Особенности восприятия учебного материала у старшеклассников на уроках физики

Виктор. Если воздух из хорошо натопленной комнаты вырывается на мороз, то он резко охлаждается. Клубы пара, которые мы видим, это множество мельчайших капелек. Количество сконденсировавшейся при этом воды в единице объема равно разности абсолютных влажностей при комнатной температуре и при температуре воздуха на улице. Чем морознее день, тем плотнее туман.

Алиса. Есть такое понятие относительная влажность. Она показывает отношение фактического количества водяного пара к тому количеству, которое необходимо для его насыщения при данной температуре. Степень близости воздуха к насыщению говорит о его сухости или сырости. Для образования тумана кроме насыщенного водяного пара и быстрого понижения температуры необходимо еще одно условие. В воздухе должно содержаться достаточное количество взвешенных или ионизированных частиц. При относительной влажности воздуха, близкой к 100%, на этих частичках, или пылинках, начинается конденсация. Обычно в кубическом сантиметре воздуха содержится от сотен до сотен тысяч таких микроскопических частиц, которые называют ядрами конденсации. Особенно много их в больших индустриальных центрах, и вероятность образования тумана там значительно выше, чем на окраинах.

Задача 4. Что такое насыщенный пар?

Алиса. Если пар содержит достаточное количество капелек в единице объема, то пар называют насыщенным.

Борис. Чтобы говорить о насыщенном паре, рассмотрим, что происходит на поверхности воды. Внешне поверхность выглядит спокойной, но в действительности более быстрые молекулы, преодолев притяжение со стороны других молекул, выскакивают из воды и образуют пар над водной поверхностью. Мы называем это испарением воды. Молекулы водяного пара сталкиваются друг с другом и с молекулами воздуха, часть молекул пара переходит обратно в жидкость. Это конденсация пара. При данной температуре устанавливается своеобразное равновесие (его называют динамическим), когда число молекул воды, покидающих за единицу времени жидкость, в среднем равно числу молекул воды, возвращающихся за то же время обратно. Можно сказать, что процессы испарения и конденсации взаимно компенсируются. Водяной пар, находящийся в этом случае над поверхностью воды, называют насыщенным.

Виктор. Хочу добавить, что существует понятие точка росы. Это такая температура, при которой пар, содержащийся в воздухе, оказывается насыщенным.

Задача 5. Когда и где образуется туман?

Виктор. Все знают, что туман часто образуется в низинах, оврагах, болотистых местах, где воздух достаточно влажный. Возникает он и над поверхностью воды (морские, озерные, речные туманы). Туман может образоваться утром, но может и вечером после захода солнца. Иногда туман не прекращается целые сутки.

Алиса. Кроме водяных туманов, бывают еще ледяные. Они состоят из мельчайших ледяных кристалликов, имеющих форму столбиков. Число кристаллов в кубическом сантиметре ледяного тумана обычно меньше ста. Поэтому ледяные туманы, как правило, не бывают густыми. При умеренных морозах обычно образуются капельно-жидкие переохлажденные туманы. При температуре ниже 20 °С преобладают ледяные туманы. Они хорошо знакомы жителям Сибири и Аляски.

Борис. Туманы часто наблюдают жители больших городов. В Лондоне, Париже, Лос-Анджелесе, Токио слово туман связывают со страшным словом смог.

Задача 6. Каков размер капелек в тумане?

Борис. Размеры капелек зависят от расстояния до земли. Чем тяжелее капельки (следовательно, больше по размеру), тем ниже они располагаются.

Виктор. Капельки различны по диаметру примерно от 0,5 до 100 мкм. В обычном тумане диаметр водяных капелек в основном около 10 мкм.

Алиса. Если в тумане преобладают очень мелкие капельки (диаметром менее 1 мкм), то такой туман называют дымкой. Если же капли тумана относительно велики (около 100 мкм), то это так называемая морось. Количество капелек в 1 см3 тумана от нескольких сотен до нескольких тысяч.

Задача 7. Много ли воды в тумане?

Виктор. Общая масса всех водяных капелек в единице объема тумана называется водностью тумана. эта величина измеряется в единицах плотности, чаще всего в г/м3. Водность тумана обычно не превышает 0,1 г/м3, но может достигать 1 г/м3. Эти числа кажутся очень малыми, ведь собрав воедино все капельки из тумана, занимающего объем 1000 м3 и имеющего водность 0,1 г/м3, мы получим всего полстакана воды (100 г) и едва сможем утолить жажду. Поэтому кажется удивительным, как быстро намокает одежда у того, кто окунулся в промозглую сырость тумана.

Борис. Все это так, но даже в обычном воздухе, например при температуре 40 °С, в одном кубометре может содержаться 0,2 г влаги, а при +40 °С почти в 250 раз больше! Рассмотрим слой тумана толщиной 10 м, висящий над полем площадью 5 км2. Объем такого туманного слоя равен 5 • 107 м3. При водности тумана 0,1 г/м3 в нем содержится 5 • 103 л воды. Этого вполне достаточно для подпитки растений рассматриваемого поля.

Алиса. То, что туманы и росы существенный источник влаги, необходимой растениям, хорошо известно крестьянам. Разумеется, они не производили расчетов, просто знали это из собственного опыта. Недаром сказка «Король Туманной горы», заканчивается так:...И не было больше удачи этим людям. Каждое лето засуха причиняла им большой урон, хлеба и травы погибали, потому что по ночам не опускался над ними освежающий туман.