содержатся 81 из 92 встречающихся в естественных условиях элементов.

Радиоуглеродный анализ — это метод радиоизотопной датировки, приме­няемый для определения возраста биологических останков, предметов и мате­риалов биологического происхождения путём измерения содержания в материале радиоактивного изотопа ¹⁴С по отношению к стабильным изотопам углерода.

Углерод, являющийся одной из основных составляющих биологических организмов, присутствует в земной атмосфере в виде нескольких изотопов.

Изотоп ¹⁴С радиоактивен, он постоянно образуется в основном в верхних слоях атмосферы на высоте 12-15 км и подвержен β-распаду с периодом полурас­пада Т_1/2 = 5730 лет.

Соотношение радиоактивного и стабильных изотопов углерода в атмосфере и в биосфере сохраняется примерно одинаковым из-за активного перемешивания атмосферы, поскольку все живые организмы постоянно участвуют в углеродном обмене, получая углерод из окружающей среды. С гибелью организма углерод­ный обмен прекращается. После этого стабильные изотопы сохраняются, а радиоактивный (¹⁴С) постепенно распадается, в результате его содержание в остан­ках постепенно уменьшается. Определив текущее соотношение изотопов в биологическом материале, можно установить время, прошедшее с момента гибе­ли организма.

Для определения возраста из фрагмента исследуемого образца выделяется углерод (путём сжигания предварительно очищенного фрагмента). Для выделен­ного углерода производится измерение радиоактивности, на основании этого определяется соотношение изотопов, которое и показывает возраст образца.

Измерение возраста предмета радиоуглеродным методом возможно только тогда, когда соотношение изотопов в образце не было нарушено за время его существования, то есть образец не был загрязнён углеродосодержащими материалами более позднего или более раннего происхождения, радиоактивными вещест­вами и не подвергался действию сильных источников радиации.

Содержание изотопа ¹⁴С в атмосфере зависит от многих факторов, таких как:

• интенсивность космических лучей и активность Солнца;

• вулканическая деятельность (углерод, содержащийся в вулканических вы­ бросах, «древний», практически не содержащий ¹⁴С);

• проведение атмосферных ядерных испытаний, создавших в 1950-х — 60-х годах существенный выброс радиоуглерода в атмосферу (бомбовый эффект);

• сжигание большого количества ископаемых топлив (углерод, содержащийся в нефти, природном газе и угле — «древний», практически не содержа­щий ¹⁴С).

Определение возраста таких загрязнённых образцов может дать огромные ошибки.

Погрешность метода радиоуглеродного анализа при использовании незагрязнённых образцов в настоящее время находится в пределах от 70 до 300 лет.

Возможный ответ: Нет. Образцы последних 200 лет сильно загрязнены изотопами углерода из-за сжигания топлива и атомных взрывов. Будут большие погрешности.

Главный параметр, по которому проводится классификация астероидов, — размеры небесного тела. Астероидами считаются тела с диаметром более 30 м. Те­ла меньшего размера называют метеорными телами (метеороидами).

В настоящий момент в Солнечной системе найдены сотни тысяч астероидов. Большинство известных на данный момент астероидов находятся в области Глав­ного пояса астероидов, который расположен между орбитами Марса и Юпитера.

Самым крупным астероидом в Солнечной системе считается Церера, имеющая размеры приблизительно 975 х 909 км. Два других крупнейших астероида — Паллада и Веста — имеют диаметр примерно 500 км каждый. Общая масса всех астероидов составляет 3,3 • 10²¹ кг, это около 4% от массы Луны. Масса Цереры— 9,5 • 10²⁰кг.

Несмотря на то что Земля значительно больше всех известных астероидов, столкновение с телом размером более 3 км может привести к уничтожению цивилизации. Столкновение с телом меньшего размера, но более 50 метров в диаметре, может привести к многочисленным жертвам и гигантском экономическому ущербу. Частота столкновений Земли с астероидами диаметром свыше 1 км — примерно 1 раз в 500 тысяч лет, с объектом типа Тунгусского метеорита (диаметр около 50 м) — 1 раз в 500-1000 лет.

Чем больше и тяжелее астероид, тем большую опасность он представляет, однако и обнаружить его в этом случае гораздо легче. Наиболее опасным на дан­ный момент считается астероид Апофис диаметром около 300 м, при столкнове­нии с которым может быть уничтожена целая страна.

1 мегатонна (Мт) тринитротолуола (тнт) = 4,184 • 10¹⁵ Дж.

Защита от астероидов включает в себя ряд действий, с помощью которых можно изменить траекторию околоземных объектов и предотвратить вероятное катастрофическое столкновение или разрушить объект — фрагментировать. То­гда его обломки измельчаются и расходятся так, что либо проходят мимо Земли, либо сгорают в её атмосфере.

Возможный ответ:

1) отклонять траектории астероидов, чтобы не произошло столкновения;

) разрушать их, чтобы мелкие обломки сгорали в атмосфере Земли.

Алессандро Вольта, профессор Тессинского университета в Италии заметил одну незначительную деталь опытов с «животным электричеством», на которую не обратил внимания сам Гальвани: когда к лягушке присоединяли провода из разнородных металлов, мышечные сокращения становились сильнее.

Вольта предположил, что два металла, разделенные телом, в котором много воды, хорошо проводящей электрический ток, рождают свою собственную электрическую силу.

Решающий эксперимент Вольта провел... на самом себе. «Я накладываю на глазное яблоко конец оловянного листочка, беру в рот серебряную монету или ложку и затем привожу обе эти обкладки в соприкосновение при помощи двух металлических острий — описывал Вольта свой оригинальный физический опыт. — Это оказывается достаточным, чтобы тотчас же или каждый раз, как производится соприкосновение, получить явление света или преходящей молнии в глазу».

20 марта 1800 года в письме к сэру Джозефу Бэнксу, президенту Лондонского Королевского общества, Вольта подробно расскажет об изобретенном им новом источнике электричества: «...я взял несколько дюжин круглых медных пластинок, а еще лучше серебряных диаметром примерно в один дюйм и такое же количество оловянных или лучше цинковых пластинок. Затем из пористого материала, который может впитывать и удерживать много влаги (картон, кожа), я вырезал достаточное количество кружков.

Все эти пластинки я расположил таким образом, что металлы накладывались друг на друга всегда в одном и том же порядке и что каждая пара пластинок отделялась от следующей влажным кружком из картона или кожи...».

Электрохимические батареи, которые сначала все называли «вольтовыми столбами», начали свое победное шествие по земному шару. Из лабораторий ученых они сейчас проникли всюду, путешествуя в самые отдаленные уголки земли.

Металлическое покрытие отработанных и выброшенных батареек разрушается, тяжелые ме­таллы просачиваются в грунтовые воды и почву. Как следствие, отравляются животные и рас­тения.

Радиолокация - метод обнаружения и определения местонахождения объектов посредством радиоволн. Эти волны излучаются радиолокационной станцией, отражаются от объекта и возвращаются на станцию, которая анализирует их, чтобы точно определить место, где находится объект.

Принцип работы радиолокационных средств состоит в том, что радиолокационный передатчик пускает мощный луч, который фокусируется большой антенной. Антенна направляет луч в сторону изучаемого объекта. Радиоволны отражаются всеми объектами, которые создают при этом эхо-сигналы, аналогичные звуковым эхо. Когда луч радиолокатора встречает на своем пути какой-либо объект - самолет, корабль, айсберг, стаю птиц или даже облако, - он отражается от объекта в широком диапазоне углов. Часть волновой энергии попадает на приемник радиолокатора, принося с собой информацию о положении объекта.

Передающее устройство радиолокационной системы (РЛС) излучает энергию не непрерывно, а кратковременно, строго периодически повторяющимися импульсами, в паузах между которыми происходит приём отражённых импульсов приёмным устройством той же РЛС. Таким образом, импульсная работа РЛС даёт возможность

S = ct/2, где S - расстояние до объекта, t - время распространения радиоимпульса к объекту и обратно, с = 3 • 10⁸ м/с

Волны излучаются радиолокационной станцией, отражаются от объекта и возвраща­ются на станцию, которая анализирует их, чтобы точно определить место, где нахо­дится объект

Период полураспада — время, в течение которого распадается половина ядер атомов данного изотопа. Обозначается буквой Т_1/2. Закон радиоактивного распада является общим для всех радиоактивных изотопов: количество нераспавшихся радиоактивных атомов в любой момент времени пропорционально их начальному количеству; чем больше Т_1/2, тем медленнее идёт распад. Для данного изотопа за 1 с распадается одно и то же количество атомов независимо от количе­ства радиоактивных атомов. Свойства некоторых радиоактивных изотопов при­ведены в таблице.

Применение радиоактивных изотопов («меченых атомов») в медицине явля­ется одним из наиболее выдающихся достижений XX века.

Радиоактивные изотопы вводят в организм человека в крайне малых коли­чествах, безопасных для здоровья. Выбираются изотопы с малым периодом полу­распада, чтобы сократить время действия радиоактивного излучения на организм человека. Кровью они неравномерно распределяются по всему организму. Излу­чение, возникающее при распаде изотопов, регистрируют приборами (специаль­ными счётчиками частиц или фотокамерами), расположенными вблизи тела че­ловека. В результате можно получить изображение какого-либо внутреннего органа с указанием распределения в нём радиоактивных изотопов. По этому изо­бражению можно судить о размерах и форме данного органа, о повышенной или пониженной концентрации изотопа в различных его частях. Можно также оце­нить функциональное состояние (т. е. работу) внутренних органов по скорости накопления и выведения ими радиоизотопов.

С помощью метода радиоактивных изотопов исследуют также различные отклонения в работе системы кровообращения, обнаруживают опухоли (посколь­ку именно в них накапливаются некоторые радиоизотопы). Благодаря этому ме­тоду было обнаружено, что за сравнительно короткое время организм человека почти полностью обновляется.

В медицине радиоактивные изотопы используются не только для диагно­стики, но и для лечения некоторых заболеваний, например, раковых опухолей, базедовой болезни и др.

недостаточный или избыточный нагрев зоны сварки

По физическим характеристикам большие планеты разделяются на две группы. Одну из них — планеты земной группы — составляют Земля и сходные с ней Меркурий, Венера и Марс. Во вторую входят планеты-гиганты: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Разделение планет на группы прослеживается по нескольким характеристикам (масса, давление, вращение), но наиболее чётко — по плотности. Планеты, принадлежащие к одной и той же группе, по плотности различаются между собой незначительно, в то время как средняя плотность планет земной группы примерно в 5 раз больше средней плотности планет-гигантов (см. табл.).

Малая плотность планет-гигантов (у Сатурна она меньше плотности воды) объясняется тем, что они состоят в основном из водорода и гелия, которые находятся преимущественно в газообразном и жидком состояниях. Атмосферы этих планет содержат также метан и аммиак.

Предполагают, что по мере приближения к центру планет-гигантов водород вследствие возрастания давления должен переходить из газообразного в газожидкое состояние, при котором сосуществуют его газообразная и жидкая фазы. В центре Юпитера давление в миллионы раз превышает атмосферное давление, существующее на Земле, и водород приобретает свойства, характерные для металлов. В недрах Юпитера металлический водород вместе с силикатами и металлами образует ядро, которое по размерам примерно в 1,5 раза, а по массе в 10-15 раз превосходит Землю.