Zespół Szkół w Gardnie - Gimnazjum Zbadajmy zmiany stanów skupienia Dane INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Zespół Szkół w Gardnie - Gimnazjum ID grupy: 98/8_MF_G1 Kompetencja: Matematyka i Fizyka Temat projektowy: Zbadajmy zmiany stanów skupienia Semestr/rok szkolny: Zima 2010/2011

Projekt w którym bierzemy udział 

Główne cele projektu Przypomnienie i utrwalenie wiadomości na temat trzech stanów skupienia substancji. Poznanie zjawiska fizycznego: zmiany stanów skupienia substancji. Zrozumienie przebiegu procesu tych zmian dla różnych substancji. Podanie przykładów wykorzystania zmiany stanów skupienia przez człowieka w życiu codziennym, w gospodarce. Przeanalizowanie różnic pomiędzy pojęciem ciepła i temperatury. Przeprowadzenie doświadczeń z zakresu zmiany stanów skupienia, rozszerzalności cieplnej ciał. Kształtowanie umiejętności rozwiązywania zadań oraz odczytywania wykresów, tabel, schematów.

Co w prezentacji? Oglądając naszą prezentację znajdziesz odpowiedź m.in. na następujące pytania: Dlaczego fizycy wprowadzili pojęcie stanu skupienia substancji? Co to jest plazma? Czy wszystkie metale przewodzą ciepło jednakowo? Jakiemu zjawisku ulega ciało poddane wysokiej temperaturze? W jakiej temperaturze topi się zwykły lód a w jakiej lód orzechowy? Jaka jest temperatura wrzenia wody i czy w takiej samej temperaturze będzie wrzała mieszanina wody z syropem? Czy można zobaczyć parę wodną? Jak obniżyć temperaturę, w której woda wrze? Jak, w życiu codziennym, wykorzystuje się wiedzę związaną z właściwościami ciał oraz zjawiskami jakim one ulegają? Zapraszamy 

Podział materii na Trzy stany skupienia Nad tym, z czego zbudowany jest świat zastanawiali się już starożytni. Tales z Miletu, (VII/VI w. p.n.e.) - filozof grecki, powszechnie uważany za pierwszego filozofa, twierdził, że „Wszystko jest z wody, z wody powstało i z wody się składa". Natomiast Empedokles z Agrigentum (IV w. p.n.e.) grecki filozof, polityk, lekarz, poeta, głosił teorię czterech elementów: ognia, powietrza, ziemi i wody. Obecnego podziału substancji na trzy stany skupienia: ciała stałe, ciecze i gazy dokonano w XVII wieku. Fizycy wprowadzili pojęcie stanu skupienia, aby odróżnić ciała o tym samym składzie chemicznym, ale różnych właściwościach fizycznych. W 1928 r. amerykański fizykochemik, noblista Irwing Langmur wprowadził określenie plazmy, którą nazywa się czwartym stanem skupienia.

Budowa ciał stałych, cieczy i gazów Teorię opisującą wewnętrzną budowę ciał i wyjaśniającą ich własności nazywamy teorią kinetyczno-cząsteczkowej budowy ciał. Teoria ta opiera się na trzech założeniach: wszystkie ciała stałe, ciecze i gazy są zbudowane z bardzo małych cząsteczek, cząsteczki wszystkich ciał są w ciągłym chaotycznym ruchu, między cząsteczkami ciał działają siły międzycząsteczkowe, które mogą być siłami przyciągania lub odpychania. Jednym z twórców teorii cząsteczkowej budowy ciał był Marian Smoluchowski – profesor Uniwersytetu Lwowskiego i Uniwersytetu Jagiellońskiego.

Budowa ciał stałych, cieczy i gazów – c.d. Substancje w stanie stałym, ciekłym i gazowym różnią się odległościami międzycząsteczkowymi oraz siłami wzajemnego przyciągania cząsteczek. Różnice w strukturze wewnętrznej wpływają na różne właściwości ciał stałych, cieczy i gazów. gazy np. para wodna ciecze np. woda ciało stałe np. lód

Właściwości mechaniczne ciał stałych W ustalonej temperaturze ciało stałe ma określony kształt i objętość. Temat doświadczenia: Kształt ciała stałego a jego objętość. Cel doświadczenia: Sprawdzenie, czy zmiana kształtu ciała stałego zmieni jego objętość. Potrzebne przedmioty i substancje: Menzurka, plastelina, sznurek, woda. Wykonanie: Do menzurki nalewamy wody i odczytujemy jej objętość. W menzurce zanurzamy ciało z plasteliny i odczytujemy objętość wody i plasteliny. Rozdzielamy plastelinę na dwie części, zanurzamy obie części w wodzie i odczytujemy jej poziom.

Obserwacje: Objętość zanurzonej w wodzie plasteliny, czyli różnica między odczytami objętości z zanurzoną w wodzie plasteliną i samej wody, w obu przypadkach jest taka sama. Wniosek: Zmiana kształtu ciała stałego nie powoduje zmiany jego objętości.

WŁAŚCIWOŚCI CIAŁ STAŁYCH C.D. Inne właściwości ciał stałych to ich: kruchość – wykorzystana przez Darię podczas pisania kredą po tablicy, sprężystość – wykorzystana przez Olę w czasie upadania na materac, plastyczność – wykorzystywana przez Natalię podczas lepienia figurek z plasteliny.

Właściwości mechaniczne cieczy Ciecze przyjmują kształt naczynia, w którym się znajdują, ale mają określoną objętość. Na zdjęciu obok, w naczyniach o różnych kształtach znajduje się taka sama ilość zabarwionej wody. Ciecze są praktycznie nieściśliwe i bardzo trudno zmienić ich objętość. Można się o tym przekonać, nabierając do strzykawki pewną ilość wody, a następnie (po zatkaniu wylotu strzykawki palcem) próbować zmniejszyć jej objętość przez przesunięcie tłoka w stronę wylotu strzykawki (tak jak prezentuje to Ewa).

Właściwości mechaniczne gazów Gazy nie mają określonego własnego kształtu, przyjmują kształt naczynia, w którym się znajdują i nie mają określonej objętości. Na zdjęciu obok powietrze wypełnia całe naczynia. Gazy są ściśliwe. Dowiodła tego Ola, której udało się ścisnąć powietrze znajdujące się strzykawce. Jeżeli przebijemy np. dętkę rowerową, powietrze z niej ucieka, co oznacza, że gazy są też rozprężliwe. Ściśliwość i rozprężliwość gazów wykorzystuje się w działaniu hamulców pneumatycznych w wagonach kolejowych.

Co to jest plazma? Plazma jest ostatnim i najrzadziej spotykanym stanem skupienia. Otrzymujemy ją ogrzewając gaz do bardzo wysokiej temperatury. Charakteryzuje się tym, że tworzące ją cząsteczki to swobodne elektrony i zjonizowane atomy. 99% materii we Wszechświecie, znajduje się w stanie plazmy, głównie we wnętrzach gwiazd. Na Ziemi natomiast, plazma powstaje podczas wyładowań atmosferycznych.

Zjawiska cieplne Ciała stałe, ciecze i gazy ulegają różnym zjawiskom cieplnym. Podstawowymi pojęciami używanymi do opisu zjawisk cieplnych są: energia wewnętrzna, temperatura, ilość ciepła. Energia wewnętrzna jest sumą wszystkich energii w określonej substancji, czyli energii kinetycznych i potencjalnych wszystkich cząsteczek ciała. O średniej energii kinetycznej cząsteczek ciała informuje nas temperatura tego ciała. Powszechnie przyjmuje się taką skalę temperatury, w której liczba 0 przypisana jest temperaturze zamarzania wody, a liczba 100 – temperaturze jej wrzenia (pod normalnym ciśnieniem atmosferycznym). Odcinek między tymi liczbami podzielony jest na 100 równych części, zwanych stopniami. Skalę tą wprowadził szwedzki fizyk i astronom Anders Celsius, stąd nazywa się ona skalą Celsjusza. Inną skalę zaproponował Lord Kelvin. W skali Kelvina liczba 0 jest przyporządkowana najniższej możliwej temperaturze, zwanej temperaturą zera bezwzględnego. W tej temperaturze zamiera wszelki ruch. Zero bezwzględne odpowiada temperaturze -273C w skali Celsjusza. Jednostka temperatury (jeden stopień) w skali Kelwina jest taka sama jak w skali Celsjusza. W skali Kelwina nie ma wartości ujemnych.

Ciepło. Ciepło właściwe substancji Ciepło jest formą przekazu energii cząsteczkowej między dwoma ciałami, związaną z różnicą ich temperatur. Jako wielkość energetyczna jest mierzone w dżulach. W życiu codziennym częściej jednak jako jednostki ciepła używa się kalorii. Kaloria to taka ilość ciepła, która jest potrzebna do ogrzania 1 grama wody o 1 stopień Celsjusza. Różne substancje mają różną pojemność cieplną, czyli zdolność do gromadzenia energii wewnętrznej. Nadzienie w szarlotce może sparzyć nasz język, ale kruche ciasto na jej spodzie – nie, nawet gdy szarlotka została dopiero co wyjęta z piekarnika. Możemy więc powiedzieć, że kruche ciasto ma większą pojemność cieplną lub – ściślej – większe ciepło właściwe. Ciepłem właściwym danej substancji nazywamy ilość ciepła potrzebną do ogrzania jednostki masy tej substancji o jeden stopień Celsjusza. Skutkiem przekazywania ciepła do ciała stałego, cieczy i gazów jest: zmiana temperatury ciała, czyli zjawisko ogrzewania lub oziębiania ciał, zmiana wymiarów ciała, czyli zjawisko rozszerzalności cieplnej ciał, zmiana stanu skupienia substancji, czyli zjawisko przemian fazowych.

Ogrzewanie cieczy - Ciepło w zadaniach Postanowiliśmy obliczyć ilość ciepła jaką musieliśmy dostarczyć, żeby ogrzać 250 cm3 wody o temperaturze 20C do temperatury wrzenia.

Rozwiązanie zadania Odpowiedź: Żeby ogrzać 250 cm3 wody o 80C musieliśmy dostarczyć 84 kJ ciepła.

Ciała stałe jako przewodniki ciepła Ciała stałe wykonane z różnych metali ogrzewają się z różną szybkością. Tytuł doświadczenia: Badanie przewodnictwa cieplnego metali. Cel doświadczenia: Wykazanie różnic w przewodnictwie cieplnym metali. Potrzebne przyrządy: Przyrząd do demonstracji różnic w przewodnictwie cieplnym składający się z płytek wykonanych z różnych metali i stopów. Wykonanie: Za pomocą plasteliny przyklejamy korki w jednakowych odległościach do płytek (miedzianej, mosiężnej, aluminiowej i stalowej). Następnie całość montujemy w statywie. Palnik ustawiamy bezpośrednio pod metalowym pierścieniem, do którego przyłączone są płytki. Obserwujemy zachowanie się przyklejonych do płytek korków.

Obserwacje: Po pewnym czasie korki odklejają się od płytek i spadają Obserwacje: Po pewnym czasie korki odklejają się od płytek i spadają. Pierwszy odkleja się korek od płytki miedzianej, następnie mosiężnej, aluminiowej a na końcu stalowej. Wniosek: Różne przewodnictwa cieplne tych ciał powodują, że korki odpadają w nie- jednakowym czasie. Spośród badanych substancji miedź najlepiej przewodzi ciepło, potem mosiądz, aluminium a najgorzej stal.

Przewodnictwo cieplne w życiu codziennym O tym czy ciało jest dobrym przewodnikiem ciepła decydują wiązania międzycząsteczkowe. Te ciała, których cząsteczki mają luźno związane elektrony zewnętrzne, są dobrymi przewodnikami ciepła (a także elektryczności). Najlepszym przewodnikiem jest srebro, następnie miedź, glin i żelazo. Złymi przewodnikami ciepła (czyli dobrymi izolatorami) są natomiast: wełna, drewno, słoma, papier, korek, styropian. Powietrze jest złym przewodnikiem, dlatego możemy stać koło gorącego piekarnika. Słabe przewodnictwo wełny, piór spowodowane jest tym że zawierają one liczne przestrzenie wypełnione powietrzem. Śnieg także jest złym przewodnikiem, stąd zwierzęta leśne szukają schronienia w różnych dziurach w śniegu. Domy są ocieplane wełną mineralną albo watą szklaną po to, aby ograniczyć ucieczkę ciepła (a nie po to, by zapobiec przenikaniu zimna do wewnątrz).

Rozszerzalność cieplna ciała stałego Tytuł doświadczenia 1: Rozszerzalność objętościowa ciała stałego. Cel doświadczenia: Pokazanie zależności między objętością metalowego walca a jego temperaturą. Potrzebne przyrządy: Pierścień Gravesanda, palnik spirytusowy, zapałki. Wykonanie: Sprawdzamy czy metalowy walec przechodzi przez pierścień. Walec ogrzewamy przez chwilę w płomieniu. Po ogrzaniu sprawdzamy czy walec swobodnie przechodzi przez pierścień.

Obserwacje: Ogrzany walec nie mieści się w otworze pierścienia Obserwacje: Ogrzany walec nie mieści się w otworze pierścienia. Walec udaje się „uwolnić” dopiero po jego schłodzeniu w zimnej wodzie. Wniosek: Ogrzany walec zwiększył swoją objętość we wszystkich kierunkach. Zaszło zjawisko rozszerzalności objętościowej, tzn. zwiększenia objętości pod wpływem ogrzania.

Rozszerzalność cieplna ciała stałego c.d. Tytuł doświadczenia 2: Rozszerzalność liniowa ciała stałego. Cel doświadczenia: Pokazanie zależności między objętością metalowego pręta a jego temperaturą. Potrzebne przyrządy i substancje: Dylatoskop, denaturat, zapałki. Wykonanie: Rynienkę dylatoskopu napełnia- my denaturatem i ostrożnie go zapalamy. Obserwujemy jakie jest położenie wskazówki.

Obserwacje: Podczas ogrzewania metalowego pręta dylatoskopu obserwujemy, że jego wskazówka przesuwa się w górę. Po wystygnięciu pręta wskazówka powoli opada. Wniosek: Ogrzewanie powoduje wydłużenie się pręta, a jego niezamocowany koniec przesuwa wskazówkę. Zaobserwowane zjawisko zwane jest rozszerzalnością liniową ciał stałych.

Rozszerzalność cieplna w życiu codziennym W praktyce rozszerzalność cieplną cieczy wykorzystuje się w termometrach cieczowych, w których rtęć lub zabarwiony alkohol zmienia swoją objętość w czasie zmiany temperatury. Przy wzroście temperatury słupek cieczy się podnosi. Zjawisko rozszerzalności cieplnej ma duże znaczenie w budownictwie i transporcie. Tory kolejowe, mosty i płyty pasów startowych na lotniskach rozszerzają się w czasie upalnych dni, a kurczą zimą, dlatego w konstrukcjach tych zostawia się szczeliny, aby zapobiec katastrofom. Druty linii energetycznych w czasie zimy także się kurczą, dlatego mocuje się je tak by lekko zwisały. W budownictwie dla wzmocnienia konstrukcji beton łączy się z prętami stalowymi, ponieważ obydwie te substancje mają jednakową rozszerzalność, nie grozi to pęknięciem budowli w czasie zmian temperatury. Zjawisko rozszerzalności cieplnej wykorzystuje się w alarmowych systemach przeciwpożarowych oraz w termostatach, w żelazkach, lodówkach, piecykach elektrycznych. Urządzenia te zawierają płytkę bimetalową, która składa się z połączonych dwóch metali o różnej rozszerzalności cieplnej.

Zmiany stanów skupienia parowanie topnienie krzepnięcie skraplanie sublimacja resublimacja

Zjawisko Topnienia Topnienie to proces zmiany fazy stałej na ciekłą. Podczas tego procesu ciało stałe pobiera ciepło. Zjawisko topnienia zachodzi w stałej temperaturze nazywanej temperaturą topnienia. Temperatura topnienia jest cechą charakterystyczną danej substancji krystalicznej (dla lodu wynosi 0C). W temperaturze topnienia siły przyciągania między cząsteczkami ciała stają się na tyle małe, że nie mogą zapewnić cząsteczkom ich regularnego ułożenia i substancja stała przechodzi w ciecz. Ciepło pobrane w czasie topnienia kryształu zużyte jest na zniszczenie jego uporządkowanej struktury. Zjawisko topnienia wykorzystujemy np. podczas schładzania soku kostkami lodu. Kostki lodu wrzucone do soku w czasie ich topnienia zabierają ciepło, a tym samym schładzają napój. Z topnieniem spotykamy się również gdy topnieje śnieg na wiosną lub gdy topnieje cyna podczas lutowania.

Topnienie lodu Temat doświadczenia: Temperatura topnienie lodu. Cel doświadczenia: Sprawdzenie, czy temperatura topnienia lodu wynosi 0C. Potrzebne przedmioty i substancje: Lód, CoachLabII+ (interfejs, czujnik do mierzenia temperatury), stojak na probówki, probówka. Opis czynności: Wsypujemy do probówki skruszony lód. Probówkę umieszczamy w stojaku. Wkładamy czujnik temperatury do probówki i uruchamiamy program. Obserwujemy wskazania temperatury.

Obserwacje: Ogrzewanie lodu rozpoczęliśmy, kiedy jego temperatura wynosiła –0,1C. Zaczął się wtedy proces topnienia. W czasie tej przemiany fazowej temperatura lodu i powstałej z niego wody wahała się od -0,1 do 0,1C. Topnienie lodu trwało około 30 minut. Po tym czasie temperatura powstałej z lodu wody zaczęła wzrastać. Doświadczenie zakończyliśmy, kiedy woda osiągnęła 11,2C. Wniosek: Temperatura topnienia lodu wynosi 0C. Niewielka różnica pomiędzy otrzymanymi przez nas wynikami ma związek najprawdopodobniej z tym, że cały czujnik nie był zanurzony w lodzie.

Topnienie lodu orzechowego Temat doświadczenia: Temperatura topnienie lodu orzechowego. Cel doświadczenia: Sprawdzenie, w jakiej temperaturze topi się lód orzechowy. Potrzebne przedmioty i substancje: Lód orzechowy, CoachLabII+ (interfejs, czujnik do mierzenia temperatury), zlewka. Opis czynności: Umieszczamy w zlewce lód orzechowy. Wkładamy czujnik temperatury do lodu i uruchamiamy program. Obserwujemy wskazania temperatury.

Obserwacje: Lód ogrzewaliśmy dostarczając mu ciepło z otoczenia w dwóch etapach. I etap: od –6,7C do 3,6°C, II etap: od 4,4°C do 17,4° . W I etapie zaobserwowaliśmy, że w zakresie temperatur od –6,7C do 0°C co około 7 min. temperatura rosła o 1°C, a w zakresie temperatur od 0,1°C do 3,6°C ogrzanie o 1°C zajmowało już mniej czasu, bo około 3-4 min. W II etapie czas ogrzania lodu o 1°C zmniejszał się od około 2,5 min. do około 1,5 min. Gdy powstała substancja osiągnęła temperaturę około 7°C zaobserwowaliśmy nagły skok temperatury, a następnie wolniejsze jej ogrzewanie. Wniosek: Lód orzechowy nie topi się w stałej temperaturze. Proces topnienia lodu odbywał się najprawdopodobniej w zakresie temperatur od –6,7C do około 7°C. Nagły skok temperatury powstałej substancji wskazuje na zakończenie procesu topnienia lodu orzechowego.

Zjawisko krzepnięcia Krzepnięcie to proces zmiany fazy ciekłej na stałą. Jest to proces odwrotny do topnienia. Podczas krzepnięcia ciecz oddaje ciepło do otoczenia. Temperatura krzepnięcia równa jest temperaturze topnienia. Odprowadzenie energii z cieczy powoduje zmniejszenie prędkości cząsteczek, które w końcu – dzięki istnieniu sił przyciągania – stają się zdolne do łączenia się. Cząsteczki wykonują wtedy drgania wokół ustalonych położeń, tworząc trwałą strukturę ciała stałego. Pod ciśnieniem atmosferycznym woda zamarza w temperaturze 0C, o ile tylko nie zawiera soli albo cukru. Dodanie do wody innej substancji powoduje obniżenie temperatury jej krzepnięcia. Własność tę wykorzystuje się w praktyce do rozpuszczania lodu. Proces krzepnięcia wykorzystuje się w produkcji szkła, świec czy też w przemyśle spożywczym podczas wyrobu czekolady.

Krzepnięcie wody Tytuł doświadczenia: Krzepnięcie wody. Cel doświadczenia: Sprawdzenie, czy woda krzepnąc zachowuje swoją objętość. Potrzebne przyrządy i substancje: Przezroczysta, plastikowa butelka, pisak, woda. Wykonanie: Do butelki nalewamy wody, tak by zajmowała maksymalnie ¾ jej objętości. Pisakiem zaznaczamy poziom wody. Butelkę z wodą wkładamy do zamrażalnika na kilka godzin. Po upływie czasu wyjmujemy butelkę z zamrażalnika i sprawdzamy jaki jest poziom lodu w odniesieniu do zaznaczonego poziomu cieczy.

Obserwacje: Zamrożonej wody (lodu) w butelce jest więcej niż zaznaczony wcześniej poziom cieczy. Wniosek: Woda i lód o tej samej masie różnią się objętością. Lód ma budowę krystaliczną, ale jego struktura różni się od innych ciał o takiej budowie. Z powodu asymetrii cząsteczki wody, kryształy lodu są otwarte. Cząsteczki wody w tej strukturze zajmują większą objętość niż w ciele stałym. Dlatego lód ma mniejszą gęstość.

parowanie Parowanie to proces zmiany fazy ciekłej na gazową, zachodzący na powierzchni cieczy. Podczas tego procesu ciecz pobiera ciepło. Parowanie zachodzi w każdej temperaturze. Szybkość parowania cieczy zależy od: rodzaju cieczy, wielkości jej powierzchni, temperatury, ruchu cząsteczek powietrza otaczającego ciecz, stanu nasycenia powietrza parą. Zjawisko parowania cieczy wykorzystujemy np. podczas suszenia włosów. Żeby przyspieszyć proces parowania wody znajdującej się we włosach używamy suszarki. Gdy nasz organizm ulega przegrzaniu, gruczoły potowe wydzielają więcej potu, który paruje. Jest to naturalny termostat – parowanie potu powoduje ochłodzenie organizmu i jego temperatura wraca do normy. Parowanie powoduje np. znikanie mgły, gdy zaświeci Słońce.

parowanie a wrzenie Przy spełnieniu pewnych warunków parowanie może odbywać się również poniżej powierzchni cieczy. Powstają wtedy pęcherzyki pary, które wędrują w górę dzięki siłom wyporu. Dochodząc do powierzchni, zanikają. Ta zmiana fazy nazywa się wrzeniem. W przypadku wody dopiero w temperaturze 100C i pod normalnym ciśnieniem atmosferycznym cząsteczki pary mają na tyle dużą energię, że ich ciśnienie wystarcza do pokonania ciśnienia wody (głównie ciśnienia atmosferycznego). Wrzenie to zjawisko najintensywniejszego parowania, które zachodzi w całej objętości cieczy i w stałej temperaturze zwanej temperaturą wrzenia.

Czy para wodna jest widoczna? Temat doświadczenia: Zamiana wody w parę wodną. Cel doświadczenia: Udowodnienie, że para wodna nie jest widoczna. Potrzebne przyrządy i substancje: Czarna kartka, czajnik, woda. Wykonanie: Nalewamy wody do czajnika i po podłączeniu do prądu włączamy go. Obserwujemy „dziubek” czajnika podczas wrzenia wody.

Obserwacje: W czasie wrzenia wody w czajniku, tuż nad ujściem „dzióbka” nic nie widać. Dopiero wyżej widać białą chmurę. Wniosek: Woda w stanie gazowym, czyli para wodna, jest niewidoczna. Biała chmura, którą widzimy wyżej składa się z małych kropelek wody, czyli jest to już stan ciekły. para wodna

Wrzenie wody Temat doświadczenia: Temperatura wrzenia wody. Cel doświadczenia: Sprawdzenie, czy woda wrze w tempera- turze 100ºC. Potrzebne przedmioty i substancje: Kolba stożkowa, palnik denaturowy, zapałki, trójnóg z siatką ceramiczną, woda, CoachLabII+ (interfejs, czujnik do mierzenia temperatury). Opis czynności: Do kolby stożkowej nalewamy wody i wkładamy do niej czujnik temperatury. Nad palnikiem umieszczamy siatkę ceramiczną, na którą kładziemy kolbę z wodą i czujnikiem. Uruchamiamy program i zapalamy palnik. Obserwujemy zmianę temperatury.

Czekając na wyniki, próbowaliśmy przewidzieć, jak będzie wyglądał wykres zależności pomiędzy temperaturą wody a czasem jej ogrzewania.

Obserwacje: Ogrzanie wody od 70°C do 99,9°C zajęło nam około 14 minut. Po tym czasie woda zaczęła wrzeć. W czasie tego procesu temperatura wody wahała się od 99,9°C do 100,1°C. Wniosek : Temperatura wrzenia wody wynosi 100°C. Niewielka różnica pomiędzy otrzymanymi przez nas wynikami, a oczekiwanymi wynika najprawdopodobniej z dwóch czynników: ruchu płomienia palnika (związanego z ruchem powietrza w klasie) oraz z tego, że powierzchnia naczynia była odkryta.

Wrzenie mieszaniny wody z syropem Temat doświadczenia: Temperatura wrzenia mieszaniny wody z syropem. Cel doświadczenia: Sprawdzenie, w jakiej temperaturze wrze woda z syropem malinowym. Potrzebne przedmioty: Kolba stożkowa, palnik denaturowy, zapałki, trójnóg z siatką ceramiczną, woda, syrop malinowy, CoachLabII+ (interfejs, czujnik do mierzenia temperatury). Opis czynności : Do kolby stożkowej nalewamy wody i syropu malinowego, a następnie wkładamy do niej czujnik temperatury. Nad palnikiem umieszczamy siatkę ceramiczną, na którą kładziemy kolbę z wodą, syropem i czujnikiem. Uruchamiamy program i zapalamy palnik. Obserwujemy zmianę temperatury.

Obserwacje: Ogrzanie wody z syropem od 70°C do 101°C zajęło nam około 17,7 minut. Po tym czasie mieszanina zaczęła wrzeć. W czasie tego procesu temperatura wody z syropem wahała się od 101°C do 102,9°C. Wniosek: Temperatura wrzenia mieszaniny wody z syropem jest wyższa od temperatury wrzenia samej wody.

Czy woda zawsze wrze w temperaturze 100C? Tytuł doświadczenia: Temperatura wrzenia wody a ciśnienie zewnętrzne. Cel doświadczenia: Sprawdzenie, jak temperatura wrzenia zależy od ciśnienia zewnętrznego. Potrzebne przyrządy i substancje: Pompa próżniowa, woda. Wykonanie: W naczyniu próżniowym umieszczamy szklankę z gorącą wodą. Intensywnie wypompowujemy powietrze z naczynia. Obserwujemy zachowanie się cieczy.

Obserwacje: Podczas intensywnego wypompowywania powietrza z naczynia woda zaczyna wrzeć, choć jej temperatura jest niższa od 100C. Wniosek: Wrzenie każdej cieczy odbywa się w stałej temperaturze, zależnej od zewnętrznego ciśnienia. Temperatura wrzenia cieczy obniża się wraz z obniżeniem się zewnętrznego ciśnienia, pod którym odbywa się wrzenie.

skraplanie Gdy cząsteczki gazu znajdą się w pobliżu powierzchni cieczy, są przez nią przyciągane i wpadają w nią ze zwiększoną energią, stając się jej częścią. Zderzając się z wolniejszymi cząsteczkami cieczy, przekazują im nadwyżkę energii kinetycznej i w ten sposób zwiększają temperaturę cieczy. Skraplanie to proces zmiany fazy gazowej na ciekłą. Podczas skraplania wydziela się ciepło. Skroplenie powietrza przez polskich uczonych: Zygmunta Wróblewskiego i Karola Olszewskiego w 1844 r. było wydarzeniem przełomowym w nauce o stanach skupienia substancji. Zjawisko skraplania pary wodnej, a tym samym wydzielania się ciepła możemy doświadczyć na własnej skórze gdy umieścimy rękę nad wrzącą wodą. Para skraplając się na skórze, przekazuje jej znaczną ilość energii co powoduje oparzenie. Ze zjawiskiem skraplania spotykają się osoby noszące okulary. Gdy w zimie wchodzą do ciepłego pomieszczenia, okulary pokrywają się mgiełką. Najczęściej mówimy wtedy, że okulary „zaparowały”, ale tak naprawdę to para wodna skropliła się na ich zimnej powierzchni.

Skraplanie pary wodnej Tytuł doświadczenia: Skraplanie pary wodnej. Cel doświadczenia: Zaprezentowanie procesu zamiany pary wodnej w ciecz. Potrzebne przyrządy i substancje: Czajnik, lustro, woda. Wykonanie: Do czajnika nalewamy wodę i włączamy go. Zbliżamy lustro do „dzióbka” czajnika. Obserwujemy lustro.

Obserwacje: Podczas wrzenia wody w czajniku obserwujemy, że na lustrze pojawiają się kropelki wody, które spływają w dół. Wniosek: Cząsteczki niewidocznej pary wodnej „uciekające” z czajnika napotkały na swej drodze zimne lustro i para wodna zamieniła się z powrotem w wodę. Nastąpiło zjawisko skraplania.

Sublimacja i resublimacja Sublimacja to proces zmiany fazy stałej na gazową z pominięciem fazy ciekłej. Zachodzi w każdej temperaturze i towarzyszy jej zawsze cieplne pobieranie energii z otoczenia, a jej szybkość zwiększa się wraz ze wzrostem temperatury. Przykładem sublimacji jest schnięcie zamarzniętej bielizny na mrozie. Woda w tkaninie najpierw zamarza, a potem sublimuje. Zimą obserwujemy też stopniowe zanikanie pokrywy śnieżnej podczas mrozu, co również jest skutkiem sublimacji. Resublimacja to proces zmiany fazy gazowej na stałą. Jest to proces odwrotny do sublimacji i towarzyszy jej zawsze oddawanie energii do otoczenia. Przykładem resublimacji jest powstawanie szronu. Przy gwałtownym spadku temperatury nadmiar pary wodnej zawartej w powietrzu zamienia się w drobne kryształki lodu – szron. Zjawisko to zachodzi najczęściej podczas mroźnych, pogodnych nocy.

bibliografia Encyklopedia Powszechna PWN, Wydawnictwo Naukowe PWN, Fizyka wokół nas, Paul G. Hewitt, Wydawnictwo Naukowe PWN, Fizyka wokół nas. Podręcznik do gimnazjum. RESPOLONA, Encyklopedia Szkolna. Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne Spółka Akcyjna, Fizyka i astronomia dla gimnazjum. Wydawnictwo NowaEra, Świat fizyki. Wydawnictwo ZamKor.

DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ 