Випаровування та конденсація рідин

Той, хто базікає про природу, замість того,

щоб за допомогою експерименту і спостережень

примусити її говорити, ніколи не пізнає її.

Лише дослід відслонює завісу з таємниць природи.

Галілео Галілей

Мета уроку:

•       з'ясувати суть процесів випаровування й кон­денсації на основі атомно-молекулярного вчення;

•       формувати вміння пояснювати процеси, які відбуваються в природі й побуті, на основі знань про випаровування і конденсацію;

•       активізувати пізнавальний інтерес до фізики як науки про природу, сприяти виробленню у них потреби саморозвитку й самоосвіти;

•       формувати культуру розумової праці;

•       розвивати логічне мислення, уміння прово­дити дослід та формулювати власну точку зору.

Основні поняття: пароутворення, випарову­вання, конденсація, сублімація, швидкість випаро­вування.

Обладнання: спирт, вода, пензлик, сірники, спиртівка, 7 скляних пластинок, пластинка, по­крита парафіном, картонний папір, склянка.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Хід уроку

I.             Актуалізація опорних знань
Інтерактивна гра «Мікрофон»

1.                   Назвіть агрегатні стани речовини.

2.                   Що означає твердження: агрегатний стан речовини змінився?

3.                   Що називають плавленням речовини? Які зміни відбуваються з розміщенням і рухом молекул під час плавлення?

4.                   Що називають твердненням речовини?

5.                   Що таке температура плавлення речовини?

6.                   Що називають питомою теплотою плавлення речовини?

7.                   Чому під час плавлення кристалічних тіл температура залишається сталою?

II.           Мотивація навчальної діяльності

 Створення проблемної ситуації (3 хв) Казка-загадка «Три троянди»

У прекрасному місті Болістані на узбережжі Середземного моря у чудовому палаці жив моло­дий співак Каін. Біля палацу у саду росли три кущі троянд. Часто вечорами Каін співав власні пісні. І ось одного разу він почув, що хтось із саду йому підспівує. Він визирнув у вікно. Біля кущів троянд Каін побачив прекрасну дівчину, яка співала його пісні. Наступного вечора юнак сховався у саду і тільки-но з'явилася дівчина, він вийшов до неї і запитав: Хто ти, прекрасна незнайомко?

Я — одна з троянд, що ростуть у твоєму саду. Злий чаклун перетворив мене на прекрасну квітку. Якщо вранці, тільки-но зійде сонце, в одно­му з кущів ти впізнаєш мене, чари розвіються, і я стану дівчиною, а якщо не впізнаєш, то я назавжди залишуся трояндою у твоєму саду

Вранці, тамуючи подих, Каін декілька хвилин уважно вдивлявся в кущі троянд. Він дуже боявся помилитися.

— Це ти! — сказав він і простягнув руки до одного з кущів. І враз з'явилася дівчина.

Учитель. Діти, як Каін упізнав у троянді дів­чину? Як ви гадаєте? (Діти в парах обговорюють ситуацію, а потім висловлюють свої думки. Учні повинні здогадалися, що на одному з кущів не було роси.) Росу ви бачили вранці і на квітах, і на траві, і на листочках кущів і дерев. Що ж таке роса? Як наука пояснює її утворення? Чому через деякий час після дощу зникають калюжі на асфальті? Чому висихає підлога, яку перед цим помили? На ці та інші запитання ви зможете відповісти, вивчивши тему цього уроку.

·                     IІІ.           Сприйняття та засвоєння нового матеріалу
Слайд 2.

·                     Перехід речовини з рідкого стану в газоподібний називається пароутворенням.

Існують два види пароутворення: випаровування й кипіння.

·                     Випаровування — це пароутворення, що відбувається з вільної поверхні рідини.

З повсякденного досвіду відомо, що рідини, перебуваючи у відкритих посудинах, улетучуються — випаровуються. Як пояснити це явище?

Молекули будь-якої рідини перебувають у безперервному хаотичному русі. Температура рідини зв’язана із середньою кінетичною енергією руху її частинок. Однак окремі молекули рідини можуть мати таку кінетичну енергію, що виявляться спроможною подолати сили міжмолекулярного притягання й покинути рідину. Вилітаючи назовні, ці молекули утворюють над рідиною пару. Утворення пари і є випаровуванням.

При випаровуванні рідину залишають найбільш швидкі молекули. Середня кінетична енергія молекул, що залишилися, зменшується, а рідина охолоджується.

Дослід . Поглинання енергії при випаровуван­ні рідини. Резервуари двох однакових термометрів обмотати ватою. Вату одного з термометрів змочи­ти спиртом. Термометр показує швидке зниження температури. Чому рідина охолоджується? (Під час випаровування з рідини вилітають найшвидші молекули. Середня швидкість решти молекул ріди­ни стає меншою. Отже, зменшується внутрішня енергія рідини. Якщо енергія до рідини ззовні не надходить, то рідина, що випаровується, охоло­джується. Учні формулюють і записують питан­ня плану і т. д.)

Слайд 3.

З поверхні Землі за рік випаровується в середньому 518 600 км² води.

2. Фактори, від яких залежить швидкість випаровування

Індивідуальна робота.

Завдання № 1. Дослідіть швидкість ви­паровування спирту та води. Для цього нанесіть рідини пензликом на скляну пластинку. Зробіть висновок.

Завдання № 2. Дослідіть залежність швидкості випаровування від площі поверхні ріди­ни. Для цього сірником нанесіть 2 краплини води на суху скляну пластинку та пластинку, покриту парафіном. Зробіть висновок.

Завдання № 3. Дослідіть залежність швидкості випаровування від температури рідини. Для цього нанесіть на 2 скляні пластинки сірником 2      краплини води. Одну з цих пластинок нагрійте.
Зробіть висновок.

Завдання № 4. Дослідіть залежність швидкості випаровування від вітру. Для цього на­несіть на дві скляні пластинки піпеткою дві кра­плини води. Одну з краплин обмахуйте картонним віялом. Зробіть висновок.

Звіт учнів: швидкість випаровування зале­жить від температури рідини, площі її поверхні, від природи речовини та наявності вітру. (Слайди 5–12)

Слайд 13

Учні записують у зошит:

Швидкість випаровування залежить від:

•              роду рідини;

•              площі вільної поверхні;

•              температури рідини;

•              густини пари над рідиною.

•               

 В цей час занести склянку в клас, звернути увагу учнів.ю що вона суха і холодна.

Слайд 14

При якій температурі відбувається випаровування?

При будь-якій, тому випаровуються й тверді тіла. Випаровується, наприклад лід, тому білизна висихає й на морозі. Випаровується нафталін, тому ми відчуваємо його запах. Цей процес називають сублімацією.

Звернути увагу учнів на склянку – вона стала мокрою.

Слайд 15

·                     Перехід речовини з газоподібного стану в рідкий називають конденсацією.

Випаровування й конденсація завжди відбуваються одночасно, і «підсумковий результат» залежить від того, який із цих процесів триває з більшою швидкістю. Якщо «перемагає» випаровування, то рідина перетворюється в пару: висихають калюжі, мокрі речі й т. ін. Якщо ж «перемагає» конденсація, то пара перетворюється в рідину: випадає роса, сухі речі відволожуються.

Конденсація може відбуватися й тоді, коли пара не стикається з рідиною. Саме конденсацією, наприклад, пояснюється утворення хмар: молекули водяної пари, піднімаючись над поверхнею Землі, у більш холодних шарах атмосфери групуються в дрібні крапельки води, скупчення яких і являють собою хмари.

Процес конденсації води в природі ми спостерігаємо щодня. Чи то це крапельки роси на листах (водяна пара накопичується в повітрі вдень, а вранці, охолоджуючись, конденсується), чи то це туман (удень відбувається інтенсивне випаровування з поверхні водойм, а ввечері насичене водяними парами повітря внаслідок охолодження конденсується).

3.   Заслуховування   повідомлень   учнів   «Як утворюються сніг, дощ, іній, туман». Слайди 16–20

Як утворюється роса

У повітрі міститься певна кількість вологи. Тепле повітря містить більше вологи, ніж холодний. Коли повітря стикається з холодною поверхнею, частина його конденсується, і волога, що міститься в ньому, залишається на цій поверхні. Це і є роса. Температура такої прохолодній поверхні повинна бути нижче певної величини, при якій утворюється роса. Ця величина називається «точкою роси».

А як роса утворюється в природі? Для цього необхідний тепле вологе повітря, який повинен стикнутися з холодною поверхнею. Роса не утворюється на землі або стежках, так як вони довго зберігають сонячне тепло. А на траві або рослини, які охолонули, роса утворюється.

Як утворюється дощ

Дощ — атмосферні опади, які випадають із хмар у вигляді краплин води діаметром від 0,5 до 6—7 мм. Рідкі опади з меншим діаметром кра­плин називаються мрякою. Краплини з діаметром, більшим 6—7 мм, розпадаються під час падіння на менші. Дощ випадає, як правило, зі змішаних хмар, у яких містяться за температури нижче 0 °С переохолоджені краплини і льодяні кристали. Хмара, навіть не насичена водяною парою відносно крапель води, буде перенасиченою відносно крис­талів. Це приводить до росту кристалів при одно­часному випаровуванні крапель. Збільшуючись і обтяжуючись, кристали випадають із хмари, приморожуючи до себе при цьому переохолоджені краплі. Входячи в нижні частини хмари або шари з вищою температурою повітря, що є під нею, вони плавляться, перетворюючись на краплини дощу. Менша роль в утворенні дощу належить злиттю крапель хмари між собою.

Як утворюється іній

Іній — це відкладення льоду на тонких і дов­гих предметах (гілках, проводах, деревах) під час туману. Він буває кристалічним і зернистим. Кристалічний іній утворюється в результаті десублімації водяної пари і складається з кристалів льоду, які наростають із вітряного боку при слаб­кому вітрі й температурі не нижче -15 °С. Довжина кристаликів, як правило, приблизно 1 см, але може досягати декількох сантиметрів. Зернистий іній — снігоподібний крихкий лід, що наростає з вітря­ного боку на предметах під час туману та вітряної погоди, найчастіше в горах. Утворюється при на­мерзанні краплин переохолодженого туману; може досягати в товщину іноді 50 і більше сантиметрів.

Як утворюється сніг

Сніг — це тверді атмосферні опади, що ви­падають із хмарин у вигляді сніжинок. Вони надзвичайно різноманітні за формою. Діаметр сніжинок сягає від одного до декількох міліметрів. У безвітряну погоду і при температурі приблизно 0 °С при зіткненні сніжинки можуть з'єднуватись у більші, діаметром у декілька сантиметрів. Сніг утворюється у хмарах при температурі від -20 до -40 °С. Падаючи, кристалики частково плавлять­ся і знову замерзають, досягають землі і падають на поверхню у вигляді снігу, але за температури нижче 0 °С.

Як утворюється туман

Дочекайтеся, поки закипить чайник, чи в мо­розний день відкрийте кватирку з теплої кімнати на вулицю, і ви побачите процес утворення туману. Відомо, що повітря містить водяну пару, у наших широтах це приблизно 0,3—2,5 % від його ваги. Зрозуміло, що коли температура знизиться, то частина насиченої пари повинна скондесуватися, виділитися у вигляді води.

Це і відбувається, коли повітря з добре натоп­леної кімнати виривається на мороз, тобто різко охолоджується. Клуби пари, що ми бачимо,— це безліч дрібних крапельок. Чим морозніший день, тим щільнішим буде туман.

Для утворення туману, крім насиченої водяної пари і швидкого зниження температури, необхідна ще одна умова. У повітрі повинна міститися до­статня кількість зважених чи іонізованих частинок. При відносній вологості повітря, близькій до 100 %, на цих порошинках починається конденсація. Зазвичай у кубічному сантиметрі повітря міс­титься від декількох сотень до сотень тисяч таких мікроскопічних частинок, які називають центрами конденсації. Особливо багато їх у великих інду­стріальних містах, і ймовірність утворення туману там значно вища, ніж в околицях міста.

VІ. ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

Поміркуй і відповідай

1. Одну склянку по вінця заповнили гарячим чаєм, а іншу — таким самим гарячим бульйоном. Яка з рідин остигає швидше? Чому?

2. Чому мокра білизна на вітрі сохне швидше?

3. Якщо закрити банку кришкою, то рівень води в ній не буде знижуватися. Чи означає це, що кришка «зупиняє» випаровування води?

4. На чашки важільних ваг поставили й зрівноважили склянку з холодною водою й склянку з гарячим чаєм. Чому рівновага ваг швидко порушується?

V. Осмислення об'єктивних зв'язків

Робота в групах

Кожна група вибирає ті факти, які вказують, як проявляються, вивчаються та враховуються явища конденсації та випаровування в:

побуті (група № 1);

географії (група № 2);

біології (група № 3);

сільському господарстві (група № 4).

Перелік фактів

1.    Дмухання на гарячий чай, щоб прискорити випаровування та охолодження.

2. У мокрому одязі ми потерпаємо від холоду, головним чином тому, що під час його висихання енергія для випаровування відводиться від нашої шкіри.

3.    На явищі випаровування ґрунтується сушін­ня скошеної трави, збір зернових, сушіння зерна.

4.    Виділяючи вологу на поверхню шкіри у вигля­ді поту, наш організм захищається від перегрівання.

5.    Щоб визначити напрям дуже слабкого вітру, жителі степів занурюють руку у воду та підносять її догори: легенький холодок, який відчувається з одного боку вологої руки, вказує напрям руху по­вітряного потоку.

6.    Різні рослини за вегетаційний період витра­чають різний об'єм води. Наприклад, одна рослина соняшника за літо витрачає 100—150 л, одна стеб­лина кукурудзи — 150 л. Кількість теплоти, що витрачає рослина цих культур на випаровування, відповідає кількості теплоти, що виділяється при згоранні 16,7—25,1 кг кам'яного вугілля.

7.    Жителі північних країн під час сильних моро­зів часто змазують обличчя жиром для зменшення його охолодження.

8.    Вода широко використовується для гасіння пожеж, коли, крім зниження температури нижче температури горіння, потрібно утруднити доступ кисню до осередків полум'я.

9.    Процеси випаровування й конденсації мають велике значення для регулювання клімату, вони сприяють кругообігу та зміні штучних водоймищ. Усього з поверхні Землі за рік випаровується в середньому 518 600 км³ води. Цієї кількості води достатньо, щоб покрити всю поверхню земної кулі шаром, більшим, ніж є. Протягом року стільки ж випадає опадів.

10.    Щоб захистити у спеку продукти від псу­вання, їх іноді покривають вологою тканиною. Люди навчилися керувати опадами. Напри­клад, знаючи, що на півдні України взимку часто немає снігу, за допомогою літаків у хмари висіва­ють спеціальні речовини. Вони стають центрами конденсації, на яких утворюються краплини. За дві доби роботи літаків 150 000 га ланів Софіївського та Криворізького районів Дніпропетровської об­ласті були вкриті шаром снігу товщиною 3 см.

12.      З випаровуванням води пов'язані процеси живлення рослин, а, отже, їх ріст та розвиток. На різних фазах розвитку рослина поглинає різний об'єм води з ґрунту. Зі збільшенням листкової поверхні рослин ґрунт стає краще захищеним від сонячних променів, менше нагрівається та менше вологи випаровується, але при цьому зростає витрата води на випаровування з поверх­ні листків.

13.     Теплоту, що виділяється при конденсації пари, використовують для обігрівання та опалення приміщень.

14.     Упродовж літа на випаровування одна рос­лина витрачає приблизно 1,5—2 л, а все пшеничне поле площею 1 га 300—400 т води. Правильний і своєчасний обробіток ґрунту зменшує випаро­вування на 25—ЗО %. На стільки ж зменшується випаровування вологи з ґрунту за наявності лісо­захисних смуг.

Відповіді:

Група № 1: 1, 2, 4, 5, 7, 8, 10,13.

Група №2: 9, 11.

Група № 3: 4, 6, 12, 14.

Група №4: 3,6, 11, 14.

VI.          Підсумки уроку

Про яке явище йдеться у рядках:

Це жито липневе у полі

Дало соломи на бриля.

Прив'яло листя на тополі,

Від спеки аж пашить земля.

М. Познанська

Куди зникають калюжі з асфальту після дощу?

Чому на одному з кущів троянд, про який йшлося у казці, не було роси?

VII.        Домашнє завдання

1. § 57 (с.182 – 1 абзац і правило та с.184).

  2. Виконати практичну роботу:

Уважно спостерігайте і запам'ятайте, як починає закипати і як кипить вода у відкритій скляній посудині або чайнику. Самостійно до­будьте з пари невелику кількість дистильованої води, зібравши її в склянку. Для цього до носика чайника, що кипить, піднесіть кришку від будь-якої каструлі і підставте під неї склянку. Пара, охолоджуючись, перетворюватиметься на воду і стікатиме в склянку.

3. Вибрає ті факти, які вказують, як проявляються, вивчаються та враховуються явища конденсації та випаровування в: 1)побуті; 2)географії; 3)біології; 4)сільському господарстві.