2-й семестр

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

1. Свойства газов, жидкостей, твердых тел

Урок 10/81

Тема. Парообразование и конденсация

Цель урока: повторить и углубить знания учащихся о испарение и конденсацию; познакомить с понятием «насыщенная и ненасичена пара»

Тип урока: изучение нового материала

План урока

ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА

1. Парообразования

Процесс превращения жидкости в пар называется парообразованием. Если парообразование происходит со свободной поверхности жидкости, называется испарением. Испарение происходит при любой температуре: например, вода постепенно «выветривается» из любой открытой емкости.

От каких же факторов зависит скорость испарения? Проделав ряд опытов и проанализировав их результаты с учащимися, можно сделать вывод, что скорость испарения зависит:

а) от температуры жидкости;

б) от рода жидкости;

в) от величины свободной поверхности жидкости;

г) от скорости удаления паров с поверхности жидкости.

Наблюдения и опыты показывают, что испаряются и твердые тела. Испаряется, например лед, поэтому белье высыхает и на морозе. Испаряется нафталин, поэтому мы чувствуем его запах. Этот процесс называют сублимацией.

Одновременно с испарением происходит переход молекул из пара в жидкость (конденсация). Как правило, конденсация происходит на поверхности жидкости или твердого тела, или же требует наличия в газе центров конденсації. их роль играют различные примеси или пылинки. Конденсация пара сопровождается выделением энергии. Пара конденсата объясняет образование облаков, выпадение росы.

2. Молекулярная картина испарения

Среди молекул жидкости всегда есть молекулы, кинетическая энергия которых достаточна для того, чтобы, преодолев притяжение других молекул и вылететь из жидкости. Именно по этой причине и происходит испарение. А поскольку жидкость покидают самые быстрые молекулы, средняя кинетическая энергия молекул, что остались, уменьшается. Вот почему жидкость при испарении охлаждается.

3. Кипения

Учащиеся должны четко представлять, что общего между кипением и испарением, и в чем заключается существенное различие между ними. Кипения, как и испарение - это парообразование. Испарение происходит с поверхности жидкости при любой температуре и с любым внешним давлением; а кипение - это парообразование во всем объеме жидкости по характерной для каждого вещества температуры, которая зависит от внешнего давления.

Ø Кипение - это интенсивный переход жидкости в пар, который відбуваєься во время образования пузырьков пара во всем объеме жидкости при определенной температуре.

Температуру, при которой жидкость кипит, называют температурой кипения. Во время кипения температура жидкости не меняется. Каждое вещество имеет свою температуру кипения. Чтобы температура испарения жидкости не менялась, к жидкости необходимо подводить определенное количество теплоты. Для характеристики энергетических затрат на испарение жидкостей вводится понятие удельной теплоты парообразования.

Удельная теплота парообразования L численно равна количеству теплоты, необходимой для того, чтобы обратить в пар 1 кг жидкости при неизменной температуре:

Если жидкость сначала нужно нагреть до температуры кипения, а затем превратить в пар, то общее количество теплоты равно:

4. Насыщенная и ненасичена пара

Лужи после дождя за ветреной погоды сохнут быстрее, чем при той же температуре в безветрие. Это доказывает следующее: для испарения жидкости нужно, чтобы пара, которая образуется, исчезала.

Если испарение происходит в закрытом сосуде, то через некоторое время количество жидкости в сосуде прекратит уменьшаться, хотя быстрые молекулы будут переходить в пар. Это происходит потому, что одновременно с испарением в сосуде происходит конденсация.

Если уровень жидкости не меняется, это означает, что оба процесса идут с одинаковой скоростью, то есть за каждую секунду жидкость покидает в среднем столько же молекул, сколько их переходит из пара в жидкость. В этом случае говорят, что жидкость и пар находятся в динамическом равновесии.

Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным паром.

Именно такая пара находится над поверхностью жидкости в закрытом сосуде. Если процесс испарения идет быстрее процесс конденсации, говорят, что над жидкостью находится ненасичена пара. Если воздух из сосуда, в которой находится жидкость, предварительно откачан, то над поверхностью жидкости будет находиться только насыщенный пар.

Вопрос к ученикам во время изложения нового материала

1. Почему испарение жидкости происходит при любой температуре?

2. Как можно объяснить, что при одних условиях одни жидкости испаряются быстрее, другие - медленнее?

3. Какие явления природы объясняются конденсацией пара? Приведите примеры.

4. Какие явления наблюдаются в жидкости перед тем, как жидкость начинает кипеть?

5. Откуда берутся в жидкости «быстрые» молекулы?

6. Чем отличается насыщенный пар от ненасыщенного?

ЗАКРЕПЛЕНИЕ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА

1). Тренируемся решать задачи

1. Кружка с водой плавает в кастрюле, стоящей на огне. Или закипит вода в кружке?

2. Объясните:

а) сходство между насыщенным паром и идеальным газом;

б) разницу между ними.

3. Как объяснить, что динамическое равновесие в различных жидкостей наступает при разных температурах?

4. Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы нагреть 5 кг воды от 0 °С до кипения и испарить ее?

5. В колбе находилась вода с 0 °С. Выкачивая из колбы воздух, заморозили всю воду с помощью собственного испарения. Какая часть воды при этом испарилась?

2). Контрольные вопросы

1. Если накрыть банку крышкой, то уровень воды в ней не будет снижаться. Означает ли это, что крышка «останавливает» испарение воды?

2. Почему вы чувствуете холод, исходя из реки после купания?

3. Почему горячий чай остынет гораздо быстрее, если его перелить из стакана в маленькую тарелку?

4. Почему ожог паром опаснее за ожог кипятком?

5. Что такое кипение? Чем оно отличается от испарения? Что общего в этих процессах?

Что мы узнали на уроке

• Процесс превращения жидкости в пар называется парообразованием. Если парообразование происходит со свободной поверхности жидкости, называется испарением.

• Процесс перехода молекул из пара в жидкость называют конденсацией.

• Кипение - это интенсивный переход жидкости в пар, который происходит при образовании пузырьков пара по всему объему жидкости при определенной температуре.

• Удельная теплота парообразования L численно равна количеству теплоты, необходимой для того, чтобы обратить в пар 1 кг жидкости при неизменной температуры.

• Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называют насыщенным паром.

Домашнее задание

1. Конспект.

2. Решить задачи:

г1): 1. Какое значение имеет для организма выделение пота?

2. Какое количество теплоты потребуется, чтобы испарить 20 г воды, взятой при температуре кипения (с нормальным атмосферным давлением)?

3. Домохозяйка забыла снять с плиты чайник с кипящей водой. Какое количество теплоты передано воде, если выкипела вода массой 0,5 кг?

4. Какое количество теплоты выделяется в результате конденсации 50 г водяного пара при температуре 100 °С?

р2): 1. Почему наблюдать конденсацию пара значительно легче испарения жидкости?

2. Один стакан доверху заполнена горячим чаем, а вторая - горячим бульоном с такой же температурой. Какая из жидкостей остынет быстрее? Почему?

3. В калориметрі находится вода массой 500 г при температуре 20 °С. Сколько пара с температурой 100 °С нужно впустить в калориметр, чтобы повысить температуру до 40 °С?

4. В калориметрі находится вода массой 300 г при температуре 30 °С. Сколько пара с температурой 100 °С нужно впустить в калориметр, чтобы повысить температуру до 60 °С?

Г3): 1. В какую погоду образуются сосульки? Если в морозную - то откуда берется вода? Если мужчине - то почему вода замерзает?

2. Космонавт на поверхности Луны открыл ампулу с водой. Что будет происходить с водой?

3. 4 кг воды, взятой при температуре 20 °С, нагрели до кипения и полностью выпарили. Определите, сколько газа нужно было, если КПД нагревателя 25 %.

4. В кастрюлю налили холодную воду (10 °С) и поставили на электроплитку. За 10 минут вода закипела. За какое время она полностью испарится?