Dane INFORMACYJNE Zmiany stanów skupienia Nazwa szkoły:

Prezentacja na temat: "Dane INFORMACYJNE Zmiany stanów skupienia Nazwa szkoły:"— Zapis prezentacji:

1

2 Dane INFORMACYJNE Zmiany stanów skupienia Nazwa szkoły:
Gimnazjum nr 10 ID grupy: 98/71_MF_G1 Opiekun: Agnieszka Szaniewska Kompetencja: mat-fiz. Temat projektowy: Zmiany stanów skupienia Semestr/rok szkolny: II/ 2010/2011

3 Stany skupienia i procesy prowadzące do ich zmiany
Rys. 1. Źródło: T r e ś ć s l a j d u

4 Wykres zmian temperatury podczas zmian stanów skupienia wody
Rys. 2. Źródło:

5 Ciepło właściwe substancji
Ciepło właściwe jest równe energii, którą należy dostarczyć aby podnieść temperaturę 1 kg substancji o 1 stopień. c – ciepło właściwe ΔQ – ciepło dostarczone/oddane m - masa substancji ΔT - zmiana temperatury

6 Ciepło topnienia Ciepło topnienia jest równe ilości ciepła, jakie należy dostarczyć substancji, aby je stopić, bez zmiany temperatury. [ctop]=J/kg ctop – ciepło topnienia Q – ciepło dostarczone m - masa substancji

7 Tabela – substancje i ich ciepło topnienia
Substancja Ciepło topnienia kJ/kg lód 333,7 rtęć 11,3 woda tlen 13 wosk 176 dwutlenek węgla 180 Źródło:

8 Ciepło parowania Ciepło parowania jest równe ilości ciepła, jakie należy dostarczyć 1 kg cieczy, aby zmienić ją w parę, bez zmiany temperatury. [cpar]=J/kg cpar – ciepło parowania Q – ciepło dostarczone m - masa substancji

9 Tabela – substancje i ich ciepło parowania
Substancja Ciepło parowania kJ/kg Aluminium 10 500 Żelazo 6 340 Woda 2 257 Wodór 454 Rtęć 301 Źródło:

10 Doświadczenie 1: Mierzenie temperatury powietrza
Przy użyciu konsoli Coach II, przeprowadziliśmy doświadczenie, które miało na celu przetestowanie działania czujników temperatury. Ustawiliśmy pomiar na 5 minut i obserwowaliśmy pomiar temperatury w czasie. Według pomiarów zamieszczonych na Wykresie 1 w naszej sali panowała temperatura 240C.

11 Doświadczenie 1: Mierzenie temperatury powietrza
Wykres 1.

12 Doświadczenie 2: Ochładzanie się ciepłej wody
Na początku wlaliśmy 200 ml wrzątku do zlewki. Pomiar ustawiliśmy na 15 minut. Temperatura wody początkowo wynosiła 90,50C. Po zakończeniu doświadczenia temperatura wody wynosiła 590C.

13 Doświadczenie 2: Ochładzanie się ciepłej wody
Wykres 2.

14 Doświadczenie 2: Ochładzanie się ciepłej wody
Wnioski: Jak widać na Wykresie 2 temperatura nie spada proporcjonalnie do czasu – naszybciej woda ochładza się na początku, kiedy różnica między temperaturą wody i powietrza jest największa (widać to w pierwszej minucie pomiaru). Później proces oddawania ciepła i stygnięcia wody jest coraz wolniejszy. Ze względu na ograniczenia czasowe zajęć, nie mogliśmy poczekać, aż temperatura wody i powietrza wyrównają się. Znając masę wody i różnicę między temperaturą początkową wody i końcową, możemy policzyć ile ciepła woda oddała w ciągu 15 minut do otoczenia (powietrza w klasie).

15 Doświadczenie 2: Ochładzanie się ciepłej wody
Wnioski: Vwody= 200ml mwody = 0,2 kg cwody = 4190 J/kg·K ΔT = 31,5 K Więc ciepło oddane z wody do otoczenia: ΔQ = c·m·ΔT ΔQ = 4190 J/kg·K · 0,2kg · 31,5 K = J

16 Doświadczenie 3: Wrzenie wody
Do czajnika wlaliśmy 1 litr wody. Początkowa temperatura wody wynosiła 260C. Włączyliśmy następnie czajnik do źródła napięcia i czekaliśmy aż woda się zagotuje.

17 Doświadczenie 3: Wrzenie wody
Wykres 3.

18 Doświadczenie 3: Wrzenie wody
Wnioski: Na Wykresie 3 widać, że temperatura wody rośnie proporcjonalnie do czasu przez około 4 minuty. Po osiągnięciu temperatury 99,20C woda zaczęła wrzeć. Proces wrzenia (zmiany stanu skupienia), zgodnie ze schematem na Rys. 2, powinien zachodzić w stałej temperaturze. To też obserwujemy na Wykresie 3 w ostatniej minucie pomiaru. Na kolejnych wykresach (4 i 5) widać stałą temperaturę podczas procesu wrzenia wody (kolejne powiększenia Wykresu 3).

19 Doświadczenie 3: Wrzenie wody
Wykres 4. Wykres 5.

20 Doświadczenie 3: Wrzenie wody
Wnioski: Możemy policzyć ilość ciepła, jaką oddała wodzie grzałka czajnika: mwody = 1 kg cwody = 4190 J/kg·K ΔT = 73,2 K Więc ciepło oddane przez grzałkę: ΔQ = c·m·ΔT ΔQ = 4190 J/kg·K · 1kg · 73,2 K = J Możemy też policzyć przybliżoną moc grzałki: P = ΔQ/t P = J/ 246 s = 1247 W

21 Doświadczenie 4: Topnienie lodu i wyrównywanie temperatur

22 Doświadczenie 4: Topnienie lodu i wyrównywanie temperatur
W jednym pojemniku umieściliśmy 0,2 kg lodu a w nim pierwszy czujnik temperatury. Zlewkę z lodem umieściliśmy w większej, wypełnionej 0,6 kg wody o temperaturze 900C.

23 Doświadczenie 4: Topnienie lodu i wyrównywanie temperatur
Wynik doświadczenia: Kolorem niebieskim zaznaczona jest zmiana w czasie temperatury wody, a kolorem zielonym – temperatura lodu, a następnie wody o mniejszej masie (w mniejszym pojemniku). Wykres 6.

24 Doświadczenie 4: Topnienie lodu i wyrównywanie temperatur
Topnienie lodu odbywa się cały czas w stałej temperaturze, aż zniknie ostatni kryształek lodu i od tego czasu rozpoczyna się ogrzewanie wody powstałej z lodu. Woda, która współistniała z lodem, miała temperaturę 00C i nie mogła się ogrzać dopóki cały lód nie stopniał. Na wykresie widać wahania temperatury pomiaru (wynikające z tego, że czujnik był nieprawidłowo osadzonyw lodzie) a stała temp. utrzymuje się do około 5,5 minuty pomiaru. Sam proces topnienia trwał jednak 11 minut. Wykres 7.

25 Doświadczenie 4: Topnienie lodu i wyrównywanie temperatur
Jeżeli stykają się ze sobą dwa ciała, pomiędzy którymi może zajść wymiana cieplna, to ciało ktore ma wyższą temperaturę oddaje część energii temu o niższej. W wyniku tego następuje wzrost temperatury ciała mającego niższą temperaturę. Trwa to tak długo aż do wyrównania się temperatur ciał. Na Wykresie 8 widać, że temperatury wody w obu pojemnikach niemal się wyrównały po upływie 35 minut od rozpoczęcia eksperymentu. Wykres 8.

26 Podsumowanie Wykonując powyższe doświadczenia nauczyliśmy się planować i robić eksperymenty oraz obserwować zachodzące zjawiska i wyciągać wnioski. Wzbogaciliśmy również naszą Szkołę w bazę instrukcji do wykonywania eksperymentów związanych ze zmianą stanów skupienia na najprostszej i najlepiej dostępnej substancji jaką jest woda. Staraliśmy się, żeby czas eksperymentu nie przekraczał 35 minut, tak, by dowiadczenia mogły być wykorzystane do pokazu na lekcjach fizyki w innych klasach.

27