DANE INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Zespół Szkół w Brzeźnicy ID grupy: 98/36_MF_G1 Kompetencja: Matematyka i Fizyka Temat projektowy: Zmiany stanu skupienia materii. Semestr/rok szkolny: semestr I 2011 r.

Jednostki miary Jednostka (jednostka miary, miano), wartość danej wielkości przyjęta jako mająca wartość liczbową równą jedności. Jednostka miary służy do ilościowego wyrażenia (porównywania) wartości tej samej wielkości. Jednostkom zazwyczaj nadaje się nazwy np. jednostką masy jest kilogram (kg), jednostki niektórych wielkości nie mają nazwy np. jednostką prędkości jest metr na sekundę (m/s). Zestawienia jednostek różnych wielkości, to układy jednostek. Obecnie obowiązującym w większości państw świata jest układ SI W układach jednostek wyróżnia się jednostki miar : podstawowe - zdefiniowane przez opis doświadczenia umożliwiającego wybór określonej wartości tej wielkości, np. metr w układzie SI,

Co to jest układ SI ?? Układ SI to międzynarodowy układ jednostek miar zatwierdzony w 1960 r. przez Generalną Konferencję miar. Jest stworzony w oparciu o metryczny system miar. Jednostki w układzie SI dzielą się na podstawowe i pochodne. W Polsce układ ten obowiązuje od 1966 r. Obecnie jest używany przez wszystkie kraje świata z wyjątkiem USA, Liberii i Birmy. Układ SI powstał za starego układu MKS. Obecnie układ SI zawiera 7 jednostek podstawowych: - metr (m)  długość - kilogram (kg)  masa - sekunda (s)  czas - amper (A) natężenie prądu elektrycznego - kelwin (K)  temperatura - kandela (cd)  natężenie światła, światłość - mol (mol)  liczność materii

Warto wiedzieć!

Co to stan skupienia materii. Stan skupienia materii podstawowa forma, w jakiej występuje substancja określająca jej podstawowe własności fizyczne. Własności substancji wynikają z układu oraz zachowania cząsteczek tworzących daną substancję. Bardziej precyzyjnym określeniem form występowania substancji jest faza materii.

Podział stanów skupienia

Stały (ciało stałe) substancja w tym stanie ma w ustalonych warunkach określony kształt i objętość, a poddana działaniu niewielkich sił zewnętrznych (mniejszych od granicy sprężystości ciała stałego) nie odkształca się trwale; z tymi właściwościami wiąże się też mała ściśliwość ciał stałych. Rozróżnia się krystaliczne i bezpostaciowe ciała stałe.

ustalony kształt i objętość uporządkowanie dalekiego zasięgu oddziaływania harmoniczne

Ciekły (ciecz) stan pośredni między stanem gazowym i stałym. Substancja w tym stanie nie ma własnego kształtu, a przyjmuje kształt naczynia, w którym jest umieszczona, wypełniając go do pewnego poziomu; tworzy się przy tym (na granicy z fazą gazową) powierzchnia swobodna cieczy. Ciecz poddana działaniu sił zewnętrznych zachowuje zwykle swoją objętość (odznacza się małą ściśliwością). Wykazuje uporządkowanie bliskiego zasięgu, największe w pobliżu temperatury krzepnięcia i szybko zmniejszające się ze wzrostem temperatury. Odległości międzycząsteczkowe w cieczy są bliskie odległościom w ciałach stałych

słabo ściśliwe uporządkowanie bliskiego zasięgu tworzą powierzchnię swobodna

Lotny (gaz) Substancja w tym stanie nie ma ustalonego kształtu i objętości (zajmuje całą dostępną objętość, nie tworząc powierzchni swobodnej); poddana działaniu sił zewnętrznych łatwo zmienia objętość (wykazuje dużą ściśliwość). Cząsteczki (atomy) w gazie słabo oddziałują między sobą, poruszając się swobodnie w przestrzeni. Pod względem właściwości gazy są izotropowe.

cząsteczki poruszają się swobodnie oddziaływanie jedynie w wyniku zderzeń duża ściśliwość

Zmiany stanów skupienia

Topnienie Topnienie- przechodzenie substancji ze stanu stałego w stan ciekły. Energia dostarczana do ciała stałego powoduje pokonanie sił wiążących między cząsteczkami ciała stałego.

Doświadczenie z Topnieniem W celu poznania temperatury zmiany skupienia naftaliny wykonaliśmy następujące doświadczenie. Do blaszanego naczynia ostrożnie włożyliśmy parę gramów naftaliny i zaczęliśmy podgrzewać. Zapisując wyniki mierzone w odstępach co 30sek. Powstał nam wykres, który pokazuje nam wzrost temperatury Wraz z czasem ogrzewania naftaliny.

Krzepnięcie Krzepnięcie- przechodzenie cieczy w stan stały. Energia oddawana przez ciecz powoduje zmniejszenie prędkości cząsteczek, a siły przyciągania łączą je w ciało stałe.

Doświadczenie z Krzepnięciem Wodę wlaliśmy do naczynia a następnie naczynie z wodą wstawiliśmy do drugiego naczynia wyłożonego lodem lub ciekłym azotem. W zależności od chłodzenia woda zamarzała w różnym czasie.

Parowanie Parowanie- przechodzenie cieczy w stan gazowy. Energia dostarczana do cieczy pokonuje siły przyciągania między cząsteczkami.

Doświadczenie z Parowaniem W celu poznania szybkości parowania wody więc wykonaliśmy następujące doświadczenie: Do metalowego kubka włożyliśmy kostkę lodu aby zbadać jak szybko nastąpi topnienie. Najpierw podpaliliśmy denaturat potem czujnikiem mierzyliśmy temperaturę co pół minuty, następnie zapisywaliśmy obserwacje.

Skraplanie Skraplanie-przechodzenie gazu w stan ciekły. Ochłodzony gaz oddaje energię, zmniejsza się prędkość cząsteczek, siły przyciągania zbliżają cząsteczki.

Doświadczenie z Skraplaniem Podgrzaliśmy wodę do momentu wrzenia a następnie położyliśmy chłodną blaszkę i obserwowaliśmy jak się skrapla para wodna.

Sublimacja Sublimacja- bezpośrednie przechodzenie substancji ze stanu stałego w gazowy z pominięciem stanu ciekłego.

Doświadczenie z Sublimacją W celu uzyskania pary wodnej z lodu podgrzaliśmy metalową płytkę do czerwoności. Następnie kawałek lodu upuściliśmy z bezpiecznej odległości. Spowodowało to uwolnienie uwolnienie pary wodnej .

Resublimacja Resublimacja- bezpośrednie przechodzenie substancji ze stanu gazowego w stały z pominięciem stanu ciekłego.

Doświadczenie z Resublimacją Korzystając z pary pod ciśnieniem wtłoczyliśmy ją do szklanej rurki zanurzonej w ciekłym azocie.

Zmiany stanu skupienia wykorzystywane przez człowieka Zmiany stanu skupienia wykorzystane w gospodarce. Zmiany stanu skupienia są wykorzystane przy produkcji między innymi: *szkła – przy łączeniu jego składników wykorzystuje się podgrzewanie składników c celu połączenia, *lodów- po przez zmianę stanu skupienia wody, *stopów metali- po przez wytapianie z ród metali, *dezodorantów- sprężanie gazów, Zmiany stanów skupienia wykorzystywane w gospodarce pomagają nam w produkcji przedmiotów codziennego użytku. W domu wykorzystujesz je między innymi przy: *pieczeniu jajecznicy, *słodzeniu herbaty.

Ciepło i temperatura

Ciepło w termodynamice to forma przekazywania energii termicznej Ciepło w termodynamice to forma przekazywania energii termicznej. Relacja między energią termiczną a ciepłem jest taka sama jak między pracą i energią w mechanice. Cieplnym odpowiednikiem określenia "wykonanie pracy na układzie" jest określenie "wystąpienie przepływu ciepła".

Ciepło przepływa między ciałami, które znajdują się w stosunku do siebie w nierównowadze termicznej, zwykle wtedy, gdy posiadają one różną temperaturę. W niektórych, szczególnych przypadkach może ono jednak także przepływać między ciałami o tej samej temperaturze. Czasami, przez ciepło rozumie się odczucie zadowolenia z przystosowania się organizmu do aktualnych warunków termicznych otoczenia. Naukowo to odczucie nazywa się komfortem cieplnym

Jednostką ciepła w układzie SI jest dżul Jednostką ciepła w układzie SI jest dżul. W innych układach jednostek wyrażana jest przez kalorie, ergi i inne. Tradycyjnie, we wzorach fizycznych, ciepło oznacza się literą Q.

Wzory

W termodynamice klasycznej ciepłem jest zmiana energii wewnętrznej układu nie powodująca wykonania pracy makroskopowej. Zgodnie z I zasadą termodynamiki w układzie zamkniętym ciepło dopływające do układu zmienia energię wewnętrzną lub powoduje wykonie pracy przez układ gdzie: Wu – praca wykonana przez układ nad otoczeniem.

Przepływ energii będący ciepłem zmienia entropię układu Przepływ energii będący ciepłem zmienia entropię układu. Dla procesów zachodzących w stałej temperaturze zmianę entropii określa poniższy wzór, przy czym równość zachodzi dla procesów odwracalnych, a nierówność dla procesów nieodwracalnych:

Niewielką zmianę entropii wywołaną przepływem ciepła opisuje wzór

Procentowy przepływ energii

Temperatura– jedna z podstawowych wielkości fizycznych w termodynamice, będąca miarą stopnia nagrzania ciał. Temperaturę można ściśle zdefiniować tylko dla stanów równowagi termodynamicznej, bowiem z termodynamicznego punktu widzenia jest ona wielkością reprezentującą wspólną własność dwóch układów pozostających w równowadze ze sobą. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.

Temperatura jest miarą stanu cieplnego danego ciała Temperatura jest miarą stanu cieplnego danego ciała. Jeśli dwa ciała mają tę samą temperaturę, to w bezpośrednim kontakcie nie przekazują sobie ciepła, gdy zaś temperatura obu ciał jest różna, to następuje przekazywanie ciepła z ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej – aż do wyrównania się temperatury obu ciał.

Skale historyczne Pierwsi konstruktorzy termometrów i skal temperatury opierali swe skale na znanych im zjawiskach, najczęściej przyjmowano, że zmiana temperatury jest proporcjonalna do zmiany objętości cieczy (alkoholu, rtęci). W skalach tych, jako punkty odniesienia, przyjmowano wartości temperatury dwóch zjawisk zachodzących w dobrze określonych warunkach. W skali Celsjusza przyjmuje się, że 0 °C odpowiada temperaturze zamarzania wody, a 100 °C, to temperatura wody wrzącej pod normalnym ciśnieniem (choć Celsjusz pierwotnie przyjmował odwrotnie). W tak skonstruowanych skalach mogą występować wartości ujemne temperatury.

Przeliczanie jednostek temperatur

Wzór do przeliczania temperatury w stopniach Celsjusza na temperaturę w kelwinach jest następujący: gdzie t jest w °C.

Wzór przeliczający temperaturę w stopniach Fahrenheita na temperaturę w stopniach Celsjusza:

Wzór przeliczający temperaturę w stopniach Celsjusza na temperaturę w stopniach Fahrenheita:

ZADANIA

Układ SI - Tabela obecnie obowiązującego układu jednostki Rozwiązanie: Zadanie 2. Przelicz podane wielkości na jednostki układu SI. Dla kajaka: Masa - 37 000 g = Długość - 485 cm = Szerokość 850 mm = Dla motorówki: Masa - 0,337 t = Długość - 42,5 dm = Szerokość - 0,0018 km = Układ SI - Tabela obecnie obowiązującego układu jednostki   Rozwiązanie: Masa - 37 000 g = 37 kg Długość - 485 cm = 4,85 m Szerokość 850 mm = 0,85 m Dla motorówki: Masa - 0,337 t = 337 kg Długość - 42,5 dm = 4,35 m Szerokość - 0,0018 km = 1,8m

Wykres przedstawiający zależność temperatury do ciepła.

Oblicz ciepło właściwe tej substancji w stanie stałym. Zad.6   Jaka to substancja? Naukowcy badali własności temperaturowe pewnej substancji. Wykres przedstawia zależność temperatury od dostarczonego ciepła dla 1 kg badanej substancji. Na podstawie informacji odczytanych z wykresu wykonaj następujące polecenia. Zad.1 Podaj wartość temperatury topnienia badanej substancji. Zad.2 Podaj wartość temperatury wrzenia badanej substancji. Zad.3 Określ ile ciepła należy dostarczyć aby stopić 1 kg tej substancji. Przyjmij, że temperatura tej substancji wynosi 100 stopni Celcjusza. Zad.4 Oblicz ciepło parowania tej substancji. Zad.5 Oblicz ciepło właściwe tej substancji w stanie stałym.   Zad.6 Oblicz ciepło właściwe tej substancji w stanie ciekłym. Zad.7 Określ ile ciepła należy dostarczyć aby zwiększyć o 15 stopni Celcjusza temperaturę 1 kg tej substancji w stanie lotnym. Zad.8 Oblicz ile ciepła należałoby dostarczyć do tej substancji o masie 2 kg, aby zwiększyć jej temperaturę od 50 stopni Celcjusza do 260 stopni Celcjusza.  Zad.9* Oblicz jaką masę tej substancji o temperaturze początkowej 50 stopni Celcjusza można by stopić, dostarczając 300 kJ ciepła.

Rozwiązanie: Zad.1 Wartość temperatury topnienia badanej substancji wynosi 100 stopni C Zad.2 Wartość temperatury wrzenia badanej substancji wynosi 340 stopni C Zad.3 140kJ-40kJ=100kJ-ciepło topnienia Zad.4 p=Q/m -ciepło parowania cp=50kJ:1kg=50kJ/kg Zad.5 c=Q/mΔt c=40000J/1kg·100⁰C c=400J/kg⁰C Zad.6 c=30000J/1kg·240⁰C c=125J/kg⁰C Zad.7 około 4kJ Zad.8 w 50⁰C substancja jest w stanie stałym,a w 260⁰ w stanie ciekłym.Najpierw musimy dostarczyć ciepło,żeby doprowadzić ją do temp.topnienia,później musimy ja stopić i ogrzać d0 260⁰ Q=Q₁+Q₂+Q₃ Q₁=mcΔt Δt=100-50=50⁰C Q₁=2kg·400J/kg⁰C·50⁰C=40000J=40kJ Q₂=ct·m Q₂=100kJ/kg·2kg=200kJ Q₃=mcΔt c-ciepło właściwe cieczy Δt=260-100=160⁰C Q₃=2kg·125J/kg⁰C·160⁰C Q₃=40000J=40kJ Q=480kJ   Zad.9 Q=300kJ Q=Q₁+Q₂ Q₁=40kJ -poprzednie zadanie Q₂=ctm Q-Q₁=ctm m=(Q-Q₁/ct m=260kJ:100kJ/kg m=2,6kg

GALERIA

Biografia WWW.zgapa.pl WWW.wikipedia.pl WWW.encyklopedia.pwn.pl WWW.zdch.amu.edu.pl WWW.woda.ovh.org Ilustrowany słownik nauki : Fizyka, chemia, biologia Corinne stockley, Chrisoxlode, Jane Werthim