Тема урока: «Кипение. Удельная теплота парообразования»
Цель урока: на основе молекулярно-кинетической теории сформировать понятие кипения, как вида парообразования, изучить понятие удельной теплоты парообразования.
Задачи урока:
1. Образовательная: сформировать понятие кипения, как парообразования, выявить основные особенности кипения: образование пузырьков, шум, предшествующий кипению, постоянство температуры кипения.
2. Развивающая: научить видеть вокруг физические явления и уметь их правильно объяснять.
3. Воспитательная: усилить интерес к предмету, расширить кругозор, формировать мировоззрение.
Тип урока: Урок изучения и первичного закрепления новых знаний
Оборудование: колба с водой, спиртовка, пробка для колбы с вставленной в нее стеклянной трубкой, резиновая трубка, спринцовка.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Повторение пройденного материала
Учитель: Мы с вами изучили процесс парообразования, но это сложный процесс, так как он может существовать как в виде испарения и в виде кипения.
Прежде чем приступить к изучению новой темы мы должны вспомнить,что изучали на прошлом уроке.
Проведем тестовую работу. Ваша задача выбрать необходимый ответ.
1. Парообразованием называют….
1) переход из состояния «твердое тело» в состояние «газообразное»
2) переход из состояния газообразного в состояние жидкости
3) переход из жидкого состояния в газообразное
2. Единицей измерения количеством теплоты называют…
1) Джоуль
2) Дж/кг
3) Дж/°С
3. Что называют испарением?
1) парообразование с берегов рек
2) парообразование с поверхности жидкости
3) такого определения дать нельзя
4. Когда происходит испарение?
1) никогда
2) всегда
3) при определенных условиях
5. Почему происходит испарение?
1) потому что повышается температура
2) появляется ветер
3) разрываются связи между частицами жидкости
III. Изучение нового материала
Учитель: Сегодня мы изучаем процесс кипение.
Целью нашего урока будет определить на основе молекулярно-кинетической теории процесс кипение, как парообразования, выявить и объяснить особенности кипения.
Для исследования кипения проведем эксперимент. Поставим на спиртовку колбу с водой. Измерим начальную температуру воды термометром.
Пока вода будет нагреваться, вспомним механизм испарения с молекулярной точки зрения.
Предполагаемый ответ учеников: Все тела состоят из молекул, которые движутся непрерывно и хаотично, причем с различными скоростями. Если “быстрая” молекула окажется у поверхности жидкости, то она может преодолеть притяжение соседних молекул и вылететь из жидкости. Все вылетевшие молекулы образуют пар.
Учитель: что возникает в жидкости в процессе нагрева?
Почему появляются пузырьки?
При нагревании воды, растворенный в ней газ выделяется на дне и стенках сосуда, образуя воздушные пузырьки. Они начинают появляться задолго до кипения. В эти пузырьки испаряется вода. Пузырек, наполненный паром, при достаточно высокой температуре начинает раздуваться.
Учитель: что же происходит дальше с пузырьками?
Почему пузырьки увеличиваются и поднимаются вверх?
Достигнув определенных размеров он отрывается от дна, поднимается к поверхности воды и лопается. При этом пар покидает жидкость. Если вода прогрета недостаточно, то пузырек пара, поднимаясь в холодные слои, схлопывается. На воздушный пузырек объемом на дне сосуда действует подъемная сила:
Fпод = FА - Fт
Пузырек прижат ко дну, поскольку на нижнюю поверхность силы давления не действуют. При нагреве пузырек увеличивается за счет выделения в него газа и отрывается от дна, когда подъемная сила будет немного больше прижимающей.
Учитель: что еще особенного возникает, когда жидкость начинает кипеть?
Почему слышен шум?
Так как жидкость прогревается способом конвекции, то температура нижних слоев больше температуры верхних слоев воды. Когда пузырек попадает в верхний менее прогретый слой воды, водяной пар внутри него будет конденсироваться, а объем пузырька уменьшаться. Пузырек будет захлопываться. Связанный с этим процессом шум мы слышим перед кипением. При определенной температуре, то есть когда в результате конвекции прогреется вся жидкость, с приближением к поверхности объем пузырьков резко возрастает, так как давление внутри пузырька станет равным внешнему давлению (атмосферы и столба жидкости). На поверхности пузырьки лопаются, и над жидкостью образуется много пара. Вода кипит.
Температура, при которой жидкость кипит – называется температурой кипения.
Почему при кипении температура жидкости не изменяется?
Вся энергия расходуется на интенсивное парообразование
Учитель: Исследуем зависимость температуры кипения от внешнего давления.
Демонстрация: колбу с кипящей жидкостью снимем со спиртовки и закроем ее пробкой с вставленной в нее грушей. При нажатии на грушу кипение в колбе прекращается. Почему?
Ученик: При нажатии на грушу мы увеличили давление в колбе, и условие кипения нарушилось.
Учитель: Давайте вспомним, как меняется атмосферное давление с увеличением высоты над уровнем моря?
Ученик: Атмосферное давление уменьшается.
Учитель: Как изменится температура кипения воды при подъеме в гору?
Ученик: Она уменьшится.
Учитель: Совершенно верно. Например, на самой высокой горе Джомолунгме в Гималаях, высота которой 8848 м, вода будет кипеть при температуре около 70o С. Сварить, например, мясо в таком кипятке просто невозможно.
А как вы думаете, можно ли заставить воду кипеть при комнатной температуре?
Демонстрация: стакан с холодной водой помещаем под стеклянный колокол. С помощью насоса Комовского откачиваем воздух. По мере уменьшения давления в стакане наблюдаем этапы закипания жидкости, при этом температура остается низкой.
Учитель: Какой вывод можно сделать из опытов?
Ученик: Температура кипения жидкости зависит от давления.
Учитель: Мы познакомились с процессом кипения. Как вы считаете, одинаковое ли количество теплоты потребуется на кипение разных жидкостей равной массы, взятых при температуре кипения?
Ученик: Я думаю, потребуется разное количество теплоты.
Учитель: Правильно Удельная теплота парообразования – это физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо, чтобы жидкость массой 1кг обратить в пар при температуре кипения. Посмотрим в таблицу на странице 79. Например, удельная теплота парообразования воды 2,3*106 Дж/кг. Это значит, что для обращения в пар 1кг воды при температуре кипения нужно затратить 2,3*106 Дж энергии. Чему равна удельная теплота парообразования спирта?
Ученик: Удельная теплота парообразования спирта 0,9*106 Дж/кг.
Учитель: Что означает это число?
Ученик: Это значит, что для обращения в пар 1 кг спирта при температуре кипения нужно затратить 0,9*106 Дж энергии.
Учитель: Следовательно, при температуре кипения внутренняя энергия вещества в парообразном состоянии больше внутренней энергии такой же массы вещества в жидком состоянии. Вот почему ожог паром при температуре 100oС опаснее, чем ожог кипятком.Чтобы вычислить количество теплоты, необходимое для превращения жидкости любой массы в пар при температуре кипения, нужно удельную теплоту парообразования умножить на массу. Запишем формулу: Q = Lm. Количество теплоты, которое выделяет пар любой массы, конденсируясь при температуре кипения, определяется этой же формулой.
IV. Решение задач
Задача 1.
Какое количество теплоты потребуется, чтобы 29 кг воды, взятой при температуре 20 °С, нагреть до кипения и обратить в пар. Удельная теплоемкость воды с = 4200 Дж/ кг х°С ; удельная теплота парообразования воды L = 2,26 х 106 Дж/ кг?
Задача 2.
Какая энергия расходуется для получения дистиллированной воды, если в аппарат вливают воду объемом 10 л при температуре 20 °С и нагревают до кипения, затем 2 литра выпаривают?
V. Подведение итогов урока.
Домашнее задание: прочитиать параграф 18, решить задачу №4 из упр.11
Урок окончен. Спасибо за внимание!
