asyan.org
добавить свой файл
1
Випаровування та конденсація. Кипіння. Питома теплота пароутворення.

Мета уроку: познайомити учнів з процесами випаровування і конденсації, з’ясувати, від чого залежить швидкість випаровування; узагальнити вивчений матеріал з теми питома теплота пароутворення; розвивати логічне мислення; виховувати вміння висловлювати свої думки.

Урок: комбінований.

Хід уроку.

І. Організаційний момент.

Оголошення теми і мети уроку.

ІІ. Актуалізація опорних знань.

  1. Який процес називають плавленням?

  2. Як змінюється температура речовини в процесі плавлення?

  3. Який процес називають кристалізацією?

  4. Порівняйте температури плавлення і кристалізації речовини.

  5. Опишіть процеси, що відбуваються під час плавлення та кристалізації льоду.

  6. Що називають питомою теплотою плавлення речовини?

  7. Яким є фізичний зміст питомої теплоти плавлення?

  8. За якою формулою обчислюють кількість теплоти, що необхідна для плавлення речовини або виділяється під час її кристалізації?

ІІІ. Пояснення нового матеріалу.
У житті ми досить часто спостерігаємо перехід рідин у газоподібний стан: висихають калюжі після дощу, сохне випрана білизна, рівень води у відкритих водоймах улітку знижується тощо. Це явище називається випаровуванням. З позицій атомно-молекулярного вчення його можна пояснити тим, що частина молекул, які мають достатню кінетичну енергію, вилітають за межі поверхні рідини й утворюють пару — газоподібний стан рідини.

Випаровування властиве і твердим тілам (пригадайте, що в морозну погоду мокра білизна вкривається льодом, але також висихає). Для твердих тіл цей процес називається сублімацією.

Енергетичні витрати на випаровування рідин характеризує  питома теплота пароутворення. Це фізична величина, яка визначає кількість теплоти, необхідної для випаровування 1 кг рідини за даної температури. Вона позначається літерою L і Q = L·m.
Числове значення питомої теплоти пароутворення залежить від різних факторів, зокрема від температури і тиску. Наприклад, питома теплота пароутворення води при 0 °С за нормального атмосферного тиску (760 мм рт. ст.) дорівнює 2500 скляну колбу воду й будемо спостерігати, що з нею відбуватиметься під час нагрівання (мал. 147).
 Спочатку на дні і стінках посудини будуть утворюватися бульбашки. Це повітря, яке розчинене у воді внаслідок проникнення в неї молекул газу. Нагрівання води приведе з часом до того, що з підвищенням температури повітряні бульбашки збільшуватимуться   в   об'ємі   (мал. 148). Відбувається внутрішнє випаровування, і всередині бульбашки утворюється водяна пара.
Під час закипання води ми чуємо характерний шум: під дією сили Архімеда бульбашки починають спливати, і в момент досягнення поверхні вони лопаються і водяна пара з шумом виривається назовні. При цьому температура рідини залишається сталою, оскільки вся теплота, що надається рідині, йде на внутрішнє випаровування в усьому її об'ємі. Таким чином, кипіння — це внутрішнє випаровування рідини, внаслідок якого пара, що утворилася всередині, викидається назовні.

Температура, за якої кипить рідина, називається температурою кипіння. У кожної речовини вона має своє певне значення і залежить від різних факторів, зокрема від зовнішнього тиску. Це пояснюється тим, що бульбашкам із парою для виходу назовні треба подолати його протидію. Тому з підвищенням тиску зростатиме температура кипіння, і навпаки, зі зниженням його вона зменшуватиметься. Наприклад, у високих горах вода кипітиме за значно нижчої температури, ніж за нормального атмосферного тиску.
Отже, збільшуючи тиск, можна підвищувати температуру кипіння рідини. Це використовують, наприклад, у каструлях-швидковарках зі щільно припасованою покришкою, в яких вода нагрівається до 120-150 °С за рахунок того, що всередині тиск досягає 2-5 гПа. У спеціальних котлах-автоклавах воду можна нагріти навіть до 250-300 °С.

Разом із випаровуванням у природі спостерігається також зворотний процес, коли за певних умов газ скраплюється й утворюється рідина.

Наприклад, вранці улітку  осить часто випадає роса, восени в разі різкого зниження    температури    повітря утворюється туман тощо.  Процес переходу речовини з газоподібного стану в рідкий називається конденсацією. Як правило, вона відбувається на поверхні рідини або твердого тіла; у газах для цього потрібні  центри  конденсації,  роль  яких  відіграють різні домішки, порошинки тощо.
^ Конденсацією водяної пари в атмосфері пояснюється утворення хмар.

На відміну від випаровування, під час якого теплота поглинається, при конденсації теплота виділяється. її кількість визначають за тією самою формулою, що і теплоту пароутворення: Qп = Lm. Питома теплота конденсації за значенням така сама, як і питома теплота пароутворення.
Крім того, за певних умов можлива конденсація речовини з газоподібного стану відразу в твердий. Так, наприклад, з водяної пари взимку утворюються сніжинки та паморозь на деревах або чудові візерунки на склі вікон у морозну погоду.

Речовина може перебувати в чотирьох фазах або агрегатних станах: в твердому, в рідкому, в газоподібному і в плазменному. Вид фази залежить від внутрішньої енергії речовини, яка є найбільшою в плазменному стані і найменшою в твердому.

Пароутворення - це перехід речовини з рідкого стану в газоподібний.

Конденсація - це перехід речовни з газоподібного стану в рідкий.

Є два види пароутворення:

а) випаровування;

б) кипіння.

Випаровування - це пароутворення, яке відбувається лише з вільної

поверхні рідини, що межує з газоподібним станом.

??? малюнок ???

Під час випаровування вилітають молекули з найбільшою кінетичною енергією, внаслідок чого внутрішня енергія рідини зменшується, тобто рідина охолоджується.

Швидкість випаровування залежить від:

1) роду рідини;

2) площі вільної поверхні;

3) температури рідини;

4) тиску на рідину;

5) густини пари над рідиною.

Перехід речовини з твердого стану в газоподібний, оминаючи рідкий, називають сублімацією.

^ Питóма теплотá випарóвування — кількість теплоти, яку необхідно надати 1 кг речовини, щоб перевести її з рідкого стану в газоподібний при сталій температурі. Питома теплота випаровування вимірюється в Дж/кг.

Питома теплота випаровування дорівнює питомій теплоті конденсації, тобто кількості теплоти, яка виділяється при конденсації 1 кг газу при сталій температурі.

Теплота Q, необхідна для випаровування рідини масою m, дорівнює

Q = mL,

де L - питома теплота випаровування.

^ Фізична природа.

При випаровуванні чи конденсації змінюється агрегатний стан речовини, тобто випаровування і конденсація є фазовими переходами. Цей фазовий перехід є фазовим переходом першого роду, тобто таким, при якому значення термодинамічних потенціалів змінюються скачком. Зазвичай процес випаровування проходить при сталому тиску й при сталій температурі. Термодинамічним потенціалом, який використовується при таких умовах є ентальпія. Теплота, передана рідині йде на те, щоб подолати притягання між молекулами, яке діє в рідкому стані. Питома теплота випаровування дорівнює різниці ентальпій 1 кг речовини в газоподібному й рідкому станах.

q = Wgas − Wliq

ІV. Закріплення нового матеріалу.

 Зробіть висновок про те, як питома теплота пароутворення залежить від температури.

 Який фізичний зміст питомої теплоти пароутворення? Що означає її значення 520  кДж/кг ?

 Як називається процес, зворотний до випаровування? Чим вони відрізняються з енергетичної точки зору?

 У чому полягає суть явища кипіння?

 Чому температура кипіння залежить від зовнішнього тиску?

 Чому в горах вода кипить за нижчої температури, ніж біля підніжжя rip?

 Яким чином можна підвищити температуру кипіння рідини?

Розв’язування задач. ЗЗ І. Ю. Ненашев.

Стор. 152 №33.29, №33.34 – 33.38.

V. Підсумок уроку.

Домашнє завдання: §46,47. Впр.47 №3,5,6.