L’aria è un miscuglio di diversi gas mescolati fra loro. aria.pdf · L’escursione termica...
31
Transcript of L’aria è un miscuglio di diversi gas mescolati fra loro. aria.pdf · L’escursione termica...
L’aria è un miscuglio di diversi gas mescolati fra loro. La composizione dell'aria è la seguente: - 78% di azoto molecolare (N2) - 21% di ossigeno molecolare (O2) - 0.03% di anidride carbonica (CO2) - 0.97% costituito da altri gas, definiti gas nobili, come elio, argon.
Questo grafico a torta, ci
permetterà di parlare della
quantità relativa di ogni gas
in termini di spicchi della
torta anche se non abbiamo
ancora introdotto il concetto
di percentuale.
L'azoto molecolare (si scrive N2 perché è composto
di due atomi di azoto) è incolore, inodore, insapore e
inerte e costituisce il 78% dell'atmosfera terrestre. E’
il gas maggiormente rappresentato.
L’ossigeno molecolare (O2, anche questa molecola
è composto di due atomi uguali) è l’elemento che
permette la vita sulla terra agli animali. Le piante con
la fotosintesi clorofilliana producono ossigeno, gli
animali e le piante stesse ne hanno bisogno per
respirare e produrre energia.
L’anidride carbonica (CO2, ossia formata da un
atomo di carbonio e due di ossigeno) è prodotta con
la respirazione. Piante, animali e attività dell’uomo
producono CO2 che, a concentrazioni superiori allo
0.03%, diventa tossica.
L’atmosfera è il sottile involucro gassoso che avvolge il nostro pianeta.
Svolge una funzione protettiva nei confronti degli esseri viventi poiché fa da
schermo, tramite uno strato di ozono, alle radiazioni ultraviolette che provengono
dal Sole.
Difende la Terra e quindi i viventi dalla “pioggia quotidiana di corpi solidi” (meteoriti)
provenienti dallo spazio che, per attrito con i gas atmosferici, si disintegrano prima
di raggiungere il suolo.
Mantiene la temperatura media dell’aria in prossimità del suolo a +15°C. Se non ci
fosse l’atmosfera, sulla Terra si passerebbe da temperature bassissime di notte a
temperature altissime di giorno.
Permette la propagazione di suoni e rumori. Dove non c’è aria, non c’è rumore,
perché le onde sonore non possono propagarsi nel vuoto.
L’Atmosfera circonda e protegge la Terra
L’Atmosfera: l’aria e i suoi movimenti
1. Le proprietà fisiche dell’aria
2. La temperatura dell’aria e l’effetto serra
3. La pressione, le carte del tempo e i venti
Le proprietà fisiche dell’atmosfera
Il termine atmosfera (dal greco
ἀτμός - atmòs - "vapore" e
σφαῖρα - sphàira - "sfera")
rappresenta l'insieme dei gas che
circondano un corpo celeste, le
cui molecole sono trattenute dalla
forza di gravità del corpo stesso.
L'atmosfera terrestre non è un
"involucro" omogeneo e per
questo viene suddivisa in vari
strati che presentano
caratteristiche diverse.
Gli strati dell'atmosfera terrestre,
partendo dal suolo, sono cinque:
troposfera, stratosfera
(contenente l'ozonosfera),
mesosfera, termosfera, esosfera,
mentre in buona parte della
mesosfera e termosfera è
compresa la cosiddetta ionosfera.
La troposfera è lo strato in cui viviamo e nel quale si verificano i
fenomeni atmosferici.
E’ spessa 12 chilometri.
Ogni 100m la temperatura scende di 0,5°C
La statosfera è lo strato tra i 10 e i 50 chilometri dal suolo.
E’ lo strato dove c’è l’ozono e dove tutti gli altri gas sono rarefatti. La
temperatura prima diminuisce, poi subisce un aumento, dovuto alla
presenza di uno strato di ozono (ozonosfera), che blocca le
radiazioni ultraviolette dei raggi solari generando calore.
La mesosfera è lo strato compreso tra circa 45 e 80 chilometri di
altezza. E’ lo stato in cui si incendiano le meteore e si disintegrano.
La temperatura è molto bassa.
La termosfera o ionosfera è lo strato compreso tra circa 80 e 640
chilometri di altezza. La temperatura di questo strato tende a salire
rispetto agli strati sottostanti. L’aria è colpita da raggi UV e X
provenienti dal sole e le molecole vengono ionizzate. Questo strato
permette le trasmissioni radio: alcuni tipi di onde vengono sparate
verso questo strato che le riflette e le rimanda su ricevitori molto
lontani. Al di sopra dei 500 km le particelle cariche elettricamente
sono piuttosto stabili e risentono del campo magnetico terrestre. Qui
inizia la magnetosfera in cui hanno luogo le aurore polari.
L’esosfera è la parte esterna, non ha uno spessore definito e sfuma
nello lo spazio interplanetario. La temperatura è circa 700°C.
La Temperaura dell’aria e l’effetto serra
La temperatura dell’aria dipende innanzitutto dall’altitudine:
poiché l’aria si scalda dal basso, più ci si allontana dalla
superficie terrestre, più la temperatura scende.
La diminuzione di
temperatura in rapporto
all’altitudine è detto
gradiente termico verticale.
Cavazzuti, Gandola, Odone ,Terra, Acqua, Aria Zanichelli 2014
La temperatura dell’aria dipende dall’altitudine e da altri fattori geografici
Cavazzuti, Gandola, Odone ,Terra, Acqua, Aria Zanichelli 2014
A parità di altitudine la
temperatura dell’aria diminuisce
con l’aumentare della distanza
dall’Equatore. Un altro fattore
che influenza la temperatura
dell’aria è la distribuzione delle
terre emerse e delle masse
d’acqua dolce e marina.
La temperatura locale dell’aria varia sia nel corso della giornata sia nel corso dei mesi
In prossimità del suolo la temperatura dell’aria subisce
notevoli variazioni giornaliere regolari dovute al variare
dell’altezza del Sole sull’orizzonte.
La differenza tra la temperatura massima e la minima
registrate in uno stesso giorno è chiamata escursione
termica diurna. L’escursione termica riferita ad un anno è
detta escursione termica annua.
Cavazzuti, Gandola, Odone ,Terra, Acqua, Aria Zanichelli 2014
Cavazzuti, Gandola, Odone ,Terra, Acqua, Aria Zanichelli 2014
I gas serra contribuiscono a regolare la temperatura
sulla terra
L’equilibrio tra i livelli di anidride carbonica, di vapore acqueo e
degli ossidi di azoto dipende da processi naturali di riciclaggio
di sostanze come il carbonio, l’azoto e l’acqua.
Tuttavia, negli ultimi due secoli l’immissione di anidride
carbonica è aumentata enormemente a causa dei processi di
combustione dovuti alle attività umane. Tra le conseguenze di
questo riscaldamento globale o global warming si prevedono
importanti cambiamenti climatici e la parziale fusione dei
ghiacci delle calotte polari.
Cavazzuti, Gandola, Odone ,Terra, Acqua, Aria Zanichelli 2014
Pressione, carte del tempo e venti
L’aria che costituisce l’atmosfera ha un certo peso e, quindi, esercita sulla
superficie terrestre una pressione detta pressione atmosferica.
Nel 1643 Evangelista Torricelli osservò sperimentalmente che la pressione
dell’aria è equivalente a quella esercitata da un colonnina di mercurio con
sezione di un centimetro quadrato e alta 760 mm. Questo valore (760mHg) è
chiamato atmosfera (atm).
Ogni punto della superficie terrestre è sottoposto a una pressione che dipende
dal peso della colonna d’aria sovrastante; pertanto la pressione atmosferica
varia con l’altitudine.
La densità dell’aria dipende dalla temperatura. L’aria calda, a parità di volume,
pesa meno dell’aria fredda ed esercita una pressione minore sulla superficie
terrestre.
Il grado di umidità dell’aria è in stretta relazione con la sua pressione. L’aria
umida è più leggera dell’aria secca perché il vapore acqueo è più leggero sia
dell’azoto sia dell’ossigeno. Cavazzuti, Gandola, Odone ,Terra, Acqua, Aria Zanichelli 2014
L’atmosfera è la sede dei fenomeni meteorologici da cui
dipendono le variazioni climatiche del nostro pianeta.
Quando l'aria viene riscaldata aumenta di volume e la pressione
diminuisce.
Questo dimostra che a parità di volume l'aria calda, essendo meno
densa, è più leggera della stessa aria non riscaldata.
Se una zona della superficie terrestre viene riscaldata dai raggi
solari, si crea una bassa pressione.
In quella zona di bassa pressione l'aria calda che si espande,
essendo più leggera di quella circostante, tende a salire verso l'alto.
In altre parole, in quel posto si genera un vortice di aria calda che va
verso l'alto, che attira per compenso l'aria circostante.
In questo modo si forma il vento.
Poiché l'atmosfera terrestre non viene riscaldata uniformemente in tutti i
suoi punti (a causa della sua forma sferica e per i moti di rotazione e
rivoluzione della Terra), sia al suolo che in alta quota avvengono continui
spostamenti di masse d'aria.
Questi spostamenti
riferiti al suolo o a basse quote
si definiscono "venti“
riferiti ad alte quote
si chiamano "correnti"
Le carte del tempo si costruiscono in base ai valori delle pressioni atmosferiche
La meteorologia è la scienza che studia i processi che hanno
luogo nell’atmosfera e le loro influenze sul clima. Per ottenere
un riscontro visivo si costruiscono le carte del tempo.
Unendo tutti i punti che
presentano la stessa
pressione atmosferica si
ottengono delle linee curve
chiuse, concentriche dette
isobare.
Cavazzuti, Gandola, Odone ,Terra, Acqua, Aria Zanichelli 2014
I movimenti delle masse d’aria sono dovuti a differenze di pressione atmosferica
L’aria che sovrasta zone diverse si trova in condizioni di
pressioni differenti; tale situazione determina il movimento di
masse d’aria che chiamiamo vento.
Le differenze di pressione responsabili dei movimenti di
masse d’aria sono dette gradienti barici o gradienti di
pressione.
Cavazzuti, Gandola, Odone ,Terra, Acqua, Aria Zanichelli 2014
La brezze marine sono dovute al gradiente barico, ossia alla
differenza di pressione che si determina tra la massa d’aria
che si trova sopra il mare e quella che si trova sopra la
terraferma
I venti possono essere classificati in base alla loro
direzione e alla loro intensità
. Cavazzuti, Gandola, Odone ,Terra, Acqua, Aria Zanichelli 2014
L‘azione del vento
Il vento trasporta le particelle solide di diverse dimensioni
Cavazzuti, Gandola, Odone ,Terra, Acqua, Aria Zanichelli 2014
L’azione erosiva del vento è dovuta alle particelle di sabbia
trasportate che poi si depositano
Cavazzuti, Gandola, Odone ,Terra, Acqua, Aria Zanichelli 2014
Costruiamo il
NEFOSCOPIO
Il nefoscopio (dal greco nefos, nuvola e scopos, esame) è uno strumento che serve
a determinare la direzione dei venti in altitudine osservando attraverso uno specchio
la direzione nella quale si muovono le nuvole.
E’ uno strumento molto semplice: prendiamo uno specchio e incolliamolo su di un
cartoncino di dimensioni maggiori su cui disegneremo i punti cardinali. Posiamolo
orizzontalmente sul terreno e orientiamolo, aiutandoci con una bussola.
Ora possiamo osservare riflesse nello specchio le nuvole, e quindi scoprire la
direzione del vento o delle correnti ad alta quota che le muovono. Per la
perfetta riuscita di questa esperienza, è opportuno imparare a capire la
disposizione dei punti cardinali.
Tracciamo alla lavagna le linee che definiscono la direzione N-S e E-O. Poi
tracciamo le altre che indicano l’orientamento SO-NO e SE-NE. Se vediamo
che i bambini sono in grado di andare ulteriormente nel particolare, possiamo
anche tracciare SSE-NNO e così via.
Perché venga compreso e acquisito il meccanismo con il quale si nominano le
direzioni, scriviamo alla lavagna definendo il nord (N), sud (S), est (E) e ovest
(O) e diciamo ai bambini che le linee tra una direzione e l’altra prendono il nome
dalle direzioni adiacenti: per esempio la direzione tra S ed E si chiama SE,
mentre quella tra S e SE si chiama SSE.
Come ultima parte di questo lavoro possiamo far ritagliare il quadrato che è
disegnato al centro e puntare il nostro foglio verso il cielo in modo da usare il
nefoscopio al contrario. In questo modo insegneremo ai bambini a vedere non
solo dove vanno le nuvole, ma soprattutto ad osservare ciò che c’è sopra la
nostra testa.
L'atmosfera terrestre non ha un confine esterno ben definito: la densità
sfuma lentamente verso lo spazio interplanetario con il colore che passa
progressivamente dall'azzurro al blu fino al nero intenso del quasi vuoto
interplanetario.
Senza aria per disperdere la luce solare e creare un cielo azzurro, lo
spazio appare come una coperta scura cosparsa di stelle. Perchè il cielo
è azzurro se in realtà è nero?
Esso ci appare azzurro solo perché la Terra è circondata da un involucro
atmosferico: gli strati d’aria filtrano la luce del Sole lasciandone passare
solo la parte azzurra, che colpisce così il nostro occhio. Se salissimo
sempre più in alto vedremmo il colore del cielo diventare gradualmente di
un blu sempre più scuro, fino a trapassare nel viola e infine nel nero
assoluto dello spazio interplanetario. Sulla Luna, che non ha un’atmosfera,
il cielo è nero anche di giorno.
