в каком случае молекула может покинуть свою жидкость
В каком случае молекула может покинуть свою жидкость?
В каком случае молекула может покинуть свою жидкость?
Если её скорость увеличивается, посравнению с начальной и то некторые моллекулы потом снова залетают, за счёт силы тяжести и уменьшения обьёма, так происходит испарение.
Увеличить температуру можно, нагрев тело.
Какое из приведённых ниже утверждений верно А) Только газы состоя из молекул Б) Только жидкости состоят из молекул В) Только твёрдые тела состоят из молекул Г) Все тела состоят из молекул?
Какое из приведённых ниже утверждений верно А) Только газы состоя из молекул Б) Только жидкости состоят из молекул В) Только твёрдые тела состоят из молекул Г) Все тела состоят из молекул.
При каких условиях отдельные молекулы жидкости могут покинуть ее поверхность?
При каких условиях отдельные молекулы жидкости могут покинуть ее поверхность?
1. Расстояние между молекулами : а) Жидкостей б) Твердых тел 2?
1. Расстояние между молекулами : а) Жидкостей б) Твердых тел 2.
Порядок молекул : а) Жидкостей б) Твердых тел 3.
Взаимодействие между молекулами : а) Жидкостей б) Твердых тел 4.
Форма, объем : а) Жидкостей б) Твердых тел 5.
Особенности : а) Жидкостей б) Твердых тел.
Чем объясняется явление диффузии в жидкостях?
Чем объясняется явление диффузии в жидкостях?
1) молекулы жидкости отталкиваются друг от друга
2) молекулы жидкости колеблются около своих положений равновесия
3) молекулы жидкости притягиваются друг к другу
4) молекулы жидкости могут хаотично перемещаться по объему
из подготовительных ЕГЭ по физике.
Вещества, у которых расстояние между молекулами намного больше размеров самих молекул а)газы б)кристалы в)жидкости г)нет правильного варианта?
Вещества, у которых расстояние между молекулами намного больше размеров самих молекул а)газы б)кристалы в)жидкости г)нет правильного варианта.
1. Каким взаимодействием объясняется смачиваемость жидкостью твёрдого тела?
1. Каким взаимодействием объясняется смачиваемость жидкостью твёрдого тела?
А)отталкиванием молекул жидкости от молекул твёрдого тела.
Б)притяжение молекул жидкости к молекулам твёрдого тела.
В)взаимным отталлкиванием и притяжением молекул жидкости и твёрдого тела.
Г)при явлении смачивакмости взаимодействие между молекулами не подходит.
Плотность какой жидкости больше?
В каком случае объём жидкости налитой в мензурку указан верно?
В каком случае объём жидкости налитой в мензурку указан верно?
Билет 1?
Диффузия в твердых телах, жидкостях и газах.
Взаимное притяжение и отталкивание молекул.
А) из чего состоят все вещества, какие явления доказывают это?
В) как молекулы взаимодействуют между собой, какие явления подтверждают это?
Г) как молекулы движутся?
Д) что такое диффузия, от чего зависит скорость диффузии, как протекает диффузия в жидкостях, газах и твердых телах?
Разработка урока и презентация к уроку по теме «Испарение»
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Выбранный для просмотра документ ИСПАРЕНИЕ К УРОКУ.ppt
Описание презентации по отдельным слайдам:
Проверь себя На рисунке изображен график изменения температуры олова. Как изменяется температура олова на участках АВ, ВС, СD? Как изменяется внутренняя энергия на этих участках? Какому состоянию олова соответствует участок графика ВС?
На рисунке показан график зависимости температуры от времени. В начальный момент времени тело находилось в кристаллическом состоянии. Какая точка соответствует началу процесса плавления вещества? Какая точка соответствует окончанию процесса плавления вещества? Какая точка соответствует окончанию процесса отвердевания?
Олово переведено из одного агрегатного состояния в другое. Затвердело оно или, наоборот, расплавилось, если известно, что его внутренняя энергия уменьшилась? Какой из кусков – стальной или вольфрамовый – останется твердым, если будет брошен в расплавленное железо? Какой из графиков соответствует плавлению воска, если известно, что воск – аморфное тело?
Вода появляется из ручейка, Ручьи по пути собирает река. Река полноводно течёт на просторе, Пока, наконец, не вливается … в море. Моря пополняют запас океанов, Над ним формируется клубы тумана. Они поднимаются выше, пока Не превращаются в облака. А облака проплывая над ними, Дождём проливаются, сыплют снегами. Весной соберётся вола в ручейки, Они потекут до ближайшей реки. Как весь процесс называют в природе?
Испарение И конденсация. Поглощение энергии при испарении жидкости и выделение её при конденсации пара
Ж Г парообразование конденсация кипение испарение
Испарение – парообразование, происходящее с поверхности жидкости. Сопровождается поглощением тепла (происходит при любой температуре)
При испарении жидкость охлаждается.
Проверь себя : Всякая ли молекула может покинуть жидкость? Почему при испарении температура жидкости понижается? Почему испарение происходит при любой температуре?
В стакане или в чашке быстрее остынет чай? В ясную или пасмурную погоду быстрее высохнет белье? Каково назначение веера?
Объясните, как будет происходить испарение в закрытом сосуде? Если число молекул, вылетающих из жидкости, равно числу молекул, возвращающих обратно в жидкость, то наступает динамическое равновесие между жидкостью и паром Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью, называется насыщенным паром Ответьте на вопросы: Какой пар называется ненасыщенным? Меняется ли при динамическом равновесии масса жидкости в закрытом сосуде? Насыщенный и ненасыщенный пар
Как происходит конденсация? При конденсации часть молекул пара возвращается обратно в жидкость. Q
Конденсация в природе: О Б Р А З О В А Н И Е Р О С ы О Б Л А К О В Д О Ж Д Я Т У Ма Н а
Проверь себя : Упр 9 стр. 43 (вопросы 1-5) учебника Если у человека высокая температура, то его рекомендуют обтирать раствором уксуса или спирта. Зачем это делают?
Проверочный тест Вариант 1 Вариант 2 Какие из процессов, при которых происходят агрегатные состояния вещества, названы ошибочно? А) плавление, кристаллизация Б) сублимация, десублимация В) парообразование, конденсация Г) нагревание. охлаждение В три одинаковых сосуда налили в равном количестве масло, воду и спирт. Какая жидкость быстрее испарится? А) масло Б) вода В) спирт Г) одинаково 2. Из какого сосуда быстрее испарится жидкость (температура и массы в обоих сосудах одинакова)? А) 1 б) 2 в) одинаково 2. Испарением называют: А) переход молекул в пар из любой части жидкости Б) переход молекул в пар с поверхности жидкости В) переход молекул из пара в жидкость Г) переход молекул в пар с поверхности твердого тела 3. При испарении вода охлаждается. Это объясняется тем, что воду покидают частицы …. А) самые быстрые Б) самые мелкие В) самые быстрые Г) самые крупные 3. Летом утром на траве появились капельки росы. Какой будет день – теплым или холодным? А) не знаю Б) холодным В) теплым 4. Что вызовет более тяжелый ожог: стоградусный пар или стоградусная вода? А) пар б) вода в) различий нет 4. Какой суп остынет быстрее: жирный или постный? А) жирный Б) постный В) одинаково 5. Как изменится скорость испарения жидкости при повышении температуры? А) остается неизменной Б) увеличится В) уменьшится Г) не знаю 5. При конденсации энергия: А) выделяется Б) поглощается В) не изменяется
Наши наблюдения: все мы наблюдали, выходя из воды даже в самый жаркий день, мы чувствуем, что нам прохладно. Испарение воды с поверхности нашего тела понижает его температуру. Выводы учёных: потовые железы играют защитную функцию для организма. В жаркую погоду происходит интенсивное потоотделение. Испарение пота с поверхности тела защищает человека от перенагревания. Испарение в жизни человека
Сегодня на уроке… Все было непонятно Мне было скучно Я ничего нового не узнал Мне было интересно Мне очень понравилось!
Выбранный для просмотра документ ПЛАН НА УРОК ИСПАРЕНИЕ.doc
Тема урока: «Испарение и конденсация. Поглощение энергии при испарении жидкости и выделение её при конденсации пара»
испарение, насыщенный пар, ненасыщенный пар,
— экспериментальным путем установить зависимость
скорости испарения жидкости от рода жидкости,
движения воздуха, температуры, пощади поверхности
— рассмотреть процессы испарения и конденсации с точки
зрения молекулярного строения этих веществ;
познанию явлений окружающего мира;
— воспитывать умение работать в группе;
— развивать умение анализировать, сравнивать, обобщать.
Для учителя: компьютер, презентация урока, для учащихся: сосуд с водой, салфетки, стеклянные пластины, 2 термометра, батистовая ленточка, кусочек ваты.
1. Организационный момент 1 минута
2. Подготовка к усвоению нового материала 7 минут
3.Актуализация опорных знаний 3 минуты
4. Освоение нового материала 11 минут
5. Закрепление материала 9 минут
6. Первичная проверка полученных знаний 5 минут
7. Домашнее задание 1 минута
8. Подведение итогов урока 3 минуты
Подготовка к усвоению нового материала.
2.1. Возле доски работают 2 человека, решая задачи по карточкам и отвечая на 2 доп. вопроса. (см. Приложение 1)
2.2. Остальные отвечают на вопросы по слайдам 1,2,3.
2.3. Послушайте стихотворение:
Вода появляется из ручейка,
Ручьи по пути собирает река.
Река полноводно течет на просторе,
Пока, наконец, не вливается… в море.
Моря пополняют запас океанов,
Над ним формируются клубы тумана.
Они поднимаются выше, пока
Не превращаются в облака.
А облака проплывая над нами,
Дождем проливаются, сыплют снегами.
Весной соберется вода в ручейки,
Они потекут до ближайшей реки.
-Как весь процесс называют в народе?
Верно, круговорот воды в природе.
Конечно, давно знакомое вам явление. Но иногда этот милый круговорот воды приводит к стихийным бедствиям, как например пронесшийся недавно над побережьем США ураган «Катрина». Ученые всего мира не теряют надежду научиться укрощать стихию, изучают, исследуют ураганы, предлагают различные способы для управления ими. Сегодня мы рассмотрим физическую суть процессов, которые лежат в основе и круговорота воды в природе, и многих других явлений.
Формулировка темы урока.
Начнем изучать эти явления с опыта: (в лоточке лежит по два предметных стекла); подышите на стеклышко. Что вы наблюдается?
Как и почему изменяется «картина» на стеклышке?
Как называют происходящие явления. Назовите явления?
Назовите тему нашего урока. Это испарение и конденсация.
Записываем тему в тетрадь.
— Наблюдали ли вы эти явления вокруг себя. Где?
Действительно. Мокрое белье сохнет; вода, разлитая на пол, высыхает. и т.д.
Ваши примеры являются фактами, полученными из наблюдений в природе, в конце урока мы объясним эти факты изучив явления испарения и конденсации, что и будет является целью нашего урока.
Актуализация опорных знаний. Слайд 6.
Для достижения цели урока, необходимо вспомнить изученное ранее.
-Каковы основные положения молекулярной теории строения вещества?
— В каких агрегатных состояний может находиться вещество?
-Как называется переход вещества из твердого состояния в жидкое?
— Изменяются ли молекулы при переходе вещества из одного состояния в другое? При плавлении, например.?
— Одинаковы ли скорости движения молекул вещества, находящиеся в любом агрегатном состоянии?
-Какой энергией обладают молекулы вследствие своего движения? Вследствие взаимодействия?
-Какую энергию называют внутренней? Что происходит с ней при переходе вещества из жидкого состояния в твердое. От чего и как иона зависит? Почему?
4. Освоение нового материала.(используя слайды презентации слайд 8)
На основе знаний о молекулярной природе тепловых явлений, построим модели испарения и конденсации.
Нарисуйте в тетради сосуд, который «наполним» жидкостью. Изобразим молекулы этой жидкости в виде шариков. Это молекулярная модель жидкости. Учтем, что молекулы жидкости расположены довольно плотно. Теперь стрелками изобразим направления движения некоторых молекул.
— Выясним, каким молекулам легче всего покинуть жидкость?
— Да, тем молекулам, чьи кинетические энергии движения намного больше потенциальных энергий притяжения соседних молекул.
Обобщим: жидкость могут покинуть молекулы, во-первых, находящиеся вблизи поверхности, и во-вторых, кинетическая энергия которых больше потенциальной энергии притяжения соседних молекул.
Над поверхностью жидкости образуется пар.
-Какой процесс мы представили на модели?
Опред. Парообразование – явление превращения жидкости в пар. Различают два вида: испарение и кипение.
Испарение – это парообразование, происходящее с поверхности жидкости при любой температуре.
Если возьмем открытый сосуд с жидкостью, то через некоторое время жидкость испарится. Если же накрыть сосуд крышкой, будет ли меняться масса жидкости? Конечно, нет. Возникает вопрос – прекратился ли процесс испарения? А почему же масса жидкости не изменяется? Делаем вывод: наряду с процессом испарения наблюдается обратный процесс. Назовите его.
Определение. Конденсация – явление превращения пара в жидкость.
В нашей модели это молекулы, которые возвращаются в жидкость.
Итак, нами построены модели испарения и конденсации, которые помогают нам наглядно представить, что это за явления. Так как из жидкости улетают наиболее быстрые, энергичные молекулы, то средняя скорость оставшихся молекул жидкости, а значит и их средняя кинетическая энергия уменьшается, поэтому испарение ведет к уменьшению внутренней энергии жидкости, вследствие чего жидкость охлаждается. Проверим это следствие на опыте.
-Что будет если смазать руку эфиром? Ощущаем холод. Почему?
Жидкость испаряясь, отнимает часть внутренней энергии руки, ее температура понижается. Ощущения являются субъективными. А можно ли доказать это утверждение при помощи термометра?
Теперь нужно выяснить от каких факторов зависит испарение жидкости. Прошу выдвигать свои гипотезы (помощь, если будет трудно).
Интенсивность испарения зависит от:
— от скорости движения воздуха над поверхности жидкости;
— от площади поверхности жидкости.
Возникает естественный вопрос: зависит ли интенсивность изменения внутренней энергии жидкости от интенсивности испарения?
Правильно. Чем быстрее будет испаряться жидкость, тем быстрее будет уменьшаться ее внутренняя энергия и, следовательно, ее температура.
Одновременно с испарением происходит переход молекул из пара в жидкость – конденсация.
Для того чтобы этот процесс шел, нужно, чтобы энергичные (быстрые) молекулы пара уменьшили свою скорость. Это обычно происходит на поверхности жидкого или твердого тела или требует наличия в газе центров конденсации. Их роль могут играть различные примеси или пылинки. Конденсация сопровождается выделением энергии.
Используя построенные модели испарения и конденсации, решим следующие задачи:
— Выйдя в летний жаркий день из реки, вы ощущаете прохладу, это ощущение усиливается в ветреную погоду. Объясните, почему это происходит?
— Утром на траве появились капельки росы. Какой будет день, холодный или теплый?
— Почему учителя физкультуры настаивают, чтобы ученики после урока обязательно переодевались?
— Какой суп остынет быстрее: жирный или постный?
— В Мексике водится интересная ящерица. Часто она очень сильно вытаращивает глаза. Как вы думаете, когда именно и почему?
6. Домашнее задание.
7. Первичная проверка знаний.
Тест. Выполняет каждый, делает самопроверку.
Испарение. Поглощение энергии при испарении жидкости и выделение ее при конденсации пара
Что такое испарение?
Классическое определение звучит так: испарение – это переход из жидкости в газ. При этом это термодинамический процесс, то есть такой, который происходит под воздействием температурных колебаний. Именно вследствие испарения количество любой жидкости в любой незакрытой емкости будет постепенно уменьшаться.
Какие же причины испарения? Физика объясняет это явление разницей температур на грани фазового перехода: жидкость обычно несколько холоднее окружающего воздуха. Если нет каких-то внешних влияний, испарение жидкостей происходит крайне медленно. Молекулы покидают жидкость вследствие диффузии, они переходят через полупроницаемую для жидкостей, но непроницаемую для газовых веществ поверхность раздела фаз массового потока.
Важно знать, что испарение всегда происходит только с поверхности жидкости, в этом основное отличие испарения от других форм парообразования. Атомы и молекулы испаряются не все сразу, а небольшими слоями, постепенно. Но, разумеется, со временем они могут испариться полностью.
Еще одной интересной особенностью испарения является тот факт, что оно может иметь разную направленность тепловых потоков. Они могут идти:
Направленность тепловых потоков при испарении зависит от характера жидкости, температуры окружающего воздуха и фазового раздела. Эти три величины и их соотношение формируют формулу испарения.
Испарение на молекулярном уровне
В жидкостях молекулы, хотя и расположены близко друг к другу, тем не менее, они не имеют твердой связи между собой, как в твердых телах. Поэтому они находятся в непрерывном движении, в ходе которого часто сталкиваются друг с другом, меняют свое направление и скорость своего движения. Часть молекул, которые оказались близко к поверхности могут и вовсе покинуть жидкость, если проникнут через зону фазового перехода. И тогда произойдет испарение. Как видите, обязательным условием для этого физического процесса является непрерывное движение молекул в жидкости. Если движущаяся молекула обладает достаточной кинетической энергией и скоростью, то она может преодолеть притяжение соседних частиц и вылететь на поверхность.
Почему же испарение усиливается при нагревании жидкости? При нагревании движение молекул в воде, или другой жидкости заметно ускоряется, и все больше молекул начинают гонять аки «Шумахеры», в результате вылетая на поверхность.
При этом в какой-то момент может произойти такое явление как «испарительное охлаждение жидкости», когда нагретую жидкость уже покинули все самые быстрые молекулы и происходит снижении температуры самой жидкости. В частности это явление объясняет, почему человеку, даже облитому теплой водой постепенно будет становиться холодно – все быстрые молекулы этой теплой воды испарятся, а оставшаяся вода быстро охладится без своих «молекул-гонщиков».
Кипение гейзеров, отличный пример испарения в природе.
Испарение и кипение: в чем отличие?
В начале статьи мы писали, что испарение особенно заметно при кипении воды, когда мы, к примеру, делаем себе чай. На самом деле испарение может происходить и без кипения, просто тогда оно не будет для нас заметно. Например, вода в речке или озере непрерывно испаряется, хотя мы этого и не замечаем. Что же касается кипения, то оно является, по сути, катализированным испарением, когда сам процесс становится заметным невооруженным глазом и во много раз ускоренным.
Но кипение происходит только при определенных температурах, причем в разных жидкостях разные температуры кипения (например, у воды температура кипения 100 °C), в то же время испарение происходит всегда, независимо от температуры жидкости. В этом и заключается их отличие.
Факторы, влияющие на скорость испарения
Учеными выделены такие основные факторы, которые имеют влияние на скорость испарения:
Испарение в организме человека, в животных и растениях
Аналогично это работает и у животных, а некоторые порой даже стремятся ускорить процесс испарения. Так, например собаки для этой цели в жаркую погоду открывают рот и высовывают язык. Именно гортань и язык собаки наиболее подходят для испарения влаги и охлаждения тела животного.
Что же касается растений, то и они обладают схожим механизмом. Во избежание перегрева на Солнце они запускают процесс испарения ранее поглощенной воды, таким образом, охлаждаясь. Именно поэтому очень важно в жаркую погоду усиленно поливать культурные растения, предотвращая их выгорание или засыхание, ведь в такие дни влага особенно нужна растениями не только для питания, но и для охлаждения.
Испарение в природе и окружающей среде
Роль испарения в природе просто огромна, так как без этого физического явления была бы невозможна сама Жизнь на нашей планете. Именно испарение лежит в основе естественного круговорота воды, который обеспечивает экосистему Земли необходимыми питательными элементами и разносит жизненно важную влагу по всему миру. Испарение воды с поверхности рек, озер, морей и океанов создает дождевые тучи, которые затем, проливаясь дождем, питают растения и деревья.
Именно благодаря испарению на Земле идут дожди, а о том, как они важны и как трудно без них приходится порой, спросите об этом жителей Северной Африки или Центральной Индии, которые часто страдают от засухи.
Испарение, видео
И в завершение образовательное видео по теме нашей статьи.
Как улетучивается жидкость
Молекулы жидкости расположены друг к другу практически впритык, и, несмотря на то, что связаны между собой силами притяжения, к определённым точкам не привязаны, а потому свободно перемещаются по всей площади вещества (они постоянно сталкиваются друг с другом и изменяют свою скорость).
Частицы, что уходят на поверхность, набирают во время движения темп, достаточный для того, чтобы покинуть вещество. Оказавшись наверху, своё движение они не останавливают и, преодолев притяжение нижних частиц, вылетают из воды, преобразовываясь в пар. При этом часть молекул из-за хаотического движения возвращается в жидкость, остальные уходят дальше, в атмосферу.
Цветные озера вулкана Келимуту
Испарение на этом не заканчивается, и на поверхность вырываются следующие молекулы (так происходит до тех пор, пока жидкость полностью не улетучивается).
Если речь идёт, например, о круговороте воды в природе, можно наблюдать за процессом конденсации, когда пар, сконцентрировавшись, при определённых условиях возвращается назад. Таким образом, испарение и конденсация в природе тесно связаны между собой, поскольку благодаря им осуществляется постоянный водообмен между землёй, сушей и атмосферой, благодаря чему окружающая среда снабжается огромным количеством полезных веществ.
Стоит заметить, что интенсивность испарения у каждого вещества различна, а потому основными физическими характеристиками, которые влияют на скорость испарения, являются:
Связь с человеком
Не менее велика роль испарения в жизнедеятельности человеческого организма: он борется с нагреванием посредством потоотделения. Испарение происходит обычно через кожу, а также через дыхательные пути. Это можно легко заметить во время болезни, когда температура тела поднимается или в период занятий спортом, когда повышается интенсивность испарения.
Если нагрузка невелика, из организма уходит от одного до двух литров жидкости в час, при более интенсивном занятии спортом, особенно когда температура внешней среды превышает 25 градусов, интенсивность испарения увеличивается и с потом может выйти от трёх до шести литров жидкости.
Через кожу и дыхательные пути вода не только покидает организм, но и поступает в него вместе с испарениями окружающей среды (не зря своим пациентам врачи часто прописывают отдых на море). К сожалению, вместе с полезными элементами в него нередко попадают и вредные частицы, среди них – химические вещества, вредные испарения, которые наносят здоровью непоправимый ущерб.
Град
Одни из них токсичны, другие, вызывают аллергию, третьи – канцерогенны, четвёртые вызывают онкологические и другие не менее опасные заболевания, при этом многие обладают сразу несколькими вредными свойствами. Вредные испарения оказываются в организме в основном через органы дыхания и кожу, после чего, оказавшись внутри, моментально всасываются в кровь и разносятся по всему телу, оказывая токсическое воздействие и вызывая серьёзные заболевания.
В данном случае много зависит от местности, где обитает человек (возле фабрики или завода), помещения, в котором живёт или работает, а также времени пребывания в опасных для здоровья условиях.
Вредные испарения могут попадать в организм из предметов быта, например, линолеума, мебели, окон и пр. Дабы сохранить жизнь и здоровье, таких ситуаций желательно избегать и наилучшим выходом будет покинуть опасную территорию, вплоть до обмена квартиры или работы, а при обустройстве жилища обращайте внимание на сертификаты качества покупаемых материалов.
Интересные факты о вулканах Африки
Секреты самых необычных природных явлений
Вулкан Фудзияма в Японии
Что такое молния и отчего возникает?
Все о наводнениях
Что делать при встрече с шаровой молнией? Красочные Амадины
Что делать при встрече с шаровой молнией?
Тайны Бермудского треугольника
Водоворот
Интересные факты о закате и восходе Солнца
Смерч
Грозные облака «Асператус»
Подумай, в каких трёх состояниях вода находится в природе.
Вода в природе может находиться в трёх состояниях.
Рассмотрите рисунок на с. 55. Что на нём показано? Что обозначают стрелки на этом рисунке? Расскажите, что происходит с частицами воды при образовании пара и льда.
На этом рисунке показано взаимное положение частиц воды, находящейся в разных состояниях.
Стрелки на рисунке показывают, что вода может переходить из одного состояния в другое в любом направлении, например жидкая вода может стать твёрдым льдом, который растаяв, станет жидкой водой.
При образовании льда расстояние между частицами уменьшается, и они соединяются в кристаллы.
При образовании пара, расстояние между частицами сильно увеличивается, и они разлетаются друг от друга.
С помощью рисунка объясните, почему при превращении в лёд вода расширяется. (Обратите внимание на особое расположение частиц льда и образующиеся между ними промежутки.)
Несмотря на то что расстояние между отдельными частицами воды при образовании льда уменьшается и они соединяются, между отдельными цепочками кристаллов образуются значительные промежутки. Эти промежутки больше, чем расстояние между частицами жидкой воды, а значит при образовании льда вода расширяется.
Как образуется водяной пар
Водяной пар образуется в результате «парообразования». Парообразование происходит в результате двух процессов – испарения или кипения. При испарении пар образуется только на поверхности вещества, при кипении же пар образуется по всему объему жидкости, о чем и свидетельствуют пузырьки, активно поднимающиеся вверх во время процесса кипения.
Кипение воды происходит при температурах которые зависят от химического состава водного раствора и атмосферного давления. Температура кипения остается неизменной на протяжении всего процесса.
Пар, образующийся в результате кипения, называется насыщенным. Насыщенный пар в свою очередь подразделяется на насыщенный сухой и насыщенный влажный пар. Насыщенный влажный пар состоит из взвешенных капелек воды, температура которых находится на уровне кипения, и соответственно самого пара, а насыщенный сухой пар не содержит капелек воды.
Так же существует «перегретый пар», который образуется при дальнейшем нагреве влажного пара, этот вид пара обладает более высокой температурой и более низкой плотностью.
С паром мы постоянно сталкиваем в ежедневной жизни, он появляется — над носиком чайника при кипении воды, при глажке, при посещении бани… Однако не забывайте, что, как мы уже отмечали выше, чистый водяной пар не имеет ни цвета, ни вкуса.
Благодаря своим физическим свойствам и качествам, пар уже давным-давно нашел свое практическое применение в хозяйственной деятельности человека. И не только в быту, но и при решении больших глобальных задач. Долгое время пар был главной движущей силой прогресса как в прямом, так и в переносном смысле этого выражения. Он использовался как рабочее тело паровых машин, самой известной из которых является ПАРОВОЗ.
Использование пара человеком
Пар и в наше время широко используется в хозяйственных и производственных нуждах:
Термодинамические свойства
Вода и водяной пар являются телами, активно работающими, например, в паровой турбине. Свойства полностью зависят от конструкции и остальных элементов турбины. С точки зрения свойств воды, она почти не сжимается и если изменить ее давление, то не изменится удельный объем и будет равен от 10-3 м3/кг. При нагревании энтальпия начинает пропорционально меняться. Нагревание в открытом сосуде вызывает поверхностный пар, поднимающийся кверху.
Молекулы воды разрывают свои связи, и расходуется теплота, происходит испарение. Влажный пар представлен в виде сухого пара и насыщенного пузырьками воды пара. Еще совсем недавно для паровой турбины использовали перегретый пар, который в турбине расширялся и становился влажным. Законы смешения определяют термодинамические свойства пара.
Какой цвет: белый или прозрачный
Многие люди задаются вопросом: водяной пар белый или прозрачный? Можно его увидеть?
В повседневной жизни при кипении воды в чайнике мы часто видим белый дымок, который вырывается из носика. Некоторые люди считают его паром. На самом деле – это туман (результат конденсации водяного пара).
Настоящий пар невидим глазу, он прозрачный, безвкусный. Не имеет постоянной формы, запаха.
Основное содержание наблюдается в нижних слоях атмосферы (тропосфера). Пар может переходить в жидкое состояние. Данное явление мы часто наблюдаем в повседневной жизни, когда оконные стекла в комнате запотевают. Это значит, что водяной пар в тёплом воздухе комнаты коснулся холодного стекла, сгустился и превратился в мельчайшие капельки воды. Явление называют конденсацией.
Водяной пар принимает непосредственное участие в круговороте воды в природе. С его помощью образуются: облака, тучи, туман. Наибольшее скопление наблюдается в тропосфере.
В настоящий момент пар часто используют для бытовых нужд и производства. Среди наиболее известных устройств с его применением можно отнести:
Жидкость — газ
Нагревание жидкости вызывает большой рост температуры, который постоянно увеличивается при нагревании, пока не достигнет максимальной точки. Выделяется огромное количество тепла, чтобы произошел этот процесс. Если газ начинает охлаждаться, его температура постепенно понижается и при пиковой точке через теплоту парообразования газ возвращается в жидкое состояние. Пар может превратиться в воду только при потере тепла. Например, при кипении воды на кухне на стекле образуется пар, и окна запотевают, как только помещение начнет терять температуру, пар теряется в равновесии и капельками скапливается на подоконнике.
Даже тело человека более чем на 60% состоит из воды, она участвует в биохимических реакциях. Вода выводит из организма вредные вещества и яды, регулирует температуру тела человека. Вода относится к главному источнику энергетических ресурсов, используется в ГЭС и превращает механическую энергию воды в электричество. Ученые почти всех стран занимались исследованием воды, проводили опыты и лабораторные работы. Пар – жидкость в равновесии это такое состояние, когда два вещества находятся в фазе газовая, а испарение равно скорости образования конденсата. Одним словом, это система превращения пар-вода. Теория равновесия достигается даже в относительно замкнутом состоянии, когда происходит контакт воды и паров без вмешательства. В 2011 году было открыто гигантское облако пара, и ученые Гарвард-Смитсоновского центра сделали доклад по описанию явления. Однозначно вода есть и в других галактиках, так как главными ее составляющими являются водород и кислород.
Диаграмма водяного пара
Чтобы отследить процесс наглядно, придумана диаграмма водяного пара, которая стала отличной заменой многочисленным таблицам и может определять величины в равновесии. Диаграмма составляется по таблице и не может быть точнее, ведь в таблице показатели идентичны, просто перенесены в виде определенного графика. Анализировать турбины лучше всего по T, s диаграмме, где осью абсцисс определена энтропия, а ординатой абсолютная температура. Линии по горизонтали на диаграмме обозначены изотермами, линии вертикальные называются изоэнтропами. Рассчитать анализ и работу турбины лучше всего подходит h, s –диаграмма. То, что в диаграмме выделено жирной линией обозначает сухой пар.
Вода превращается в пар при температуре
Понятие «водяной пар» характеризует свойство жидкости улетучиваться. Начало испарения — отрыв частичек воды от поверхности воды. Из жидкого агрегатного состояния молекулы переходят в газообразное. Превращение в газовую фазу происходит до момента насыщения, когда возникает равновесие между жидкой или твердой субстанцией и газом. Молекула воды не в силах оторваться от поверхности, если плотность достигает максимальной величины, газ становится насыщенным. Определить величину давления насыщения водяного пара можно для любой температуры. Даже лёд обладает способностью испаряться.
Когда говорят об испарении, уточняют градусы Цельсия, при которых начинается парообразование. При 100°С жидкость закипает только при атмосферном давлении 760 мм рт. столба. Чем ниже давление, тем свободнее отрываются частицы воды от поверхности, насыщая воздух. Снижение давления до 0,006 атмосфер (тройная точка) приводит к тому, что вода одновременно присутствует в трех фазовых состояниях: жидком, твердом, газообразном. Кипение воды в лабораторных условиях достигается без перехода в жидкое состояние. Происходит вскипание твердой фазы, процесс называется возгонкой. Лед трансформируется в газообразное состояние при температуре –0,1°С под давлением ниже тройной точки. Величину давления и плотности насыщенного водяного пара при различной температуре устанавливают экспериментальным путем.
Способность паров насыщать воздух характеризуется влажностью. Упругость водяного пара определяют прибором для измерения влажности, он называется психрометром. Измеряется парциальное давление водяных паров, находящихся в атмосферном воздухе.
Насыщенный водяной пар
Вернемся к эксперименту. Итак, у нас в закрытой банке жидкость. Что происходит? Испарение воды. Процесс начинается при низкой плотности воздуха. Благодаря пару, давление на поверхность жидкости возрастает, оно препятствует движению молекул. Их все меньше и меньше отрывается от воды. Наступает момент, когда образуются капли влаги. Этот процесс называется «конденсация». Когда скорость образования пара равна скорости конденсации, возникает термодинамическое равновесие. Пар в этот момент считается насыщенным. Жидкость и газ уравновешивают друг друга. Такое состояние достигается при определенных условиях, важные параметры:
Почему не учитывается объем банки? Он не меняет термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения. Допустим, крышка экспериментальной банки опустилась ниже, объем уменьшился. К чему это приведет? Пар будет ускоренно конденсироваться до момента равновесия. При увеличении объема ускорится парообразование, но замкнутая система опять придет в равновесное состояние.
Изучая термодинамику, легко понять, почему пар обжигает сильнее воды той же температуры. Что такое кипение? Состояние, при котором жидкая фаза активно превращается в парообразное состояние. Следовательно, происходит обратный процесс конденсации, он сопровождается выделением теплоты. За счет этого ожог от пара сильнее.
Удельная теплоемкость возрастает, если повышается температура воды. Процесс парообразования виден в момент кипения. При повышении давления температура газов достигает 200°С, это свойство используется в теплотехнике, горячим, вязким паром заполняют теплообменники.
Давление насыщенного водяного пара
Формула p=nkT указывает на прямую зависимость давления идеального газа (p) и его температуры (Т). Параметр n –число молекул, содержащихся в заданном объеме, характеризует плотность пара. Постоянная Больцмана k устанавливает взаимосвязь температуры с энергией образования вещества (энтальпия).
Пар нельзя сравнивать с идеальным газом. Его давление при повышении температуры растет быстрее из-за повышения плотности. Концентрация частиц в неизменном объеме возрастает. Эти особенности свойств водяного пара необходимо учитывать при расчетах давления насыщенного водяного пара. Если в идеальном газе возрастает энергия ударов молекул о стенки сосуда, то в насыщенном паре существенно возрастает число ударов за счет увеличения концентрации активных частиц.
Плотность насыщенного водяного пара
Плотностью называется отношение массы вещества к его объему. Этот параметр характеризует расстояние между отдельными молекулами. В жидкой фазе они сцепляются между собой, в твердой расположены симметрично относительно друг друга. В газообразном находятся на произвольном удаленном расстоянии, чем объясняется отличие плотности водяного пара от плотности воды.
Теперь подробно рассмотрим, какое влияние оказывает на плотность насыщенных водяных паров изменение температуры. Она непостоянна из-за изменения массы газообразной фазы:
По сути, она должна постоянно меняться, так как частицы воды непрерывно движутся, переходят из одного агрегатного состояния в другое. Но при динамическом равновесии концентрация неизменна: сколько молекул испарится, столько же конденсируется. Показатели устанавливаются экспериментально для каждой температуры. Их значения сведены в таблицы.