Кипіння. Питома теплота пароутворення.
Кипіння. Питома теплота пароутворення. 8 клас
Вміст розробки
Цілі:ознайомити учнів із явищем кипіння; навчити пояснювати процес кипіння на основі молекулярно-кінетичної теорії; розглянути фізичні особливості кипіння. Заохочувати учнів до подолання труднощів у процесі розумової діяльності, виховати інтерес до фізики.
Демонстрації:спостереження процесу нагрівання та кипіння води в скляній колбі; кипіння води при підвищених та знижених тисках.
I. Організаційний момент
II. Вивчення нового матеріалу
План викладу нового матеріалу;
1. Процес кипіння. Демонстрація кипіння.
2. Температура кипіння.
3. Температура кипіння при зниженому тиску.
4. Питома теплота пароутворення.
5. Розрахунок кількості теплоти при пароутворенні та конденсації.
1. Урок можна розпочати з пояснення нового матеріалу. Але оскільки питання пароутворення та кипіння тісно пов'язані, спочатку потрібно нагадати основні особливості процесу випаровування:
- по-перше, випаровування рідини йде за будь-якої температури;
- по-друге, молекули рідини залишають її лише з поверхні. При цьому процес випаровування супроводжується зменшенням внутрішньої
енергії рідини та за відсутності підведення тепла до рідини її температура повинна неухильно зменшуватися.
Але є ще один вид пароутворення. Це -кипіння.
Дуже зручно показати зародження цього процесу при нагріванні води у широкій колбі.
При цьому можна помітити на дні та стінках колби на початку нагрівання маленькі бульбашки повітря: за нормальних умов у воді багато розчинених газів. У міру нагрівання тиск у цихбульбашках збільшується за рахунок збільшення швидкості руху молекул, і обсяг бульбашок зростає.
Під час демонстрації досвіду вчитель ставить запитання:
- Які сили діють на пляшечку повітря, наповнений пором,
коли він знаходиться усередині рідини?
Зі зростанням обсягу бульбашки виштовхує сила Архімеда, що діє на нього, збільшується, і бульбашка починає спливати. На поверхні води бульбашка лопається, і пара з нього йде в повітря. Ми спостерігаємо процес кипіння.
Кипіння - процес пароутворення, що відбувається по всьому об'єму рідини при постійній температурі.
2. Температура, за якої відбувається кипіння, називаєтьсятемпературоюкипіння.Для води за нормальних умов вона дорівнює гй = 100 °С.
Вчитель ставить запитання:
– Чому в процесі кипіння температура залишається постійною?
- На що витрачається енергія, що підводиться до рідини під час кипіння? Легко зрозуміти, чому при кипінні температура води залишається постійною: вся кількість теплоти від пальника йде на підтримку внутрішньої енергії окропу - адже повітряні бульбашки з парою забирають значну енергію при відриві від поверхні рідини.
3. Далі вчитель може показати дуже яскравий досвід демонструє кипіння води, наприклад, при 70 °С.
Для цього досвіду із колби з водою, нагрітою до цієї температури, починаємо за допомогою насоса Комовського відкачувати повітря. Через деякий час вода всередині колби починає вирувати – розпочнеться процес кипіння.
Пояснення цього явища таке: при зменшенні тиску повітря над поверхнею води повітряним бульбашкам легше спливати. Тому вони це роблять за меншої температури. Саме тому високо у горах, на висотах 6000-8000 м ми не зможемо зваритисуп або шматок м'яса. Температура кипіння таких висотах 70-50 °З. Температуру кипіння можна збільшити. Це можна зробити за допомогою автоклавів – потужних котлів, у яких створюють надлишковий тиск. Воду можна змушувати кипіти при температурі 200-350 °С. Автоклав використовують для стерилізації медичних інструментів.
На тому ж принципі працюють і «скороварки» - каструлі із кришкою, що щільно прилягає. За рахунок тиску пари над водою створюється тиск до 200 кПа та вода кипить при / = 110-120 °С.
Підвищуючи тиск ми знижуємо температуру кипіння. Саме на цьому принципі працюють холодильні апарати.
Деякі складні рідини, наприклад, нафта складаються з різних фракцій з різними температурами кипіння. При нагріванні нафти шляхом випаровування можна розділяти на складові (мазут, бензин).
Підсумовуючи уроку, слід звернути увагу учнів виконання домашнього експериментального завдання . необхідно пояснити явища, що спостерігаються в дослідах.
4. Будь-який процес випаровування йде зі зниженням внутрішньої енергії рідини. Тому, як тільки припиняється доступ енергії для окропу, процес випаровування за допомогою кипіння припиняється.
Так як кипіння йде при постійній температурі, то вся енергія йде на повідомлення рідини такої енергії, коли бульбашки з парою могли підніматися вгору.
Досвідченим шляхом було встановлено, що за нормальних умов перетворення 1 кг води на пару за нормальної температури кипіння потрібно 2,3 МДж енергії. Для перетворення 1 кг ефіру на пару потрібно 0,4 • 10 б Дж енергії.
Під питомою .теплотою пароутворення г розуміють ту кількість теплоти, яке необхідно для перетворення в пар 1 кг рідини при температурі кипіння.
Для різних рідинЗначення питомої теплоти пароутворення визначені та є табличними величинами.
5. Знаючи значення питомої теплоти пароутворення, легко знайти кількість теплоти, яка йде на перетворення на пару рідини.
Для визначення кількості теплоти в цьому випадку можна використати таку формулу:
Очевидно, що якщо пара конденсується, то в довкілля виділяється кількість теплоти, що дорівнює:
Знак "-" вказує на те, що речовина віддає тепло. При цьому пара перетворюється на рідину, яка має таку ж температуру, яку мала пара при конденсації. Конденсація, як і випаровування, йде при постійній температурі.
III.Закріплення вивченого
Якщо наприкінці уроку залишається час, можна колективно розібрати ряд простих завдань із вивченої теми:
Яка з рідин – вода, ртуть чи ефір – кипить за найнижчої температури?
У якому агрегатному стані перебуває при нормальному тиску спирт за 100 °С і вода за 100 °С? Що має більшу внутрішню енергію: вода при температурі 100 °С або її пара тієї ж маси при тій же температурі?
1. § 18 підручника; питання та вправи до параграфу.
2. Збірник завдань В. І. Лукашика, № 1109-1111.