هوا برای زندگی ما ضروری است، ما همیشه آن را تنفس می کنیم تا زنده بمانیم. اما، آیا می توانیم آن را ببینیم؟ آیا می توانیم آن را بو کنیم؟ آیا می توانیم آن را حس کنیم یا لمس کنیم؟ خب نه. اما، حتی اگر هوا دیده نشود، مزه و بو نداشته باشد، یا نتوانیم آن را حس کنیم یا لمسش نکنیم، با احساس حضورش می دانیم که همه جا اطراف ماست. ما می توانیم حضور آن را زمانی که در مقابل یک هوادار نشسته ایم احساس کنیم. وقتی در یک روز بادبادک به پرواز در می آییم. هنگامی که برگ ها خش خش می کنند یا شاخه ها تکان می خورند. در واقع، هوا در همه جای زمین وجود دارد. هوا نیز در لایه سطحی زمین در خاک قرار دارد و همچنین در اطراف زمین در یک لایه هوا به نام جو قرار دارد. هوای جو زمین را از سرد شدن یا گرم شدن بیش از حد محافظت می کند، از ما در برابر نور زیاد خورشید محافظت می کند یا از ما در برابر شهاب سنگ ها محافظت می کند. جالب هست؟
در این درس می خواهیم یاد بگیریم:
از آنجایی که نمی توان آن را دید، حس کرد یا بویید، این سوال است که آیا واقعاً هوا وجود دارد یا خیر. خوب، بیایید دریابیم که چگونه می توانیم ثابت کنیم که هوا واقعا وجود دارد. ساده ترین راه، منفجر کردن یک بالون است. اگر یک بادکنک خالی بردارید، بی شکل است. وقتی بادکنک را منفجر می‌کنید، بالون منبسط می‌شود و شکلی (معمولاً گرد) به خود می‌گیرد و ما می‌توانیم فشار هوا را روی بالون احساس کنیم. بالون هر زمان که هوا را در آن دمید بزرگتر می شود، به این معنی که هوا در واقع فضا را اشغال می کند . بالون به دلیل گازها، بخار آب و سایر موادی که هوا از آن تشکیل شده است در حال انبساط است. آنها جرم هوا می دهند، بنابراین می توانیم نتیجه بگیریم که هوا دارای جرم است.
اگر هوا فضا را اشغال کند و جرم داشته باشد، می توانیم نتیجه بگیریم که هوا از ماده تشکیل شده است، زیرا قبلاً می دانیم که ماده هر ماده ای است که جرم دارد و فضا را اشغال می کند. پس بله، هوا واقعا وجود دارد!
در شرایط عادی، ماده به صورت جامد، مایع یا گاز وجود دارد. هوا یک گاز است. این مخلوط نامرئی از بسیاری از گازها و ذرات غبار است که موجودات زنده در آن زندگی و تنفس می کنند. هوا حاوی مواد مهمی مانند اکسیژن و نیتروژن است که بیشتر گونه ها برای زنده ماندن به آنها نیاز دارند. شکل و حجم نامشخصی دارد. جرم و وزن دارد. حالا بیایید از نزدیک به ترکیب هوا نگاه کنیم.
هوای جو ما از مولکول های گازهای مختلف تشکیل شده است. متداول ترین گازها نیتروژن (78%)، اکسیژن (حدود 21%) ، گازهای دیگر مانند آرگون (کمتر از 1%) و سایر گازهای کمیاب موجود در هوا مانند دی اکسید کربن، هلیوم و نئون هستند . هوا نیز حاوی بخار آب است. مقدار بخار آب بسته به مکان متفاوت است (مثلاً یک مکان گرمسیری یا یک بیابان). همچنین هوا حاوی گرد و غبار، گرده و باکتری است.
به غیر از دو خاصیت هوا یعنی اینکه هوا فضا می گیرد و جرم دارد که قبلاً در این درس به آن پرداختیم، خواص دیگری نیز برای هوا وجود دارد.
هوا از مولکول هایی تشکیل شده است که دائما در حال حرکت هستند. با گرم شدن هوا، مولکول ها شروع به ارتعاش می کنند و فضای اطراف هر مولکول افزایش می یابد. این باعث می شود هوا منبسط شود و چگالی کمتر یا سبک تر شود. یا می توانیم بگوییم که تعداد مولکول های هوا با افزایش فشار هوا، فضای بزرگ تری یا فضایی به همان اندازه را اشغال می کنند. وقتی هوا خنک شود، اثر معکوس اتفاق می افتد. با کاهش دما، مولکول ها کندتر حرکت می کنند و فضای کمتری را اشغال می کنند.
ذرات هوا در همه جهات فشار می آورند و نیرویی که وارد می شود فشار هوا نامیده می شود. در حالی که فشار هوا می تواند به فشار هوا در یک منطقه محدود (بالون یا بسکتبال) اشاره کند، فشار اتمسفر به طور خاص به فشار هوای اعمال شده توسط مولکول های هوا در بالای یک نقطه معین در جو زمین اشاره دارد. حتی اگر هوا سبک به نظر برسد، مقدار زیادی از آن در سطح زمین به پایین فشار می آورد. ما می‌توانیم فشار هوای بالایی را در سطح دریا تجربه کنیم، زیرا کل اتمسفر به ما فشار می‌آورد. فشار هوا در بالای یک کوه پایین است زیرا جو کمتری به ما فشار می آورد.
اختلاف فشار و دما باعث حرکت هوا می شود که به صورت باد تجربه می شود.
وقتی هوای اتمسفر را می گیریم و سپس آن را به صورت فیزیکی به حجم کمتری وارد می کنیم، در نتیجه مولکول ها را به یکدیگر نزدیک می کنیم، مولکول ها فضای کمتری را اشغال می کنند و هوا فشرده می شود. هوای فشرده از همان هوایی است که ما تنفس می کنیم، اما آن هوا به اندازه کوچکتر فشرده شده و تحت فشار نگه داشته می شود. فشرده سازی هوا باعث می شود مولکول ها با سرعت بیشتری حرکت کنند و این باعث افزایش دما می شود. این پدیده "گرمای فشرده سازی" نامیده می شود.
ارتفاع به معنای ارتفاع از سطح زمین یا از سطح دریا است. با افزایش ارتفاع، مقدار مولکول های گاز در هوا کاهش می یابد و هوا در مقایسه با هوای نزدیک به سطح دریا، چگالی کمتری پیدا می کند. هوا "رقیق" می شد. هوای رقیق فشار کمتری نسبت به هوای ارتفاعات پایین‌تر وارد می‌کند.
هوا از یکی از گازهای حیاتی اصلی به نام اکسیژن تشکیل شده است. موجودات زنده این هوا را به داخل و خارج می کنند. در انسان، هوا توسط ریه‌ها به داخل بدن کشیده می‌شود و برای پر کردن کیسه‌های هوایی کوچک که به سلول‌های خونی اجازه می‌دهد اکسیژن را دریافت کنند، استفاده می‌شود و سپس در سراسر سلول‌های بدن توزیع می‌شود. سپس می توان از اکسیژن برای شکستن قندها و ایجاد انرژی از طریق فرآیند تنفس سلولی استفاده کرد.
نیتروژن و دی اکسید کربن نیز گازهای دیگری هستند که برای گیاهان و رشد آنها حیاتی هستند. گیاهان برای فرآیند تولید غذا که فتوسنتز نامیده می شود به دی اکسید کربن نیاز دارند. آنها دی اکسید کربن را از هوا می گیرند و در نتیجه فتوسنتز، اکسیژن را دوباره به هوا آزاد می کنند.
احتراق یک فرآیند شیمیایی است که در آن یک ماده به سرعت با اکسیژن واکنش می دهد و گرما می دهد. اکسیژن موجود در هوا از فرآیندهای شیمیایی که در حین آتش سوزی رخ می دهد پشتیبانی می کند. هنگامی که سوخت می سوزد، با اکسیژن هوای اطراف واکنش می دهد و گرما آزاد می کند و محصولات احتراق (گازها، دود و غیره) تولید می کند.
هوا با گردش هوای سرد و گرم به حفظ دمای سطح زمین کمک می کند. هوا به عنوان رسانای گرما نیز عمل می کند.
