Реферат на тему кипение по физике 8 класс
Обновлено: 02.07.2024
Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!
Кипение – процесс парообразования в объеме перегретой жидкости (температура > температуры насыщения). Характеризуется образованием новых поверхностей раздела фаз.
Сведения о жидкостях.
Характерно сохранение объема, но принимает форму сосуда в котором она находится. Для жидкостей характерно сохранение ближнего порядка расположения молекул.
Френкель предложил такое строение жидкости: если рассмотреть объем жидкости, то молекула совершает колебательное движение около положения равновесия и перескакивает на другое место.
Продолжительность колебания для определенного вещества при определенной температуре – величины определенные с увеличением температуры длительность колебаний уменьшается и в пределе жидкость ведет себя как газ, снижается вязкость жидкости.
Поверхностное натяжение жидкости.
Рассмотрим некоторый объем жидкости имеющую свободную поверхность.
Т.о. поверхностный слой жидкости обладает дополнительной энергией, которая является основной составляющей внутренней энергии жидкости. Жидкость ведет себя как бы она была заключена в упругую оболочку. Система стремится занять положение соответствующее минимуму энергии.
Рассмотрим каплю жидкости в газе или паровой пузырь находящийся в жидкости.
Рассечем каплю жидкости и рассмотрим две полусферы
Средняя длина поверхности :
поправка Лапласа на избыточное давление.
Всё сказанное о силах поверхностного натяжения применительно жидкости справедливо и для твердых тел, поэтому при рассмотрении явлений на границе раздела фаз нельзя говорить о поверхностном натяжении какой-либо среды, надо рассматривать их во взаимодействии.
Граница раздела принимает форму соответствующего минимального суммарного раздела.
схема сил действующих на линии раздела трех фаз.
- краевой угол смачивания, определяется как угол отсчитываемый внутри жидкости и образованный касательными.
Явление превращения вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием. Парообразование может осуществляться в виде двух процессов: испарение и кипение.
Кипение
Второй процесс парообразования — кипение. Наблюдать этот процесс можно с помощью простого опыта, нагревая воду в стеклянной колбе. При нагревании воды в ней через некоторое время появляются пузырьки, в которых содержатся воздух и насыщенный водяной пар, который образуется при испарении воды внутри пузырьков. При повышении температуры давление внутри пузырьков растёт, и под действием выталкивающей силы они поднимаются вверх. Однако, поскольку температура верхних слоёв воды меньше, чем нижних, пар в пузырьках начинает конденсироваться, и они сжимаются. Когда вода прогреется по всему объёму, пузырьки с паром поднимаются до поверхности, лопаются, и пар выходит наружу. Вода кипит. Это происходит при такой температуре, при которой давление насыщенного пара в пузырьках равно атмосферному давлению.
Процесс парообразования, происходящий во всем объёме жидкости при определённой температуре, называют кипением. Температуру, при которой жидкость кипит, называют температурой кипения.
Эта температура зависит от атмосферного давления. При повышении атмосферного давления температура кипения возрастает.
Опыт показывает, что в процессе кипения температура жидкости не изменяется, несмотря на то, что извне поступает энергия. Переход жидкости в газообразное состояние при температуре кипения связан с увеличением расстояния между молекулами и соответственно с преодолением притяжения между ними. На совершение работы по преодолению сил притяжения расходуется подводимая к жидкости энергия. Так происходит до тех пор, пока вся жидкость не превратится в пар. Поскольку жидкость и пар в процессе кипения имеют одинаковую температуру, то средняя кинетическая энергия молекул не изменяется, увеличивается лишь их потенциальная энергия.
На рисунке приведён график зависимости температуры воды от времени в процессе её нагревания от комнатной температуры до температуры кипения (АВ), кипения (ВС), нагревания пара (CD), охлаждения пара (DE), конденсации (EF) и последующего охлаждения (FG).
Удельная теплота парообразования
Для превращения разных веществ из жидкого состояния в газообразное требуется разная энергия, эта энергия характеризуется величиной, называемой удельной теплотой парообразования.
Удельная теплота парообразования (L) — это величина, равная отношению количества теплоты, которое нужно сообщить веществу массой 1 кг, для превращения его из жидкого состояния в газообразное при температуре кипения.
Единица удельной теплоты парообразования — [L] = Дж/кг.
Чтобы рассчитать количество теплоты Q, которое необходимо сообщить веществу массой тп для его превращения из жидкого состояния в газообразное, необходимо удельную теплоту парообразования (L) умножить на массу вещества: Q = Lm.
При конденсации пара выделяется некоторое количество теплоты, причем его значение равно значению количества теплоты, которое необходимо затратить для превращения жидкости в пар при той же температуре.
Тип урока : изучение нового материала.
Сформировать понятие о процессе кипения, как парообразования; выявить основные особенности кипения: образование пузырьков, шум, предшествующий кипению, постоянство температуры кипения, зависимость температуры кипения от внешнего давления; ввести новую физическую величину – удельную теплоту парообразования (конденсации).
Формировать представление о процессе научного познания, формировать интеллектуальные умения: анализировать, выделять главное, делать выводы, логического мышления .
Развивать интерес к предмету, формировать научное мировоззрение, воспитывать у учащихся внимательное, доброжелательное отношения к ответам одноклассников, проявлять самостоятельность в учебной работе и стремление к сотрудничеству.
Основные знания и умения :
Знать физическую сущность процесса кипения, уметь решать задачи на расчет количества теплоты, необходимого для превращения жидкости в пар и при конденсации.
Демонстрации: кипение воды
Методы обучения : словесный, практический, наглядный.
Необходимое оборудование : учебник физики для 8 класса (авт. Перышкин А.В.), тетрадь, компьютер, медиа проектор, экран, ресурсы ЭОР, презентация, электрический чайник, сделанный из жаропрочного стекла.
- Организационный момент.
- Актуализация знаний.
- Объяснение нового материала.
- Закрепление изученного материала.
- Итого урока. Домашнее задание.
- Рефлексия.
-Дорогой друг, вы можете неограниченно увеличивать время нагревания чайника, вода будет сильно бурлить, но температура воды от этого не повысится – сказал Шерл Холмс.
На демонстрационном столе стоит чайник. Учитель включает чайник без крышки в сеть. Пока вода будет нагреваться, учитель задает вопросы учащимся.
- Что называется парообразованием?
- Какие два способа парообразования вы знаете?
- Какое явление называется испарением?
- Объясните механизм испарения с молекулярной точки зрения.
- Есть ли у веществ фиксированная температура, при которой начинается испарение?
- От чего зависит скорость испарения жидкости?
- Что называют конденсацией пара?
- При каких условиях происходит конденсация пара?
Объяснение нового материала.
Кипение - это процесс парообразования, идущий по всему объему жидкости.
Рассмотрим механизм кипения.
Что вы наблюдаете?
Почему появляются пузырьки?
Они начинают появляться задолго до кипения. При нагревании воды, растворенный в ней газ расширяется и пузырьки увеличиваются. В эти пузырьки испаряется вода. Пузырек, наполненный паром, при достаточно высокой температуре начинает раздуваться.
Почему пузырьки поднимаются вверх?
Достигнув определенных размеров, пузырек отрывается от дна, поднимается к поверхности воды и лопается. При этом пар покидает жидкость. Если вода прогрета недостаточно, то пузырек пара, поднимаясь в холодные слои, схлопывается. Слышен шум.
На воздушный пузырек на дне сосуда действует подъемная сила:
Fпод = Fархимеда - Fтяжести
Кипение происходит не при любой температуре как испарение, а при определенной.
Температура, при которой жидкость кипит – называется температурой кипения.
(Работа с таблицей 5 учебника стр. 45).
Рассмотрим график процесса нагревания и кипения жидкости. Горизонтальный участок графика свидетельствует, что при кипении температура не изменяется.
Рисунок 4
Почему при кипении температура жидкости не изменяется?
Вся энергия расходуется на интенсивное парообразование. Если к жидкости не подводится энергия, то кипение прекращается. Испаряющаяся жидкость быстро остывает.
С ростом давления увеличивается температура кипения жидкости и наоборот. Давление воздуха уменьшается с увеличением высоты. Значит, температура кипения жидкости с увеличением высоты уменьшается. На самой высокой горе Джомолунгме (Гималаи) на высоте 8848 м вода кипит при температуре 70 о С.
В кастрюле – скороварке температура кипения – равна 120 о С при давлении 200 кПа.
- Как вы думаете, одинаковое ли количество теплоты требуется для кипения различных жидкостей равной массы, взятых при температуре кипения?
-Потребуется разное количество теплоты.
- Правильно. Кипение - парообразование, сопровождающееся быстрым ростом пузырьков. Очевидно, к жидкости необходимо подводить определенное количество теплоты. Это количество теплоты идет на образование пара.
Это количество теплоты характеризует физическая величина, называемая удельной теплотой парообразования. Эта величина обозначается буквой L, ее единица измерения в системе СИ Дж/кг.
Удельная теплота парообразования – это физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо, чтобы жидкость массой 1кг обратить в пар при температуре кипения.
Посмотрим в таблицу на странице 49 учебника. Например, удельная теплота парообразования воды 2,3*10 6 Дж/кг. Это значит, что для обращения в пар 1кг воды при температуре кипения нужно затратить 2,3*10 6 Дж энергии. Чему равна удельная теплота парообразования спирта?
- Удельная теплота парообразования спирта 0,9*10 6 Дж/кг
- Что означает это число?
- Это значит, что для обращения в пар 1 кг спирта при температуре кипения нужно затратить 0,9*10 6 Дж энергии.
- Следовательно, при температуре кипения внутренняя энергия вещества в парообразном состоянии больше внутренней энергии такой же массы вещества в жидком состоянии. Вот почему ожег паром при температуре 100 o С опаснее, чем ожег кипятком (Слайд 12).
Теперь ответьте на вопрос: если снять крышку с кипящего чайника, что можно на ней увидеть?
- Мы увидим там капельки воды.
- Как вы объясните их появление?
- Пар, соприкасаясь с крышкой, конденсируется
- При конденсации пара энергия выделяется. Опыты показывают, что пар, конденсируясь, выделяется точно такое же количество теплоты, какое было затрачено на его образование. Освобождающаяся при конденсации пара энергия может быть использована. На тепловых электростанциях отработанным в турбинах паром нагревают воду, затем ее используют для отопления зданий и на предприятиях бытового обслуживания: банях, прачечных и т.п.
Чтобы вычислить количество теплоты, необходимое для превращения жидкости любой массы в пар при температуре кипения, нужно удельную теплоту парообразования умножить на массу.
Количество теплоты, которое выделяет пар любой массы, конденсируясь при температуре кипения, определяется этой же формулой.
Итак, теперь вы знаете два способа парообразования: испарение и кипение. Кто скажет, чем отличаются эти процессы?
Ученик : Испарение происходит с поверхности жидкости, а кипение по всему объему жидкости.
Ученик : Испарение происходит при любой температуре, а кипение – при определенной температуре. У каждой жидкости своя температура кипения.
Ученик : При испарении температура жидкости уменьшается, а при кипении не изменяется.
Учитель : Как вы думаете, где кипящая вода горячее: на уровне моря, на вершине горы или в глубокой шахте?
Ученик : Я думаю, вода будет горячее в глубокой шахте, так как атмосферное давление на глубине будет выше, следовательно, вода будет кипеть при более высокой температуре.
Учитель : По какой формуле можно рассчитать количество теплоты, затраченное на парообразование или выделяющееся при конденсации пара?
Ученик : Его можно рассчитать по формуле Q = Lm.
Учитель : Попробуем устно вычислить количество теплоты для следующих случаев:
Из курса физики 8 класса известно, что вещества в обычных условиях могут иметь три агрегатных состояния: твёрдое, жидкое и газообразное. Если переход из жидкого состояния в газообразное происходит по всему объёму жидкости, такой переход называется кипением. Рассмотрим эту тему подробнее, разберём механизм этого физического явления и его особенности.
Кипение жидкости
Главным отличием состояния молекул в жидкости и газе является их разная кинетическая энергия. Молекулы жидкости движутся с относительно небольшими скоростями и находятся близко друг к другу. Молекулы газа движутся значительно быстрее и находятся на больших расстояниях. Следовательно, для перехода в газообразное состояние молекулы должны получить дополнительную тепловую энергию.
Рис. 1. Молекулы в жидкости и в газе
При этом он начинает выталкиваться вверх, по пути захватывая все больше таких быстрых молекул, и увеличиваясь в размерах. По мере роста температуры жидкости таких пузырьков с насыщенным паром становится всё больше, и при некоторой температуре весь объём жидкости заполняется такими пузырьками.
Переход жидкости в пар, происходящий одновременно во всем объёме жидкости, называется кипением.
Рис. 2. Кипение жидкости в физике.
Свойства кипения
Таким образом, кипение начинается тогда, когда давление насыщенного пара сравнивается с давлением внутри жидкости. Из формулы уравнения Менделеева — Клапейрона следует, что это давление растёт с повышением температуры. Если увеличить внешнее давление, то это приведёт к увеличению давления насыщенного пара, следовательно, кипение прекратится. И наоборот, при уменьшении внешнего давления жидкость может начать кипеть даже без подвода к жидкости дополнительного тепла.
Получается, что в процессе кипения вся тепловая энергия, подводимая к жидкости, тратится на образование пара, а не на нагревание жидкости. Каждый килограмм пара для образования требует некоторое количество тепловой энергии, и эта энергия называется удельной теплотой кипения, или парообразования. Для её определения используются справочные таблицы. Температура пара при этом равна температуре жидкости (для воды в нормальных условиях — 100 °С).
Рис. 3. Нагревание на водяной бане
Что мы узнали?
Кипение — это переход жидкости в газообразное состояние сразу по всему объёму жидкости. Такой переход начинается тогда, когда давление насыщенного пара сравняется с давлением внутри жидкости. Во время кипения температура жидкости не повышается потому, что всё подводимое тепло уходит на газообразование.
Читайте также: