Урок фізики "Випаровування і конденсація рідин"

Тема. Випаровування і конденсація рідин

 

Мета уроку.

• Навчальна: ознайомити учнів з особливостями та фізичними характеристиками процесів випаровування та конденсації, сублімації; формувати вміння вести дебати.
• Виховна: виховувати тактовність, ввічливість, уміння вислуховувати інших.
• Розвиваюча: розвивати логічне мислення та пізнавальний інтерес учнів.

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

Обладнання: спирт, вода, пензлик, піпетка,спиртівка, скляні пластинки, картонний папір, пластинка покрита парафіном.

Тип уроку: вивчення нового матеріалу.

 

Хід уроку

 

І. Організаційний момент

 

ІІ. Актуалізація опорних знань

 

Відгадування загадок.

• Що росте догори дном? (Бурулька.)
• Зоря-зоряниця, молода дівиця.

Гуляти ходила, сльозу зронила,

Місяць бачив – не підняв,

Сонце побачило – підняло. (Роса.)

 

Інтерактивна вправа «Точка зору».

Клас об’єднують в групи, які обговорюють свої аргументи й можливі контр аргументи суперників. Група спостерігач оцінює: хто був логічніший, хто більш переконливим, хто припускався помилок чи був не переконливим.

Групи:

• Плавлення корисне.
• Плавлення шкідливе.
• Тверднення корисне.
• Тверднення шкідливе.
• Група спостерігачів.

 

ІІІ. Оголошення теми та мети уроку

 

Вода свою путь бере із струмка,

Струмки на шляху збирає ріка.

Ріка повноводо тече на просторі,

Аж поки вона не вливається в море.

Моря заповняють запас океану,

Над ними виникають клуби туману.

Знімаються вгору – їх вже не дістати,

Бо хмарками в небі судилося стати.

Хмарки ж кучеряві, пропливши над ними,

Дощем проливаються, сиплють снігами.

Вода ж навесні у струмках заговорить,

І ті потечуть до річкових просторів.

 

Як називають описаний процес? (Кругообіг води в природі.)

 

Існує давня естонська казка «Король туманної гори».

Естонка Тійу випадково зустрілася з королем Туманної гори. Він допоміг бідній естонці, але попросив, щоб вона зберегла таємницю його гори. Тійу зберегла таємницю, вона нічого не розповіла своїм односельцям про короля туманів. Але вони вирішили, що вона відьма, яку необхідно спалити на вогнищі. Але тільки вогонь почав розгортатися, на землю впав такий густий туман, що в двох кроках нічого не було видно. Коли нарешті сонячні промені побороли туман, виявилося, що вогонь не загорівся, а жінка зникла, немов розтанула в тумані. Король Туманів її врятував.

 

Як утворюється туман, роса? Чому, виходячи з річки спекотного літнього дня, ми відчуваємо прохолоду? Куди зникають калюжі після дощу? Для чого в спеку собака висуває язика? Чому, якщо хочемо остудити руки, ми на них дмемо, а якщо хочемо зігріти, то дихаємо? Щодня можна поставити собі безліч таких запитань. У цьому параграфі ви знай­дете відповіді на деякі з них. На ці та інші запитання ми сьогодні спробуємо дати відповідь.

 

ІV. Формування нових знань

 

Речовина може перебувати в чотирьох агрегатних станах: твердому, рідкому, газоподібному і плазмовому. Вид агрегатного стану залежить від внутрішньої енергії речовини, яка є найбільшою в плазмовому стані, найменшою в твердому.

Будь-яка речовина може переходити з одного агрегатного ста­ну в інший. За певних умов тверде тіло може перетворитися на рідину, рідина може знову стати твердою чи перетворитися на газ.

Процес переходу речовини з рідкого стану в газоподібний назива­ють пароутворенням.

Рідина може перетворюватися на газ двома способами: випа­ровуванням і кипінням.

Знайомство з пароутворенням рідини поч­немо з процесу випаровування.

Якщо розлити воду, то через якийсь час калюжа зникне; речі, що промокли під дощем, обов'язково з часом стануть сухими; на­віть масний слід, який лишився на асфальті від несправної маши­ни, згодом стає майже непомітним. Усі ці явища можна пояснити випаровуванням рідини.

Розглянемо процес випаровування з погляду атомно-молекулярної теорії. Уявіть собі молекули рідини. Вони рухаються, постійно змінюючи швидкість свого руху.

Серед молекул рідини, які хаотично ру­хаються біля її поверхні, завжди знайдуться такі, що «намагаються» вилетіти з рідини. Ті з них, що в певну мить рухаються повільно, не зможуть подолати притягання сусідніх мо­лекул і залишаться в рідині. Якщо ж поблизу поверхні опиниться «швидка» молекула, то її кінетичної енергії буде достатньо, щоб викона­ти роботу проти сил міжмолекулярного при­тягання, і молекула вилетить за межі рідини.

Після ознайомлення з механізмом випа­ровування можна зробити декілька висновків.

По-перше, той факт, що в рідині завжди є молекули, які рухаються досить швидко, дозволяє зробити висновок, що випаровування рідин відбувається за будь-якої температури.

По-друге, оскільки в процесі випаровування рідину залишають найшвидші молекули, то середня кінетична енергія решти мо­лекул зменшується. Тому, якщо рідина не отримує енергії ззовні, вона холоне. До того ж під час випаровування виконується робота проти сил міжмолекулярного притягання та проти сил зовнішнього тиску, тому процес випаровування супроводжується поглинанням енергії. Саме тому, виходячи з річки після купання або перебуваючи в мокрому одязі, ми відчуваємо прохолоду.

Для того щоб швидко висушити одяг, ми зазвичай кладемо його на батарею опалення або прасуємо. Чому ми це робимо? Тому що, чим  вища температура рідини, тим швидше вона випаровується. Зі збільшенням температури рідини збільшується кількість «швидких» молекул, а отже, дедалі більша їх кількість має змогу подолати сили міжмолекулярного притягання й вилетіти за межі рідини.

Процес пароутворення, що здійснюється і з поверхні твердих називають сублімацією.

Намагаючись висушити одяг, ми не покладемо його на батарею жмутом, а розправимо його, бо зім’ятий одяг висихає набагато повільніше.

Чому? Тому що швидкість ви­паровування залежить від площі вільної поверхні рідини. Адже чим більша площа поверхні рідини, тим більше «швидких» молекул на цій поверхні опиниться і тим швидше рідина випаровується.

Намалюємо мокрою серветкою на склі або класній дошці три фігурки. Одну зобразимо серветкою, змоченою у спирті, другу — серветкою, змоченою у воді, тре­тю — в олії. «Спиртова» фігур­ка миттю випарується, «водяна» протри­мається трохи довше, натомість «олійна» радуватиме нас кілька днів. Річ у тім, що сили притягання між молекулами різних рідин є різними, тому швидкість випаро­вування залежить від роду рідини. Очевид­но, що швидше випаровуються ті рідини, молекули яких слабше взаємодіють одна з одною.

Життєвий досвід показує, що швид­кість випаровування залежить також від руху повітря. Насправді, щоб швидко ви­сушити волосся, ми вмикаємо фен на по­тужніший режим; щоб остудити обпечену руку, дмемо на неї. Білизна, вивішена на вітрі, сохне швидше, ніж у затишку. Таку залежність теж легко пояснити з погля­ду молекулярного руху. Біля поверхні рі­дини завжди існує «хмара» молекул, які повилітали з неї. Ці молекули хаотично рухаються, зіштовхуються одна з одною та з молекулами інших газів, що складають повітря. Унаслідок цього моле­кула рідини може так близько підлетіти до її поверхні, що її «захоплять» сили між­молекулярної взаємодії та знову повернуть у рідину. А якщо є вітер, то він відносить молекули, що вилетіли, і не дає їм змоги повернутися.

Ми вже знаємо, що молекули весь час вилі­тають із рідини і певна їх кількість знову повер­тається. Таким чином, поряд із процесом випарову­вання, у ході якого рідина перетворюється на пару, існує зворотній процес, коли речовина з газоподібного стану переходить  у рідкий.

Процес переходу речовини з газоподібного стану в рідкий називають конденсацією.

Процеси конденсації води в природі ми спо­стерігаємо щодня. Так, літнього ранку на листі рослин ми бачимо прозорі краплинки роси. Це водяна пара, яка вдень накопичується в повітрі внаслідок випаровування, а вночі,  конденсується.

Коли вологе повітря піднімається у вищі шари атмосфери, то, охолоджуючись, воно утворює хмари. Вони складаються з дрібних краплинок води, що утворилися внаслідок конденсації водяної пари. А коли вологе повітря охолоджується поблизу поверхні Землі, утворюється туман. Оскільки процес конденсації супроводжується виділенням енергії, то  утворення ту­ману затримує зниження температури повітря.

 

V. Закріплення вивченого матеріалу

 

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)

1. Дмухати 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 від поводиться 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 перенагрівання.
5. Щоб визначити напрям дуже слабкого вітру, жителі степів занурюють руку  у воду та підносять її догори: легенький дотик, який відчувається з одного боку вологої руки, вказує напрям повітряного потоку.
6. Різні рослини за вегетаційний період витрачають різний об’єм води. Наприклад, одна рослина соняшника за літо втрачає 100 – 150л, одна стеблина кукурудзи – 150л. кількість теплоти, що витрачає рослина цих культур на випаровування, відповідає кількості теплоти, що виділяється при згоранні 16,7 – 25,1кг 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 і конденсації мають велике значення для регулювання клімату, вони сприяють кругообігу та зміні штучних водоймищ. Усього з поверхні Землі за рік випаровується в середньому 518600км³ води. Цієї кількості води достатньо, щоб покрити всю поверхню нашої планети товстим шаром. Протягом року стільки ж випадає опадів.
10. Щоб захистити у спеку продукти від псування, їх іноді покривають вологою тканиною.
11. Люди навчилися керувати опадами. Наприклад, знаючи, що на півдні України взимку часто немає опадів, за допомогою літаків у хмари висівають спеціальні речовини. Вони стають цент рима конденсації, на який утворюються краплини. За дві доби роботи літаків 150 000га ланів Софіївського та Криворізького районів Дніпропетровської області вкриті шаром снігу товщиною 3см.
12. З випаровуванням води пов’язані процеси живлення рослин, а отже і їх ріст і розвиток. На різних фазах розвитку рослина поглинає різних об’єм води з ґрунту. Зі збільшенням листкової поверхні рослин ґрунт стає краще захищеним від сонячних променів, менш нагрівається та менше вологи випаровується, але при цьому зростає витрата води на випаровування з поверхні листка.
13. Теплоту, що виділяється при конденсації пари, використовують для обігрівання та опалення приміщень.
14. Упродовж літа на випаровування одна рослина витрачає приблизно 1,5 -2л, а все пшеничне поле площею 1га 300-400т води. Правильний і своєчасний обробіток ґрунту зменшує випаровування на 25-30%. 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.

 

Використання українського фольклору.

Поясніть зміст приказок та прислів’я з точки зору фізики.

• Роса велика – на гарну погоду.
• Довго після дощу не висихає роса – чекай знову дощу.
• Золоті хмари – а вітер, рожеві – на дощ.
• Літні тумани – на ясну погоду.
• Туман стелиться вранці по воді – на гарну погоду, а піднімається вгору – на дощ.

 

Пояснюється вологістю атмосфери, явищами конденсації й випаровування.

 

Складання опорних схем.

 

VІ. Підсумок уроку

 

Бесіда.

Про яке явище йдеться у рядках:

М. Познанська

Це жито липневе у полі

Дало соломи на бриля.

Прив’яло листя на тополі,

Від спеки аж пашить земля.

Дайте відповідь на запитання:

Як ви можете пояснити утворення туману?

Куди зникають калюжі після дощу?

Що таке випаровування?

Що таке конденсація?

Що таке пароутворення?

Від чого залежить випаровування?

 

VІІ. Домашнє завдання

 

Опрацювати відповідний параграф підручника. Вивчити основні поняття.

Творче завдання:

Підготувати повідомлення про утворення туману, дощу, снігу.