Урок "Кипіння. питома теплота пароутворення"

Кипіння. Питома теплота пароутворення.

Мета:  сформувати знання учнів про кипіння та його характерні ознаки; розглянути процес кипіння; сформувати уявлення учнів про залежність температури кипіння від зовнішнього тиску; увести формулу необхідну для розрахунку кількості теплоти необхідної для перетворення рідини на пару і виділяється під час конденсації; увести поняття питомої теплоти пароутворення;

•    Продовжити формування експериментальних навичок, умінь аналізувати   результати експерименту;
•         Продовжити формування наукового світогляду учнів з використанням   властивостей пароутворення в побутових і технологічних процесах;

Тип уроку:  урок засвоєння нових знань.

Обладнання:  термометри (фіз.. 2 шт.), електричний чайник, холодна і гаряча  вода, мед. шприц, презентація, ПК, мультимедійний проектор.

Микола Іванович Вавилов казав:

«Навіть у найпрекрасніших своїх

мріях людина не може уявити собі

нічого прекраснішого ніж природа»

І. Організаційний.

Український філософ Г. Сковорода казав: «Природа приємний наставник і навіть не стільки приємний скільки обережний і вірний. У природі нема нічого безкорисного. Вона може все і все створює…».

А так як фізика  - це наука про природу то і сьогодні  ми будемо спостерігати її цікаві явища.

ІІ. Перевірка д/з.

    Актуалізація опорних знань.

    Давайте пригадаємо що ми вивчали на попередніх уроках. А допоможе нам у цьому наш путівник по країні «Теплові явища».

1.                   В  яких агрегатних станах перебуває речовина?

2.                   Які фізичні процеси зображені на картинках:

               плавлення

               кристалізація

                                                 пароутворення

                                                 випаровування

               конденсація

ІІІ. Вивчення нового матеріалу.

На попередньому уроці ми говорили, що пароутворення відбувається двома способами: випаровуванням та кипінням.

Випаровування – це процес пароутворення з вільної поверхні рідини, а що таке кипіння дізнаємося на сьогоднішньому  уроці.

Тема сьогоднішнього уроку:

Кипіння. Питома теплота пароутворення.

Розглянемо більш детально процес кипіння. У рідині завжди є розчинене повітря. Зверніть увагу, що на стінках є певна кількість бульбашок.  Бульбашки – це повітряні кульки. Вони з’являються внаслідок розчинення газу, в даному випадку повітря .

У ході нагрівання бульбашки повітря стають крупнішими і численнішими. Зростає сила Архімеда, і вони спливають, із них клубами виходить пара.

Як потрапляє пара в середину бульбашки?

Бульбашка має об’єм у сотні мільйонів раз більший за об’єм молекули води. А ми знаємо, що випаровування відбувається при будь - якій температурі. Молекули відриваються від поверхні води. В тому числі і від поверхні повітряної бульбашки, і потрапляють до неї всередину. Отже при будь – якій температурі у бульбашці є водяна пара, яка чинить певний тиск на її стінки. Чим вища температура тим більша кількість пари знаходиться у бульбашці. І тим більший тиск цієї пари. Кипіння відбувається тоді коли тиск насиченої пари в бульбашці дорівнює атмосферному тиску. Зростання тиску в середині бульбашки в свою чергу призводить до збільшення об’єму. На бульбашку діє сила Архімеда і коли розміри бульбашки збільшуються , то і сила Архімеда зростає.

(F_A= ρ_pgV)

Врешті-решт настає момент, коли бульбашка під дією сили Архімеда вспливає на поверхню рідини. На місцях бульбашок, що відірвалися, залишається невелика кількість газу – це зародки  нових бульбашок.

Відео :

«Кипіння води            Ось бачимо, на стінках склянки є невеликі бульбашки, але з              

в хімічній склянці»      часом вони зростають, відриваються від стінок склянки і   

                               піднімаються на поверхню.      Чим довше ми будемо                                                                                                                                                      нагрівати, спостерігаємо, що бульбашки все більші і все швидше піднімаються вгору.  Вода кипить.

Дослід: «Кипіння води у чайнику»

(Пояснення кипіння води у чайнику)

У воді у чайнику, також є розчинене повітря. Верхні шари рідини певний час холодніші за нижні, тому у верхніх шарах водяна пара в бульбашках конденсується і бульбашки охолоджуються. Цей процес супроводжується шумом і утворенням численних дрібних бульбашок. Вода стає каламутною. Говорять, що вона «кипить білим ключем».

Коли вся рідина прогріється, бульбашки, піднімаючись уже не зменшуються в об’ємі, а навпаки будуть збільшуватися, адже всередину бульбашок активно випаровується вода. Досягнувши поверхні рідини бульбашки лопаються і викидають назовні значну кількість водяної пари. Так відбувається бурхливе випаровування з усього об’єму рідини.

Вода при цьому вирує і клекоче.

Ми кажемо що вода закипіла.

Кипіння – це процес пароутворення, який відбувається в усьому обємі рідини і супроводжується утворенням і зростанням бульбашок пари.

Вимірявши температуру переконаємося, що термометр показує температуру 100 ^ͦС.

При цьому покази термометра не змінюються, кипіння відбувається за сталої температури.

Температуру за якої рідина кипить називають температурою кипіння.

З’ясуємо від яких чинників залежить температура кипіння.

- для початку, розглянемо випадок, коли вода кипить у щільно закритій посудині.

Пара збирається на поверхні води. Тиск на поверхні рідини збільшується.

- кипіння на якийсь час припиняється, а температура рідини почне підвищуватися.

Вона закипає при більшій температурі.

Такий принцип дії у сучасній каструлі – скороварці.

- також за принципом зростання температури кипіння води при високому тиску працює такий прилад як автоклав.

Розглянемо дослід з теплою водою в колбі із якої будемо відкачувати повітря. Через якийсь час тиск над поверхнею рідини змешиться і вода закипить при температурі менше ніж 100 ^ͦС.

(дослід з шприцем: кипіня води у шприці)

Пояснення досліду: над рідиною під поршнем знаходиться дуже розріджене повітря і вода закипає t = 40 ^ͦ C, 50 ^ͦС .

Кипіння води при температурі менше 100 ^ͦС спостерігають туристи в горах. У підніжжі гори t_{кипіння}= 100 ^ͦС за нормального атмосферног тиску. А з підніманням в гори а.т. зменшується і зменшується температура кипіння води.

Так на кожні 300 м. висоти температура кипіння зменується на 1 ^ͦС.

Спостерігаючи за кипінням різних речовин: води, спирту, олії приходимо до висновку що температура кипіння різних речовин за нормального а.т. різна у спирту – 78 ^ͦС, в олії – 310 ^ͦС, ось чому опік олією є більш небезпечгий, ніж опік води. Отже, температура  кипіння залежить від роду рідини.

Температура кипіння залежить від наявності в ній розчиненого газу.

Тобто, якщо довго кип’ятити воду, в такий спосіб видаливши з неї весь розчинений газ, то повторно цю воду можна буде лише нагріти до темпрератури, що перевищує 100 ^ͦС. Таку воду називають перегрітою.

Температуру кипіння вимірюють дослідним шляхому і заносять до таблиць.

 У ваших підручниках така таблиця знаходиться на ст. 230.

Отже можемо зробити висновок, що температура кипіння залежить:

       - від зовнішнього тиску;

       - роду рідини;

       - наявності в рідині розчиненого газу.

Процесс кипіння – це процесс переходу рідини в пару і цей процесс іде з поглинанням енергії. Тому для підтримання кипіння до рідини потрібно підводити певну кількість теплоти. Ця енергія йде на розривання міжмолекулярних зв’язків і утворення пари.

Численні досліди показують, що кількість теплоти, необхідна для перетворення рідини в пару залежить від роду речовини та маси рідини.

Q = rm

Фізична величина, що характеризує певну речовину і дорівнює кількості теплоти, яку необхідно передати рідині, масою 1 кг., щоб за незмінної температури перетворити її на пару називається питомою теплотою пароутворення.

Питому теплоту пароутворення також визначають дослідним шляхом і заносять до таблиць.

При конденсації пари у рідину виділяється така сама кількість теплоти, яка іде на утворення пари, тобто  Q_кип=Q_конд

IV. Закріплення вивченого.

      Застосування набутих знань.

      Розв’язування задач.

    Вправа 14(1).

• Температура кипіння води на вершині гори Еверест 70 ^ͦС. Поясніть чому?

    Відповідь: тиск на вершині гори значно менший ніж у підніжжя гори.

• А знаючи, що температура кипіння зменшується на 1^ͦС на кожні 300м висоти можемо дізнатися висоту гори.

    Вправа 14(2) 

  Питома теплота пароутворення води  2,3, що це означає?

     Відповідь: для того, щоб перетворити 1 кг води на пару потрібно затратити   2,3 мДж теплоти.

1. Ефір масою 100 г за температури 15 ^ͦС повністю випаровується. Яку кількість теплоти поглинув ефір під час цього процессу?

Дано:             0,1 кг

m = 100 г

t₁ = 15 ^ͦС

t₂ = 35 ^ͦС

r =     0,4∙10⁶

с =2350

 Q – ?

                                                                                                    AB – нагрівання ефіру

                                                                       ВС – випаровування ефіру

                                                                 Q₁=cm Δt    Q₁=2350∙0,1∙20=4700 (Дж)

                                                                 Q₂=r∙m;

  Q₂=0,4∙10⁶∙0,1=0,04∙10⁶Дж                       Q₂=40000 Дж

                                                     Q=Q₁+Q₂

Q= 4700 Дж +40000 Дж =44700 Дж

Відповідь:  44700 Дж

2. Яка кількість теплоти необхідна щоб довести до кипіння й повністю випаровувати 3 кг води взятої за температури 0 ^ͦС?

      Дано:                   

     m = 3к г

     t₁ = 0 ^ͦС

     t₂ = 100 ^ͦС

     r =     0,4∙10⁶

          с = 4200

                    Q – ?

                                                          AB – нагрівання води від 0  ^ͦС до 100  ^ͦС

                                                           ВС – пароутворення

                                                Q₁=cm Δt    Q₁=4200∙3∙(100-0)=1 260 000 (Дж)

~1,3∙10⁶Дж

                                                            Q₂=r∙m;

                                                           Q₂=2,3∙10⁶∙3=6,9∙10⁶ (Дж)

                                                                 Q=Q₁+Q₂

                                                              Q=1,3∙10⁶Дж + 6,9∙10⁶Дж = 8,2∙10⁶  (Дж)

  Відповідь:  8,2∙10⁶Дж

А зараз проведемо експрес-опитування.

1. Пароутворення поділяється на кипіння і конденсацію. (Ні)
2. Процес переходу із рідкого стану в газоподібний називається пароутворення. (Так)
3. Кожна речовина має свою температуру кипіння (Так)
4. Випаровування – це процес пароутворення в усьому об'ємі рідини)

                                                                                         (Ні)

V. Підсумок уроку

     Які фізичні явища зображені на малюнках?

Що таке кипіння?

Які явища спостерігаються  в рідині перед тим. Як вона починає кипіти?

Що  таке температура кипіння?

Чи змінюється температура під час кипіння

Що називають питомою теплотою пароутворення?

VI. Д/з. опрацювати §14 впр. 14(3)

На резерв часу

1. Дано графіки кипіння  різних речовин

Під яким номером графік кипіння води?

І на закінчення 

Задача від бджоли

У літку, в спекотні дні робочі бджоли приносять у вулик  воду. Бджоли, що перебувають у вулику, збирають цю воду і розпилюють її, при цьому безперервно махаючи крильцями. Через деякий час вони перестають забирати воду в робочих бджіл, і ті знову починають приносити нектар.

Поясніть із фізичної точки зору причину інстинктивної поведінки бджіл і сутність спостережуваних явищ.