Насыщенный пар план урока
Обновлено: 28.06.2024
Цель урока: сформировать у учащихся научное, на основе молекулярно-кинетической теории, представление о влажности воздуха.
- образовательные: дать понятие насыщенного и ненасыщенного пара, кипения, влажности воздуха, точки росы; опытным путем определить зависимость давления насыщенного пара от температуры; формировать навыки техники экспериментального определения влажности воздуха с помощью психрометра; ознакомить учащихся с принципом действия приборов для определения влажности воздуха;
- развивающие: развивать творческие способности, логическое мышление, внимание, память;
- воспитательные:воспитание самостоятельности, умения сотрудничать при работе в группах.
Тип урока: урок моделирования учений и навыков.
Оборудование урока: таблицы, психрометр, гигрометры, компьютер, листы А4, фломастеры, видеоматериал.
І. Организационный момент
Учитель. Ребята, природа, которая нас окружает, очень разнообразна. И сегодня снежинки на уроке окрасились в разные цвета. Выберите себе понравившуюся снежинку.
(Учащиеся выбирают снежинки разных цветов – этот цвет определяет группу, в какой ребенок будет работать).
ІІ. Определение цели и задач урока
Учитель. Снежинки не зря к нам сегодня прилетели. Они предлагают каждой группе ассоциации к таким словам: группа синих снежинок – слово вода, группа сиреневых снежинок – слово воздух, группа фиолетовых снежинок – слово дождь, группа зеленых снежинок – слово снег, група коричневых снежинок – слово чайник. (Учащиеся систавляют ассоциативные кусты и записывают их на листах бамаги. После этого обсуждаются возникшые ассоциации и определяются цель, задачи урока (слайды 1, 2).
ІІІ. Актуализация опорних знаний
Учитель. Ребята, мы уже определились чем будем заниматься на уроке. А может нам нет необходимости изучать новую тему? Давайте попробуем ответить на вопросы. Вы можете обсудить ответы в грппах и записать их на листах бумаги. (Вопросы высвечиваються на экране. Учащиеся отвечают на листах).
Вопросы:
– Почему в нашем городе так тяжело переносятся холод и жара?
– Почему в нашем городе так трудно переносится жара даже 25 o С, хотя в других местах и большая температура переносится легче?
– Почему зимой на окнах появляются узоры?
– Почему если на горячий чай дуть, то он остывает быстрее?
– Почему больные люди так внимательно относятся к прогнозу погоды, когда передают влажность воздуха?
Учитель. Вы видите, что не смогли сразу дать ответы. Мы сейчас все ответы проверять не будем, проверим их в конце урока.
ІV. Изучение нового материала
1. Определение насыщенного и ненасыщенного пара. Учитель проводит мультимедийные демонстрации: особенности насыщенных паров, переход ненасыщенного пара в состояние насыщения при уменьшении объёма. На основании этого делаются выводы (слайды 3-4). (Учащиеся самостоятельно формулируют и записывают выводы в тетради).
- Пар, находящийся в термодинамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным.
- Давление пара, при котором жидкость находится в равновесии со своим паром, называется давлением насыщенного пара.
- Давление насыщенного пара зависит только от его химического состава и температуры и не зависит от величины объёма, который он занимает.
- При увеличении температуры, увеличивается не только скорость молекул, но и их концентрация.
2. Изотермы реальных газов (слайд 5). Учитель рассматривает отдельные предельные случаи и вместе с учениками делаются выводы.
- Если температура газа више критической, тогда газ не перейдет в жидкое состояние ни при каком давлении;
- Если температура газа равна критической, тога газ перейдет в жидкое состояние и без перехода в состояние насыщения;
- Если температура газа меньше критической, тогда изотермическое сжатие приведет газ в начале в состояние насыщения, а затем в жидкое состояние.
3. Кипение. Демонстрации: процесс кипения, кипение при пониженном давлении (слайд 6).
- Кипение начинается при температуре, при которой давление насыщенного пара в пузырьках сравнивается с давлением в жидкости;
- Чем больше внешнее давление, тем выше температура кипения;
- Температуру кипения можно понизить, если уменьшать внешнее давление.
4. Влажность воздуха, точка росы (слайды 7).
- Давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали, называется парциальным давлением водяного пара;
- Содержание водяного пара в 1 м 3 воздуха называется абсолютной влажностью;
- Относительной влажностью воздуха называется отношение парциального давления водяного пара, содержащегося в воздухе, к давлению насыщенного водяного пара при той же температуре;
- Температура, при которой водяной пар становится насыщенным, называется точкой росы.
5. Приборы для определения относительной влажности воздуха (слайд 8)
V. Отработка практических навыков и умений
2. Каждая группа учеников за 5 минут составляет обобщенную характеристику различным природным явлениям: туман, тучи, роса, иней, паргелий. Ответы учащихся сравниваются с ответами на слайдах. (Задание подготовить характеристику различных явлений природы было домашним).
3. Решение задач.
Первую задачу учитель решает на доске, вторую – учащиеся решают самостоятельно в тетрадях и т.д.
Задача 1. Найдите относительную влажность водуха, если парциальное давление водяного пара в воздухе при 19 o С было 1,1 кПа.
Задача 2. Найдите относительную влажность воздуха в комнате при температуре 18 o С, если при температуре 10 o С появилась роса.
Задача 3. В 10 л воздуха при температуре 30 o С содержится 0,2 г водяного пара. Какое количество пара сконденсируется, если при постоянной температуре уменьшить объём воздуха вдвое?
Задача 4. Найдите массу 1 м 3 влажного воздуха при температуре 36 o С и давлении 1013 гПа, если относительная влажность его 80%, а давление насыщенного пара при этой температуре 5,945 кПа.
VІ. Закрепление изученного материала
Учитель. Я предлагаю вам вернуться в начало нашего урока и еще раз ответить на задачи-вопросы. Давайте сравним ответы и определим, что мы узнали сегодня, какие выводы можно сделать.
(Каждая группа отвечает на один вопрос, ответ обсуждается и делаются выводы).
VІІ. Рефлексия
Учитель. Мы подошли к концу урока. Возьмите каждый свою снежинку и запишите на обратной стороне три слова, которые вам запомнились за урок больше всего.
VІІІ. Домашние задание
открытого занятия
Цель занятия:
методическая – повышать педагогическое и методическое мастерство, используя ИКТ на занятиях по физике;
дидактическая – формировать представления о процессах парообразования, конденсации, испарения и кипения; познакомить студентов с понятиями абсолютная и относительная влажность воздуха, значением влажности воздуха для окружающей среды и человека, научить определять влажность воздуха и замечать ее изменения; показать, что физические знания необходимы людям разных профессий;
развивающая - развивать у студентов ассоциативное мышление, коммуникативную культуру (умение общаться, монологическую и диалогическую речь);
воспитательная – воспитывать самостоятельность в решении вопросов, исследовательскую культуру (использовать научные методы познаний: наблюдение, гипотеза, эксперимент).
Вид занятия: лекция – визуализация.
Тип занятия: изучение нового материала.
Обеспечение занятия:
2. Приборы: психрометр, гигрометр волосяной, гигрометр конденсационный, термометр, колбы с водой, спиртом и маслом, губка, кювета с водой.
Технические средства обучения: ноутбук, проектор, экран, магнитная доска.
Литература: Мякишев Г.Я. Физика: учеб. для 10 кл. общеобразоват. учреждений: базовый уровень/ Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н Сотский; под ред. Н.А. Парфентьевой. – 2-е изд. – М.: Просвещение, 2016. – 416 с.
Ход и содержание занятия.
1. Организационная часть.
Приветствие. Эмоционально – психологический настрой на занятие.
Друзья мои! Я очень рада
Войти в приветливый ваш класс.
И для меня уже награда
Вниманье ваших умных глаз.
Я знаю: каждый в этой группе гений.
Но без труда талант не впрок.
Скрестите шпаги ваших мнений,
Мы вместе проведем урок!
Мои соавторы и судьи,
Оценкой Вас не накажу.
За странный слог не обессудьте,
А дальше прозой я скажу.
Информация об отсутствующих в журнале.
2. Проверка домашнего задания (фронтальный опрос).
На прошлых занятиях мы говорили об идеальном газе и изопроцессах. Давайте вспомним, что называют идеальным газом? Чем идеальный газ отличается от реального?
1. Молекулы идеального газа не взаимодействуют между собой.
2. Объем идеального газа можно уменьшать до нуля.
3. С ростом давления объем идеального газа увеличивается.
4. Давление идеального газа не зависит от температуры.
5. Все газы при охлаждении уменьшаются в объёме.
1. Молекулы газа непрерывно движутся.
2. При абсолютном нуле прекращается всякое движение молекул.
3. Масса молекул идеального газа равна нулю
4. Идеальный газ нельзя охладить до абсолютного нуля.
5. При увеличении температуры давление идеального газа уменьшается.
ПРОВЕРЬТЕ СЕБЯ (Слайд 3):
Вот о взаимных превращениях газа в жидкость и не только об этом и пойдет речь на сегодняшнем занятии.
4. Мотивация учебной деятельности.
Если есть какой-нибудь предмет, который представляет интерес для всех, то это, вероятно, погода. Говорят, что погода является самым величественным спектаклем на Земле. Человеку всегда важно знать, какой будет погода, поскольку она влияет на его деятельность и самочувствие. Интересуетесь ли вы прогнозом погоды? На что обращаете внимание?
Наблюдая природу в ненастье, солнечный день, сумерки, ночью, люди отмечали характерные признаки, предваряющие те или иные изменения погоды. Так появились многочисленные приметы – свидетели народной мудрости.
Сегодня мы будем говорить о главном природном актере – влажности воздуха, т.к. именно от этой физической величины зависит погода, зависят многие физические явления и процессы:
количество разнообразных осадков (снега, града, дождя);
появление узоров на окнах, запотевание окон, появление тумана, росы, инея.
6. Изучение нового материала.
Попробуем разобраться в данном физическом явлении. Вода – это жизнь. И для вас, я думаю, не секрет то, что:
78% поверхности Земли составляет вода;
от 50% до 99,7% воды принадлежит живым организмам;
от 13 до 15 тыс. куб. км воды находится в атмосфере Земли в виде снега, водяного пара, дождя.
Остаётся бесспорным факт – круговорот воды в природе. С поверхностей морей, рек, океанов, водоемов самопроизвольно, непрерывно и при любой температуре происходит испарение, вследствие чего в окружающем нас воздухе постоянно находится водяной пар.
Переход вещества из жидкого состояния в газообразное называется парообразованием. Обратный процесс называется конденсацией. Парообразование происходит двумя способами – испарением и кипением. Испарение – процесс парообразования, происходящий только на поверхности жидкости. Этот процесс протекает при любой температуре, что легко объясняется молекулярно - кинетической теорией. Молекулы жидкости, как и газа, имеют различные скорости. Некоторые наиболее быстрые из них обладают достаточной кинетической энергией, чтобы оторваться от поверхности и выйти из сферы действия молекулярных сил. Поэтому над жидкостью всегда есть ее молекулы, образующие пар. Поскольку отрываются и покидают жидкость наиболее быстрые молекулы, средняя кинетическая энергия оставшихся молекул уменьшается. Вследствие этого жидкость при испарении охлаждается.
Особенности испарения:
1. Происходит при любой температуре
2. Происходит тем быстрее, чем выше температура, чем больше площадь испаряющейся поверхности, чем сильнее движение воздуха (ветер), чем более летучей является жидкость.
3. При испарении температура уменьшается
Кипение – процесс парообразования, происходящий по всему объему жидкости при определенной температуре.
Внешнее различие между этими видами парообразования состоит в том, что кипение сопровождается образованием пузырьков по всему объему жидкости (растущих пузырьков пара, которые всплывают на поверхность). Кипение происходит при такой температуре, при которой давление насыщенных паров становится равным атмосферному (или немного превосходит его). Температуру, при которой жидкость начинает кипеть, называют температурой кипения. Каждое вещество имеет свою температуру кипения, которая зависит от внешнего давления, поскольку пузырькам пара для выхода наружу необходимо преодолеть его противодействие. Температура кипения зависит от тех примесей, которые находятся в ней. Как правило, наличие в жидкости растворимого твердого вещества повышает температуру ее кипения.
Рассмотрим условие кипения. Кипение начинается, когда давление насыщенного пара в пузырьках сравнивается с давлением в жидкости, т.е. при уменьшении атмосферного давления температура кипения понижается.
Закрепление изученного материала - Физический футбол.
Во время опроса преподаватель выбирает для ответа одного студента, а дальше отвечающий условно передает пас другому студенту.
1. Можно ли получить золотой пар?
2. Какое значение для организма человека имеет выделение пота?
3. Почему скошенная трава высыхает при ветреной погоде быстрее?
4. Как в ванной комнате по внешнему виду отличить трубы с горячей и холодной водой?
5. Почему горцы, которые пасут стада высоко в горах, когда варят мясо, то накрывают посуду крышкой и кладут сверху камни?
6. Почему даже в жаркий день, выходя из воды, мы чувствуем холод?
7. В кастрюле кипит вода и в ней находятся макароны. Кипит ли вода в трубках макарон?
8. В стаканы налиты вода и спирт. Температура какой жидкости ниже?
9. При какой температуре молекулы могут покидать поверхность воды?
Демонстрационный эксперимент. Проделаем следующий эксперимент: возьмем губку и сожмите ее. Ничего не произошло. Теперь капнем на нее из пипетки воду и сожмем опять. Результат тот же. Положим губку в кювету с водой, подождем чуть – чуть и сожмем снова. Что вы видите? Из губки капает вода.
Воздух можно сравнить с губкой в том смысле, что оба могут запасать воду. Сухая губка – сухой воздух, не содержащий водяных паров. Одна капля воды для губки – это слишком мало, однако после того, как губка полежала в воде, она намокла сильнее и впитала в себя больше воды. В последнем же случае губка намокла до насыщения. Когда губка не смогла больше запасать в себе воду, то вода сама начала капать из нее. Как и губка, воздух тоже может запасать в себе воду в виде пара, и чем больше водяных паров находится в определенном объеме воздуха, тем ближе пар к состоянию насыщения. Какой пар называют насыщенным?
Рассмотрим процессы, происходящие в закрытом сосуде.
Процесс испарения, скорость которого постепенно уменьшается. Процесс конденсации, скорость которого постепенно возрастает. С течением времени в сосуде устанавливается динамическое равновесие (число молекул, покидающих жидкость в единицу времени, равно числу молекул, возвращающихся в жидкость). Пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью, называется насыщенным.
Закрепление изученного материала - Установите соответствие:
Влажность воздуха говорит о наличии водяного пара в атмосфере. Как вы понимаете, чем больше водяного пара будет содержаться в атмосфере при данной температуре, тем больше будет влажность воздуха, тем ближе водяной пар к состоянию насыщения.
При определении содержания влаги в воздухе используют понятия абсолютной и относительной влажности.
Абсолютная влажность ρа показывает, сколько граммов водяного пара содержится в воздухе объемом 1 м 3 при данных условиях, т.е. плотность водяного пара, измеряемого в г/м 3 .
Атмосферный воздух представляет собой смесь различных газов и водяного пара. Каждый из газов вносит свой вклад в суммарное давление, производимое воздухом на находящиеся в нем тела.
Давление, которое производил бы водяной пар, если бы другие газы отсутствовали, называют парциальным давлением водяного пара (ра)
Парциальное давление водяного пара принимают за один из показателей влажности воздуха. Его выражают в единицах давления – паскалях или миллиметрах ртутного столба.
По парциальному давлению водяного пара и абсолютной влажности еще нельзя судить о том, насколько водяной пар в данных условиях близок к насыщению. А именно от этого зависит интенсивность испарения воды и потеря влаги живыми организмами. Поэтому вводят величину, которая показывает насколько водяной пар при данной температуре близок к насыщению, - относительную влажность.
Относительной влажностью воздуха называют отношение парциального давления водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенного пара при той же температуре, выраженное в процентах:
Относительная влажность воздуха обычно меньше 100%.
При понижении температуры парциальное давление паров воды в воздухе может стать равным давлению насыщенного пара. Пар начинает конденсироваться, и выпадает роса.
Температура, при которой водяной пар становится насыщенным, называется точкой росы.
Оптимальной относительной влажностью воздуха принято считать диапазон от 40 до 60%.
Но так ли это важно, знать влажность воздуха?
9. Ролевая игра. Давайте попробуем себя в роли представителей прессы, различных периодических изданий и попробуем ответить на вопрос: какое влияние оказывает влажность воздуха на нас и окружающую среду?
Выступления учащихся.
Как же определить относительную влажность воздуха? Можно ли сделать это самостоятельно или такое под силу только специалистам? Попросим рассказать об этом человека, по роду деятельности которому приходится каждый день определять влажность воздуха – метеоролога.
Метеоролог. Для точного определения относительной влажности воздуха метеорологи пользуются прибором, состоящим из двух одинаковых термометров. Шарик одного из них обернут марлей, конец которой опущен в стакан с водой. Такой прибор называется психрометром. Изобрёл психрометр немецкий аэролог Рихард Асман и применил его для измерений температуры и влажности свободной атмосферы. Как действует прибор? Вода из стакана по марле поднимается вверх, поэтому марля всегда влажная. Другой термометр, шарик которого сух, показывает температуру воздуха. С влажного термометра испаряется вода и температура его при этом понижается. По разности температур сухого и влажного термометров, с помощью специальной таблицы можно определить относительную влажность воздуха.
10. Закрепление изученного материала.
Работа с психрометрической таблицей (фронтальное решение задач).
1. Определите значение относительной влажности для следующих показаний термометров:
Текстильное предприятие
Овощная база
Думаю, Вам, как будущим маркшейдерам, интересно будет узнать какова влажность в шахте. Относительная влажность воздуха в шахтах определяется водообильностью выработок, температурой и влажностью поступающего с поверхности воздуха и температурой пород. Относительная влажность воздуха в шахтах бывает обычно высокой: 80—90% на рудничном дворе и до 95% и выше в лавах и забоях. В зимнее время поступающий в шахту с поверхности воздух содержит мало влаги. Поэтому в холодный период года воздух в шахтах суше, чем в теплый. Однако в выработках с сильным капежом или очень влажных относительная влажность воздуха и зимой может составлять 90% и выше. В шахтах глубиной 800—1000 м водообильность заметно падает, а температура воздуха повышается. Поэтому воздух на этих горизонтах значительно суше, чем на меньшей глубине. Таким образом, высокая влажность и значительные колебания температуры и движения воздуха в различных участках подземных выработок составляют основные особенности, характеризующие метеорологические условия в шахтах.
2. Разность показаний сухого и влажного термометров психрометра равна 10 0 С. Относительная влажность воздуха равна 20 %. Чему равны показания сухого и влажного термометра?
3. Влажность воздуха равна 65%, а показание сухого термометра психрометра равно 10 0 С. Какую температуру покажет влажный термометр? (Ответ: tвл.= 7 0 С)
Метеоролог: При отрицательных температурах ниже —5 ° С, когда содержание в воздухе водяных паров очень мало, психрометр даёт ненадёжные результаты, поэтому в этом случае пользуются волосным гигрометром. (Демонстрируется); основной элемент такого гигрометра - обезжиренный человеческий волос одним концом закрепленный на стойке, а другим - к легкому блоку с указателем. При изменении влажности воздуха, меняется длина волоса, и стрелка прибора смещается по шкале в ту или иную сторону.
Конденсационный гигрометр дает возможность измерять точку росы, а зная точку росы, находить давление водяного пара и определять относительную влажность воздуха. Простейший прибор этого типа представляет собой металлическую коробку, передняя стенка которой хорошо отполирована. Внутрь коробки заливают легко испаряющуюся жидкость – эфир – и вставляют термометр. Пропуская через коробку воздух с помощью резиновой груши, вызывают сильное испарение эфира и быстрое охлаждение коробки. По термометру определяют точку росы – температуру, при которой на полированной поверхности стенки появляются капельки росы.
Фронтальное решение задачи.
Работа в группах:
Определите индикаторы влажности в быту.
При повышении влажности воздуха деревянные предметы и гигроскопические вещества отсыревают, отчего в народе о наступлении ненастья судили по намоканию соли, сахара или табака, а также по скрипу ветряной мельницы, провисанию натянутого каната или большей эластичности кожаных изделий.
Краткосрочные прогнозы по народным приметам и таким примитивным приборам все же выручали крестьян, помогали им правильно ориентироваться при неустойчивой погоде. Нужно ли в наше время заниматься изучением народных приемов предсказания погоды? Конечно, нужно. Во-первых, для того, чтобы научиться хотя бы посредственно читать загадки природы, быть ее неотъемлемой частью, а не гостем, во-вторых, знание предвестников различной погоды поможет не только своевременно укрыться от дождя, грозы, снегопада или сильного ветра, но и найти более полное объяснение неодинаковому поведению окружающих растений, животных, птиц и насекомых.
Определите индикаторы влажности в природе
Способы повышения влажности в быту:
А у нас на связи доктор Комаровский, внимание на экран!
11. Подведение итогов занятия
Подсчитав общую сумму баллов, скажите себе:
1 строка - одно существительное,
2-ая - два прилагательных,
3-я - три глагола,
4-ая - крылатая фраза,
5-ая - одно существительное, которое выражает суть –
Абсолютная и относительная.
Измеряется, учитывается, регулируется.
Влияет на самочувствие людей.
12. Д/з. § 68 – 70 по учебнику Мякишев Г.Я. Физика: учеб. для 10 кл, выписать свойства насыщенного пара, з 1 с. 234, определить влажность воздуха в своей комнате.
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.
Цели урока: познакомить учащихся с новыми понятиями – насыщенный и ненасыщенный пар, абсолютная и относительная влажность, точка росы; со способами измерения влажности; ознакомить с приборами для измерения влажности воздуха.
· сформировать представление о насыщенном и ненасыщенном паре, абсолютной и относительной влажности воздуха, точке росы;
· продемонстрировать способы измерения влажности воздуха при рассмотрении приборов для ее измерения – гигрометра, психрометра;
· организовать деятельность учащихся по приобретению новых знаний;
· вызвать интерес учащихся к занятию, придать ему поисково-творческий характер.
· развивать у учащихся потребность в творческой деятельности, в самовыражении через различные виды работы;
· развивать умение анализировать информацию, пользоваться таблицами, справочниками и другими источниками информации.
· показать важность понятия влажности воздуха в жизнедеятельности человека;
· сформировать умение работать в команде.
Тип урока: комбинированный.
Оборудование:
· компьютер и мультимедиа-проектор, презентация к уроку, презентации учащихся, психрометрическая таблица;
· термометр, кусочек марли, сосуд с водой комнатной температуры, гигрометр, психрометр.
1. Организационный момент.
2. Актуализация знаний.
3. Объяснение нового материала.
5. Первичное закрепление изученного материала.
6. Подведение итогов урока.
7. Домашние задание.
В течение урока процессы, физические явления, формулы, графики зависимости, таблицы, задачи, тесты, вопросы, демонстрируются с помощью презентации.
I. Изучение нового материала
Водяной пар в воздухе, несмотря на огромные поверхности рек, озер, океанов, не является насыщенным, атмосфера - открытый сосуд. Движение воздушных масс приводит к тому, что в одних местах в данный момент испарение воды преобладает над конденсацией, а в других - наоборот.
Содержание водяного пара в воздухе - его влажность - характеризуется рядом величин. Атмосферный воздух представляет собой смесь различных газов и водяного пара.
Давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали, называют парциальным давлением (или упругостью) водяного пара.
За характеристику влажности воздуха может быть принята плотность водяного пара S, содержащегося в воздухе. Эту величину называют абсолютной влажностью S [г/м 3 ].
Абсолютные влажность и парциальное давление водяного пара связаны уравнением:
Парциальное давление водяного пара или абсолютная влажность ничего не говорят о том, насколько водяной пар далек от насыщения.
Для этого вводят величину, показывающую, насколько водяной пар при данной температуре близок к насыщению, - относительную влажность:
Р - парциальное давление при данной температуре;
Р0 - давление насыщенного пара при той же температуре;
S - абсолютная влажность;
S0 - плотность насыщенного водяного пара при данной температуре.
Давление и плотность насыщенного пара при различных температурах можно найти, воспользовавшись специальными таблицами.
При охлаждении влажного воздуха при постоянном давлении его относительная влажность повышается, чем ниже температура, тем ближе парциальное давление пара в воздухе к давлению насыщенного пара.
Температура t, до которой должен охладиться воздух, чтобы находящийся в нем пар достиг состояния насыщения (при данной влажности воздуха и неизменном давлении), называется точкой росы.
Давление насыщенного водяного пара при температуре воздуха, равной точке росы, есть парциальное давление водяного пара, содержащегося в атмосфере. При охлаждении воздуха до точки росы начинается конденсация паров: появляется туман, выпадает роса. Точка росы также характеризует влажность воздуха.
Влажность воздуха можно определить специальными приборами.
С его помощью определяют точку росы. Это наиболее точный способ изменения относительной влажности.
2. Волосяной гигрометр
Его действие основано на свойстве обезжиренного человеческого волоса удлиняться при увеличении относительной влажности.
Применяется в тех случаях, когда в определении влажности воздуха не требуется большой точности.
Обычно пользуются в тех случаях, когда требуется достаточно точное и быстрое определение влажности воздуха.
Значение влажности воздуха для живых организмов
При температуре 20-25 °С наиболее благоприятным для жизни человека считается воздух с относительной влажностью от 40 до 60 %. Когда окружающая среда имеет температуру более высокую, чем температура тела человека, то происходит усиленное потоотделение. Обильное выделение пота ведет к охлаждению организма. Однако такое потоотделение является значительной нагрузкой для человека.
Относительная влажность ниже 40 % при нормальной температуре воздуха также вредна, так как приводит к усиленной потере влаги организмом, что ведет к его обезвоживанию. Особенно низкая влажность воздуха в помещениях в зимнее время; она составляет 10-20 %. При низкой влажности воздуха происходит быстрое испарение влаги с поверхности и высыхание слизистой оболочки носа, гортани, легких, что может привести к ухудшению самочувствия. Также при низкой влажности воздуха во внешней среде дольше сохраняются патогенные микроорганизмы, а на поверхности предметов скапливается больше статического заряда. Поэтому в зимнее время в жилых помещениях производят увлажнение с помощью пористых увлажнителей. Хорошими увлажнителями являются растения.
Если относительная влажность высокая, то мы говорим, что воздух влажный и удушливый. Высокая влажность воздуха действует угнетающе, поскольку испарение происходит очень медленно. Концентрация паров воды в воздухе в этом случае высока, вследствие чего молекулы из воздуха возвращаются в жидкость почти так же быстро, как и испаряются. Если пот с тела испаряется медленно, то тело охлаждается очень слабо, и мы чувствуем себя не совсем комфортно. При относительной влажности 100 % испарение вообще не может происходить - при таких условиях мокрая одежда или влажная кожа никогда не высохнут.
В современных зданиях производится кондиционирование воздуха - создание и поддержание в закрытых помещениях воздушной среды, наиболее благоприятной для самочувствия людей. При этом автоматически регулируется температура, влажность, состав воздуха.
Исключительное значение для образования заморозка имеет влажность воздуха. Если влажность велика и воздух близок к насыщению парами, то при понижении температуры воздух может стать насыщенным и начнет выпадать роса. Но при конденсации водяных паров выделяется энергия (удельная теплота парообразования при температуре, близкой к 0 °С, равна 2490 кДж/кг). Поэтому воздух у поверхности почвы при образовании росы не будет охлаждаться ниже точки росы и вероятность наступления заморозка уменьшится. Вероятность заморозка зависит, во-первых, от быстроты понижения температуры и, во-вторых, от влажности воздуха. Достаточно знать некоторые из этих данных, чтобы более или менее точно предсказать вероятность заморозка.
IV. Повторение изученного
1. Что понимается под влажностью воздуха?
2. Что называют абсолютной влажностью воздуха? Какая формула выражает смысл этого понятия? В каких единицах ее выражают?
3. Что такое упругость водяного пара?
4. Что называют относительной влажностью воздуха? Какие формулы выражают смысл этого понятия в физике и метеорологии? В каких единицах ее выражают?
5. Относительная влажность воздуха 70 %, что это значит?
6. Что называют точкой росы?
7. С помощью каких приборов определяют влажность воздуха?
8. Каковы субъективные ощущения влажности воздуха человеком?
9. Начертив рисунок, объясните устройство и принцип работы волосяного и конденсационного гигрометров и психрометра.
V. Решение задач
1. Плотность водяного пара при температуре 50 °С равна 83 г/м 3 . Насыщенный это пар или ненасыщенный?
Решение: Чтобы ответить на вопрос задачи, необходимо определить давление водяного пара при данной температуре.
Согласно уравнению Менделеева-Клапейрона:
μ = 18 · 10 -3 кг/моль - молярная масса водяного пара, которая равна молярной массе воды Н2O.
Следовательно, при температуре 50 °С давление насыщенного пара ≈ 12,577 кПа. Определим по таблице давление насыщенного пара воды при температуре 50 °С. Оно равно 12,3 кПа, что меньше давления пара, рассчитанного в задаче, следовательно, пар является перенасыщенным.
(Ответ: Р = 12,4 кПа - пар перенасыщенный.)
2. Давление насыщенного пара спирта при 0 °С равно 1,6 кПа, а при 60 °С - 46,6 кПа. Сравнить значения плотности пара при этих температурах.
Плотность пара можно определить из уравнения Менделеева-Клапейрона, учитывая, что плотность
С увеличением давления и температуры плотность пара увеличивается. Найдем отношение плотности при двух значениях давления Р и температуры Т, учитывая, что молярная масса не менялась.
T. е. при t° = 60 °С плотность паров спирта примерно в 24 раза больше плотности паров спирта при 0 °С. (Ответ: ≈ 24.)
3. При каком давлении вода будет кипеть при 21°С? (Ответ: Вода будет кипеть при температуре 21 °С при давлении 2,49 кПа.)
4. Может ли вода находиться в жидком состоянии при температуре 360 °С; 380 °С? (Ответ: при температуре 360 °С вода может находиться в жидком состоянии, а при температуре 380 "С вода находится в газообразном состоянии.)
5. В каком состоянии вещества плотность повышается с повышением температуры и почему это происходит? (Ответ: Плотность вещества повышается с повышением температуры в состоянии насыщенного пара, т. к. с увеличением температуры скорость движения частиц увеличивается, испарение происходит быстрее. Поэтому плотность насыщенного пара начинает повышаться и динамическое равновесие между жидкостью и паром наступает при большей плотности пара и при большей температуре.)
6. Почему в холодных помещениях часто бывает сыро? (Ответ: При низких температурах относительная влажность воздуха велика, а иногда достигает и 100 %, т. е. весь водяной пар, содержащийся в воздухе, является насыщенным. Поэтому стены, пол и т. п. в холодном помещении покрываются влагой, которая медленно испаряется.)
7. Почему зимой оконные стекла потеют, если в комнате много людей? (Ответ: Большое скопление людей в комнате повышает содержание водяного пара в воздухе, который близок к насыщению. В таком состоянии достаточно небольшого охлаждения воздуха, чтобы пар начал конденсироваться. Попадая на оконные стекла, пар конденсируется, т. е. идет процесс перехода вещества (водяного пара) из газообразного состояния в жидкое.)
8. Определите абсолютную влажность воздуха, если парциальное давление пара в нем 14 кПа, а температура 60 °С. (Ответ: с ≈ 9,1 · 10 -2 кг/м 3 ).
9. По гигрометру обнаружено появление росы при температуре 10 °С. Какова относительная влажность воздуха, если его температура 15 °С? (Ответ: φ = 71 %.)
10. Показания сухого термометра в психрометре 15 °С, влажного - 12 °С. Определите относительную влажность воздуха. (Ответ: φ = 71 %.)
Подробный конспект урока по теме "Испарение и конденсация. Насыщенный пар. Влажность воздуха" 10 класс. Конспект содержит материал для изложения новой темы, закрепления и применнеия знаний, а также практическую работу.
Цель: к концу урока учащиеся должны понимать, что такое насыщенный и ненасыщенный пар, абсолютная и относительная влажность воздуха, точка росы.
способствовать повторению и систематизации знаний о явлениях испарения и конденсации, формированию понятий: насыщенный и ненасыщенный пар, абсолютная и относительная влажность воздуха, точка росы, познакомить с приборами для измерения влажности;
способствовать развитию познавательного интереса к предмету на основных достижениях науки и техники; умения анализировать, сравнивать, делать логические выводы;
способствовать формированию научного мировоззрения, ответственного отношения к учению, содействовать воспитанию усидчивости, аккуратности при выполнении заданий.
Тип урока: урок изучения новых знаний.
1.Оргмомент. Приветствие, проверка отсутствующих.
2.Проверка выполнения домашнего задания - §7, упр.5 (1 - 3)
3.Актуализация опорных знаний.
- Хотелось бы процитировать слова великого ученого:
Природа так обо всем позаботилась, что повсюду ты находишь, чему учиться.
Леонардо да Винчи
Сегодня мы рассмотрим уже известные вам явления, происходящие в окружающем нас мире, и попробуем их объяснить с помощью физики.
Для того чтобы вы могли лучше усвоить новый материал урока повторим материал прошлых занятий.
1. В каких агрегатных состояниях может находиться одно и тоже вещество?
2. Чем определяется то или иное агрегатное состояние вещества?
3. Как называется переход вещества из твердого состояния в жидкое? И наоборот?
4. Как называется переход вещества из жидкого состояния в газообразное? И наоборот?
5. Запишите основное уравнение МКТ.
6. Запишите уравнение Клапейрона-Менделеева.
7. Какие изопроцесы вы знаете?
1. Что такое испарение и конденсация?
2. Что такое насыщенный и ненасыщенный пар?
3. Что такое влажность воздуха?
4. На что влияет влажность? Зачем нам нужны знания о влажности?
5. Какие величины характеризуют влажность?
6. Как можно определить влажность?
4.Физкультминутка.
5.Изложение нового материала.
Любое вещество при определенных условиях может находиться в различных агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном. Переход из одного состояния в другое называется фазовым переходом. Испарение и конденсация являются примерами фазовых переходов.
При любой температуре молекулы жидкости частично покидают ее поверхность, то есть происходит испарение жидкости.
- Вспомните! От каких факторов зависит скорость испарения? (Скорость испарения тем больше, чем больше площадь свободной поверхности жидкости, выше ее температура и чем быстрее удаляются образовавшиеся над жидкостью пары).
- Как с точки зрения молекулярно-кинетической теории можно объяснить явление испарения? (Молекулы жидкости движутся с различными скоростями. Между этими молекулами действуют значительные силы притяжения, которые удерживают их вместе. Наиболее быстрые молекулы, находящиеся в верхних слоях жидкости, могут на некоторое время покинуть жидкость).
- Только молекулы, обладающие кинетической энергией больше некоторого определенного значения, могут удаляться от поверхности жидкости на значительное расстояние. На расстоянии г~10 -9 м над поверхностью жидкости эти молекулы уже перестают испытывать силу притяжения со стороны молекул жидкости и могут двигаться свободно, как движутся молекулы любого газа. При повышении температуры испарение интенсивнее, так как увеличивается число молекул с большей скоростью. Совокупность молекул, покинувших жидкость при парообразовании, называется паром этой жидкости.
Так как в ходе описанного процесса свободную поверхность жидкости покидают наиболее быстрые молекулы, процесс испарения сопровождается снижением средней кинетической энергии теплового движения молекул жидкости, а значит, понижением ее температуры.
Параллельно с рассмотренным процессом испарения происходит и обратный процесс возврата молекул пара в жидкость. Процесс превращения пара в жидкость называется конденсацией.
Скорости процессов испарения и конденсации могут быть различны. Если преобладает один из этих процессов (например, испарение), то объем жидкости уменьшается, а объем пара растет. Однако, если рассмотреть эти процессы в закрытом сосуде и зафиксировать температуру, то через некоторое время объем жидкости перестанет изменяться, что свидетельствует о том, что жидкость и пар самопроизвольно переходят в равновесное состояние, при котором скорости испарения и конденсации становятся одинаковыми. В этом случае говорят, что между жидкостью и паром устанавливается состояние динамического равновесия.
Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным паром. Соответственно, если динамического равновесия между паром и жидкостью нет, пар называется ненасыщенным.
- Найдите в §8 учебника основные свойства насыщенного пара и выпишите их.
(Основные свойства насыщенного пара:
1.При постоянной температуре давление насыщенного пара р не зависит от его объёма V.
2.При постоянном объёме давление насыщенного пара с ростом температуры увеличивается быстрее, чем давление идеального газа, вследствие роста концентрации молекул.
3.Уравнение p=nkT описывает состояние насыщенного пара только приближённо.)
Давление насыщенного пара увеличивается с повышением температуры.
Температура жидкости, при которой давление её насыщенного пара равно или превышает внешнее давление, называется температурой кипения.
Атмосфера Земли состоит из смеси газов: О2 + N2 + CO2
Важнейшим компонентом земной атмосферы является водяной пар. Под влажностью воздуха понимается выраженное в процентах содержание водяных паров в воздухе.
Давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали, называется парциальным давлением водяного пара. За характеристику влажности воздуха может быть принята плотность водяного пара, то есть его масса в 1 м 3 воздуха.
Эту величину называют абсолютной влажностью ρ и из-за ее малости выражают в граммах на кубический метр, но единица измерения в СИ килограмм на кубический метр.
где р- парциальное давление водяного пара, М – молярная масса, R – универсальная газовая постоянная, Т- абсолютная температура
[]=1
Относительной влажностью воздуха называется выраженное в процентах отношение парциального давления водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенного пара при той же температуре
Относительной влажностью воздуха φ называется отношение абсолютной влажности воздуха к плотности насыщенного водяного пара, при той же температуре, выраженной в процентах.
Относительная влажность зависит не только от абсолютной влажности воздуха, но и от температуры. Чем выше температура, тем больше водяных паров содержит воздух.
Пример. В жаркий день относительная влажность в 90% означает, что в воздухе присутствует огромное количество влаги, и в такой день самочувствие будет неудовлетворительным, т.к. допустимая относительная влажность для человека 40% - 60%.
Влажность воздуха характеризует и точка росы. Температура, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным, называется точкой росы.
Для определения влажности воздуха используют специальные приборы:
1.гигрометр: волосной и конденсационный (Обезжиренный человеческий волос обладает свойством укорачиваться при понижении влажности воздуха и удлиняться при её увеличении. На этом свойстве волоса, основано действие волосяного гигрометра. Растянутый с помощью отвеса волос располагается вертикально и прикрепляется к шкале, проградуированной в единицах влажности. К самому волосу прикрепляется стрелка- указатель, которая при изменении влажности, перемещается по шкале)
2.психрометр.
Рассмотрим устройство и принцип работы психрометра.
- Для чего нужны сухой и влажный термометры? (Ответ: измерять температуру сухого воздуха и влажного воздуха.) На приборе имеется психрометрическая таблица, по которой можно определить относительную влажность. Посмотрим, каковы показания сухого и влажного термометров.
- Как вы думаете, почему отличаются показания термометров? (Ответ: вода с ткани испаряется (термометр охлаждается), температура понижается.)
Читайте также: