UGP – Woda.

Prezentacja na temat: "UGP – Woda."— Zapis prezentacji:

1 UGP – Woda

2 Dane informacyjne: Nazwa szkoły:
Zespół Szkół Leśnych im. Jana Kloski w Goraju ID grupy: 97/85_MF_G2 Opiekun: Katarzyna Mituta Kompetencja: matematyczno - fizyczna Temat projektowy: AS TK 081 Woda Semestr/rok szkolny: Semestr IV / rok szkolny 2011/2012

3 Woda na Ziemi Występuje głównie w oceanach, które pokrywają 70,8% powierzchni globu, w rzekach, jeziorach,  w postaci stałej w lodowcach, część wody znajduje się pod powierzchnią Ziemi lub w atmosferze (chmury, para wodna). Woda występująca w przyrodzie jest roztworem soli i gazów. Najwięcej soli mineralnych zawiera woda morska i wody mineralne; najmniej woda z opadów atmosferycznych. 

4 Woda we wszechświecie NASA odkryła wodę na Marsie 31 lipca 2008 r.
Badania geologiczne zebrane przez bezzałogowe misje sugerują, że Mars posiadał kiedyś duże zasoby wody na powierzchni, a małe wypływy wód podobne do gejzerów mogły mieć miejsce w ciągu ostatniej dekady. W roku 2005 dane radarowe wykazały obecność dużych ilości lodu zarówno na biegunach, jak i na średnich szerokościach geograficznych. Lądownik Phoenix 31 lipca 2008 roku stwierdził bezpośrednio obecność wody w próbce regolitu, pobranej w okolicach biegunowych.

5 Woda we wszechświecie Na Księżycu odkryto wodę 8 października 2009 r.
urządzenia o nazwie Moon Mineralogy Mappper (M3), umieszczone na indyjskim satelicie Księżyca Chandrayyan-1. analizuje światło słoneczne, które odbija się od powierzchni Księżyca i na tej podstawie ustala skład chemiczny księżycowego gruntu. Długość fali odbijanego światła na całej powierzchni Księżyca sugeruje, że napotkało ono na połączone atomy wodoru i tlenu – czyli na wodę! Badanie wykazało, że im bliżej biegunów, tym wody jest więcej. Na innych ciałach niebieskich wody nie stwierdzono.

6 Znaczenie wody w życiu człowieka:
Woda jest podstawowym składnikiem każdej żywej komórki. Ciało człowieka zawiera od 58% do 65% wody, W ciągu doby dorosły, zdrowy człowiek powinien spożyć 2,5 litra wody. Przyjmujemy wodę w pokarmach i napojach, a wydalamy w postaci moczu i potu, część zaś zużywana jest w procesach przemiany materii. Zbyt mała ilość spożycia wody powoduje odwodnienie organizmu oraz zaburzenie procesów życiowych: trawienia, oddychania, krążenia krwi i wydalania. Jej brak może spowodować śmierć.

7 Woda jako substancja użytkowa:
Woda pitna, w gospodarstwach domowych jest używana do celów sanitarno – bytowych, w rolnictwie do nawadniania pól. Znaczne ilości wody zużywają zakłady przemysłowe jako substancję będącą przekaźnikiem ciepła, magazynująca ciepło lub je odbierająca (substancja chłodząca), poza tym jako reagent procesów chemicznych, rozpuszczalnik itp.

8 Właściwości fizyczne wody:
Wielkość fizyczna wartość temperatura topnienia pod ciśnieniem 1 atm 0 °C = 273,152519 K temperatura wrzenia pod ciśnieniem 1 atm 99,97 °C = 373,12 K punkt potrójny 0,01 °C 273,16 K, 611,657 Pa gęstość w temperaturze 3,98 °C 1 kg/l (gęstość maksymalna) temperatura krytyczna 647,096 K (ok. 374 °C) ciśnienie krytyczne 22,064 MPa ciepło właściwe 4187 J/(kg·K) = 1 kcal/(kg·K) ciepło parowania/topnienia 2257 kJ/kg - 333,7 kJ/kg

9 Właściwości fizyczne wody - rozszerzalność termiczna:
Woda, jako jedna z niewielu substancji, nie zwiększa swojej objętości monotonicznie z temperaturą w całym przedziale temperatur od 0 do 100 °C. Poniżej +3,98 °C objętość zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury, co wśród ogółu substancji chemicznych jest anomalią.

10 Wiązania wodorowe: Anomalia spowodowana jest specyficznym kształtem cząsteczki wody oraz istnieniem silnych wiązań wodorowych. Wiązania te nadają wodzie względnie dużą gęstość, a ponadto pękają w obszarze anomalnym, zwiększając nieuporządkowanie wśród cząsteczek, a co za tym idzie, zmniejszając również objętość cieczy. Z tego samego powodu objętość wody wzrasta również podczas krzepnięcia – dlatego lód pływa po powierzchni wody, rozsadza naczynia, kruszy spękane skały, niszczy nawierzchnię dróg itp.

11 Prawo Pascala: Prawo Pascala spełnione jest dla płynów( cieczy i gazów)  jeżeli na płyn w zbiorniku zamkniętym wywierane jest ciśnienie zewnętrzne, to ciśnienie wewnątrz zbiornika jest wszędzie jednakowe i równe ciśnieniu zewnętrznemu. Ciśnienie zewnętrzne wywierane na ciecz lub gaz znajdujące się w naczyniu zamkniętym rozchodzi się jednakowo we wszystkich kierunkach. Zastosowanie: działanie urządzeń hydraulicznych (układ hamulcowy, podnośnik hydrauliczny, prasa hydrauliczna, pompa hydrauliczna,)

12 Prawo Pascala: Wykonaliśmy model podnośnika hydraulicznego:
Dwie strzykawki o różnych polach przekroju połączyliśmy rurką. Układ napełniliśmy olejem. Strzykawkę o większym polu przekroju zakończyliśmy miseczką. Wpychając tłok w małej strzykawce unosi się miseczka umieszczona na tłoku dużej strzykawki.

13 Prawo Archimedesa:  Na ciało zanurzone w płynie (cieczy, gazie lub plazmie) działa pionowa, skierowana ku górze siła wyporu. Wartość siły jest równa ciężarowi wypartego płynu. Siła ta jest wypadkową wszystkich sił parcia płynu na ciało. Wzór na siłę wyporu: Fw = ρpłynu ∙g ∙Vzanurzona ρpłynu - gęstość płynu (cieczy, gazu) w którym zanurzone jest ciało - [w układzie SI w kg/m3] Vzanurzona – objętość tej części ciała, która jest zanurzona w płynie (w układzie SI w m3) g – przyspieszenie ziemskie [w układzie SI w m/s2] Jakie wnioski wyciągamy z tego prawa: że siła wyporu jest tym większa, im cięższy jest płyn - większa siła wyporu jest w wodzie, niż w powietrzu i większa w rtęci, niż w wodzie. siła wyporu jest tym większa, im większe (rozmiarami, objętością) jest ciało (a przynajmniej jego zanurzona część)

14 Prawo Archimedesa:  Na ciało zanurzone w płynie (cieczy, gazie lub plazmie) działa pionowa, skierowana ku górze siła wyporu. Wartość siły jest równa ciężarowi wypartego płynu. Siła ta jest wypadkową wszystkich sił parcia płynu na ciało. W cieczy: statki pływające po powierzchni – siła wyporu równoważy siłę ciężkości łodzie podwodne – statki te mają możliwość manewrowania siłą wyporu i siłą ciężkości, dzięki czemu są w stanie zanurzać się i wynurzać. ryby stosują zasady takie jak łodzie podwodne bąbelki pary unoszące się do góry podczas wrzenia są znacznie lżejsze od wody, więc wypływają na powierzchnię,

15 Prawo Archimedesa: W gazie:
balony, sterowce – manewrując ciężarem (balast) lub wartością siły wyporu (wypuszczanie gazu nośnego, lub zmiana jego ciężaru właściwego za pomocą podgrzewania), bańki mydlane zawierające ogrzane powietrze z płuc początkowo unoszą się do góry (chyba, że otaczająca je powłoka z mydła jest zbyt ciężka). ogrzana para wodna jest lekka, więc wznosi się do góry tworząc chmury. Po oziębieniu skrapla się i nabiera ciężaru (w sensie ciężaru właściwego), co powoduje, że ostatecznie spada w postaci deszczu. 

16 Prawo Archimedesa i prawo Pascala:
Nurek Kartezjusza: Szklaną fiolkę obciążamy plasteliną i więzimy w niej pęcherzyk powietrza wkładamy do plastikowej butelki (PET) wypełnionej wodą otworem w dół, tak, aby pływała po czym butelkę zakręcamy.  Ściskamy ścianki butelki i obserwujemy efekt - co się stanie z pływającym w niej nurkiem. Tonie, prawda?

17 Nurek tonie: Dlaczego? Gdy ściskamy ścianki butelki, wzrasta w niej ciśnienie i przez to bardziej ściskany jest w fiolce pęcherzyk powietrza. Jeżeli uważnie przyjrzymy się temu pęcherzykowi, zauważamy, że nieco zmniejsza się on podczas ściskania butelki. A to oznacza, że zmniejszyła się wyporność nurka - do środka wlało się więcej wody. Nurek utonął. Gdy z kolei ciśnienie maleje (przestajemy ściskać butelkę), pęcherzyk powiększa się, nurek zwiększa swoją wyporność i wypływa.

18 Jak zachowa się nurek Kartezjusza, gdy wywrzemy nacisk na dno butelki?
Naciskając na dno butelki powodujemy wzrost ciśnienia zawartego w niej powietrza. Zgodnie z prawem Pascala zostaje ono przekazane bez zmiany wartości w głąb cieczy we wszystkich kierunkach. Prowadzi to do zmniejszenia się objętości powietrza w nurku, w skutek czego siła wyporu maleje stając się mniejsza od ciężaru nurka. Dlatego znowu zacznie opadać na dno butelki. Nurek utonie!

19 Ciśnienie hydrostatyczne:
 ciśnienie, wynikające z ciężaru cieczy znajdującej się w polu grawitacyjnym. Ciśnienie hydrostatyczne nie zależy od wielkości i kształtu zbiornika, a zależy wyłącznie od głębokości. Ciśnienie określa wzór: p= qcieczy g h qcieczy- gęstość cieczy – w układzie SI w kg/m³  g – przyspieszenie ziemskie (grawitacyjne) – w układzie SI w m/s² h– głębokość zanurzenia w cieczy (od poziomu zerowego) – w układzie SI w metrach (m). Całkowite ciśnienie panujące w cieczy jest sumą ciśnienia hydrostatycznego i ciśnienia zewnętrznego.

20 Dlaczego nurek Kartezjusza tonie, jeżeli…?
Za pomocą odpowiednio zakończonego pręta zanurzamy pływającego nurka na coraz większe głębokości, z których pozwalamy mu wypływać usuwając nacisk pręta. Po przekroczeniu określonej głębokości zanurzenia nurek zamiast wypływać opada na dno naczynia. Wyjaśnienie: Na różnych głębokościach panuje inne ciśnienie hydrostatyczne. Nurek będzie wypływał dopóty , dopóki siła wyporu będzie większa od jego ciężaru. Gdy przekroczymy głębokość, na której ciśnienie hydrostatyczne wzrośnie tak, że powietrze w nurku zmniejszy objętość na tyle, że siła wyporu staje się mniejsza od jego ciężaru - nurek tonie!

21 Przemiany fazowe wody:
Występowanie większości substancji w danym stanie skupienia zależy od panujących w niej warunków termodynamicznych, czyli ciśnienia i temperatury. Zmiana fazy materii może wymagać, dostarczenia lub odebrania energii, wówczas ilość energii jest proporcjonalna do masy substancji zmieniającej fazę, co można opisać wzorem: Q=m*CL gdzie: (Q )- ciepło przemiany fazowej , (m) masa, (CL) jednostkowe ciepło przemiany fazowej. Punkt potrójny-woda w stanie ciekłym, lód i para wodna są w równowadze (punkt potrójny) w temperaturze 0,01°C (273,16 K) i ciśnieniu 611,73 Pa.

22 Kalorymetryczny pomiar ciepła topnienia wody
Dane uzyskane z pomiaru: Masa kalorymetru, mk 0,22 kg Masa lodu, ml 0,01 kg Masa wody, mw 0,25 kg Temp. początkowa, T1 293K Temp. końcowa, T2 290 K Temp. lodu, Tl 273K Ciepło właściwe kalorymetru (Al), ck 900 J/(kg*K) Ciepło właściwe wody, cw 4190 J/(kg*K)

23 Kalorymetryczny pomiar ciepła topnienia wody (lodu)
Aby obliczyć ciepło topnienia lodu, korzystamy z równania: gdzie: ponieważ ciepło pobrane przez lód było potrzebne nie tylko na jego stopienie, ale także na ogrzanie go do temperatury końcowej. Uzyskany wynik: CT= J/kg Wartość z tablic: CT= J/kg

24 Kalorymetryczny pomiar ciepła topnienia wody
Wnioski: Największy wpływ na błąd pomiaru ma masa lodu, oraz zmierzona temperatura początkowa, przy naszym niedoskonałym pomiarze były kłopoty z odczytem temperatury ze względu na dużą szybkość jej zmian i małą dokładność termometru, część ciepła uległa rozproszeniu w otoczenie przy wrzucaniu lodu oraz zmianę temperatury naczynia kalorymetrycznego, różnica między ciepłem wyznaczonym laboratoryjnie i umieszczanym w tablicach fizycznych stanowi około 9,4%, możemy tą różnicę potraktować jako straty energii rozpraszanej ze względu na warunki przebiegu doświadczenia;

25 Różnica gęstości – zamiana wody z „winem”.
Połączone ciecze o różnej gęstości mieszają się. Ciecz o mniejszej gęstości przemieszcza się do góry, a ciecz o większej gęstości spływa smugą na dno naczyń. W efekcie ciecze zamieniają się miejscami: (nie próbowaliśmy z winem! ale z olejem, tak…)

26 Nasza galeria W ramach realizacji zadań projektowych wykonaliśmy doświadczenia związane z badaniem właściwości fizycznych wody. Badaliśmy: zjawiska powierzchniowe, siły przylegania, włoskowatość, konwekcję, dyfuzję itp. Wykonaliśmy doświadczenia związane z pomiarem gęstości oraz badaliśmy zjawiska falowe w środowisku wodnym, Zdjęcia zostały zaprezentowane na gazetce szkolnej.

27 Celem tematu projektowego było poznanie, zbadanie i weryfikacja danych doświadczalnych z danymi w literaturze dotyczącymi właściwości fizycznych wody, elementów hydrostatyki oraz elementów termodynamiki. W tak krótkim czasie mieliśmy możliwość dokładniej zweryfikować nasze informacje z lekcji fizyki . Dziękujemy za uwagę