Опубліковано конспет уроку разом із презентацією на тему «Теплові властивості води».
Конспект уроку ви можете скачати у форматі word (.docx)
Переглянути презентацію онлайн (дочекайтесь повної загрузки сторінки …)
Проблема: Примхи води – аномалія фізики чи закон природи?
Мета:
- дослідити теплові властивості води та співставити їх з іншими речовинами;
- дослідити залежність густини води від температури;
- з’ясувати від чого залежать температури кристалізації та кипіння води;
- формувати вміння проводити дослідження та експерименти;
- узагальнити та систематизувати знання з фізики.
І. Актуалізація проблеми.
Вода – основа життя на планеті Земля. Воду не можна нічим замінити – цим вона відрізняється практично від усіх інших видів сировини і палива. Воду може замінити тільки сама вода! Без води немає життя. Вода-це кров землі.
Вода рідина без запаху та кольору, але її значення у житті неоцінене. Вона є найкращим розчинником, о у ній можна виявити близько 70 хімічних елементів.
Найцікавішим є те, що вода, це чи не єдина речовина, для якої фізика зробила багато винятків, багато її властивостей, зокрема теплових, не описуються класичними законами.
Вода та її роль у живій природі.
Понад 70% земної поверхні займає вода. Окрім звичних водойм вода знаходиться у повітрі, хмарах, льодовиках. Вода є основою будови живих організмів.
Вода є дивовижним матеріалом, а її властивості – винятки у природі. При температурах придатних до життя вона може одночасно перебувати у трьох агрегатних станах.
Людина крім миття, пиття і готування їжі використовує і інші властивості води, у тому числі теплові: у холодній воді зберігає продукти, використовує воду у системах опалення, за температурою кипіння води альпіністи визначають висоту гірських вершин. А яким безцінним є дощ у літню спеку.
Якщо воду поставити у кімнаті так, щоб на неї не падали прямі сонячні промені, то її температура буде нижчою, ніж температура повітря у кімнаті. Чому?
Виявляється, однією із характеристик води є високі значення питомих теплоємностей льоду та води та питомі теплоти їх плавлення та кипіння. Це означає що воду чи лід ми грітимемо набагато довше, ніж інші речовини, взяті у такій же кількості. Тут ми вперше переконуємось, яка розумна природа. Якщо б дані характеристики були як у інших речовин, то, по-перше, важко було б знайти прохолодну воду, якщо б вона залишилась у рідкому стані, по-друге, сніг розтанув би за лічені хвилини, призводячи до масштабної повені.
Також це відіграє важливу роль у житті людини, тіло якої на 2/3 складається з води. Природа подбала, щоб підтримувати температуру тіла в межах 36-38 градусів, адже за рахунок високої теплоємності води усі процеси в організмі протікають з мінімальними затратами енергії. Вода також довго зберігає тепло нашого організму.
У хімії звичайної води не буває, вона весь час змінюється, насичується різними мінералами. Вода морська, гірська, дощова цілком різна. У світі існує 105 видів води.
Тож стоїть актуальне питання, якою водою краще втамовувати спрагу, проточною, чи водою, яка пройшла термічну обробку. Для цього проведено опитування серед учнів восьмих класів. Серед 104 учнів відповіді були різними:
23 учні вживають проточну воду;
29 учень – кип’ячену;
41 учень – джерельну;
11 учнів – талу.
То яка ж вода несе здоров’я? На перший погляд начебто джерельна, але враховуючи сучасне забруднення підземних вод вона може бути найшкідливіша. Проточна вода з домашніх кранів не проходить достатньо хорошої фільтрації. Кип’ячена вода вбиває більшість шкідливих організмів, але втрачає як шкідливі, так і корисні мінерали. Більш корисну обробку проходить вода в процесі замерзання і наступному таненні, оскільки витісняє з себе багато шкідливого у процесі замерзання.
Залежність густини води від температури.
При охолодженні води її густина збільшується, як у інших речовин, проте тут ми зустрічаємося з досить цікавим явищем. При температурах від +3,980 до 00 вода стає аномально меншою. Тому у прісних водоймах при настанні холодів вода охолоджуючись з поверхні опускається на дно, поки її температура не сягне +3,980. Ця вода уже залишиться на поверхні і не дозволить льоду, який є ще легшим, опускатись на дно. Очевидно, тут природа подбала про тих істот, які живуть у прісних водоймах, зберігаючи їм не лише природне середовище проживання, а й температуру придатну до життя.
Морська вода не має температурного порогу, і, охолоджуючись, опускається на дно. Коли морську воду при -1,90 вкриває крига, то температура води на дні водойми 00 і нижче. Така вода містить багато кисню. Однак моря і океани не здатні промерзнути до дна навіть на полюсах.
Пароутворення.
Утворення водяної пари відбувається двома способами: випаровуванням та кипінням.
Випаровування.
Випаровування води відбувається безперервно. Це є важливий фактор у житті на нашій планеті відомий як кругообіг води в природі. Цей процес не має конкретного значення температури і відбувається за нормального атмосферного тиску при температурах від 00 до 1000. При 1000 процес випаровування переходить у кипіння.
Але одним із факторів, який впливає на швидкість випаровування це і є температура. При підвищенні температури інтенсивність випаровування води збільшується.
Так що ж необхідно молекулам води для випаровування? Чим вища температура, тим менше енергії. Для того, щоб молекула води перейшла у газоподібний стан їй потрібна така ж енергія, як для нагрівання до температури кипіння включно з енергією, потрібною у процесі кипіння.
Проведемо розрахунок питомої теплоти випаровування для різних температур. У нашому випадку використаймо для 1 кг води формулу r=4,2(100-t)+2300.
| Залежність питомої теплоти випаровування води від температури
|
|||||
| t, 0C | r, кДж/кг | t, 0C | r, кДж/кг | t, 0C | r, кДж/кг |
| 0 | 2720 | 35 | 2573 | 70 | 2426 |
| 5 | 2699 | 40 | 2552 | 75 | 2405 |
| 10 | 2678 | 45 | 2531 | 80 | 2384 |
| 15 | 2657 | 50 | 2510 | 85 | 2363 |
| 20 | 2637 | 55 | 2489 | 90 | 2342 |
| 25 | 2615 | 60 | 2468 | 95 | 2321 |
| 30 | 2594 | 65 | 2447 | 100 | 2300 |
За даними побудовано графік:
Також на швидкість випаровування води впливає площа поверхні, з якої даний процес відбувається, і наявності над поверхнею води вітру, який здуває молекули води в не дозволяє їм конденсуватись назад у воду. Якщо воду вилити з посудини, вона швидко «висохне». Мокрий одяг швидко сохне не лише коли тепло, у вітряну погоду він висихає також швидко.
Для визначення швидкості випаровування води ( яка маса води випаровується з одиниці площі поверхні за одиницю часу) можна провести експеримент з використанням води, терезів і годинника, але визначити її вкрай складно, оскільки потрібен достатньо великий проміжок часу, за який змінюються чинники, що впливають на випаровування (температура, атмосферний тиск, вологість повітря та конденсація).
Кипіння
Кипіння води відбувається при сталій температурі. На стінках посудини утворюються бульбашки, які відриваються від стінок, коли тиск пари стає рівним атмосферному тиску.
Що впливає на температуру кристалізації та кипіння води.
Виявляється, що вода кипить і замерзає не завжди при однаковій температурі.
Температура кипіння
Температура кипіння води залежить від атмосферного тиску, оскільки бульбашки пари, що виникають в даному процесі, відриваються від стінок посудини за рівності тиску пари і атмосферного тиску. При високому атмосферному тиску вода кипить при температурах вищих за 1000, при низькому – нижчих.
Як відомо з 7 класу атмосферний тиск залежить від висоти. Тому у надрах землі вода закипить пізніше ніж високо в горах. Цим зумовлено утворення парових гейзерів. Вода, що нагрілась глибоко під землею до температури вищої за 1000, піднявшись на поверхню раптово перетворюється на пару.
Водяна пара, якщо її стиснути, може стати водою. Максимальна температура при якій це можливо 3740. Вище цієї температури жодне стискання не перетворить пару у воду.
На процес кипіння також впливає наявність повітря. Проведемо експеримент. У пластикову пляшку наллємо по вінця води і закоркуємо. Покладемо пляшку у вогнище. Хіба ж не диво – пляшка темніє але не плавиться. За деякий час виймаємо пляшку, обережно розкорковуємо і вимірюємо температуру паруючої води. Вона є на кілька градусів вищою за температуру кипіння.
Альпіністи, долаючи вершини завжди кип’ятять воду біля її підніжжя. А за спеціальними таблицями, маючи термометр і воду, завжди легко визначають на якій висоті вони знаходяться.
Температура кристалізації
На температуру кристалізації води впливають відсутність центрів кристалізації та повна нерухомість. За цих умов воду можна охолодити до -700 і вона не замерзне. Якщо порушити ці умови, вода вмить набуде температури 00.
Також на температуру кристалізації впливає тиск, при тиску 500 атм вода замерзає при -40, а при 2200 атм при -220.
Використані ресурси:
- Біда Дарія. Сік життя: науково-популярне видання для дітей. – Львів,: СТ «Міські інформаційні системи», 2008. – 96с.
- Інтернет ресурси:
- i-medic.com.ua
- greenpack.in.ua/vlastyvosti-vody
- in.ua/fizicheskie-svoystva-vodyi-temperatura.html
Скачати конспект уроку на тему «Теплові властивості води» (docx): джерело 1