Пароутворення й конденсація

2-й семестр

ТЕПЛОВІ ЯВИЩА

4. Кількість теплоти. Теплові машини

Урок 16/58

Тема. Пароутворення й конденсація

Мета уроку: дати учням знання про особливості фізичних процесів переходу речовини з рідкого стану в газоподібний і навпаки.

Тип уроку: комбінований урок.

План уроку

Контроль знань	10 хв.	Самостійна робота № 22 “Плавлення й кристалізація”
Демонстрації	6 хв.	1. Залежність швидкості випаровування від площі вільної поверхні; температури; руху повітря. 2. Охолодження рідини при випаровуванні
Вивчення нового матеріалу	24 хв.	1. Знайомимося із процесом випаровування. 2. Від чого залежить швидкість випаровування? 3. Знайомимося із процесом конденсації
Закріплення вивченого матеріалу	5 хв.	1. Контрольні питання. 2. Поміркуй і відповідай

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Знайомимося із процесом випаровування

Перехід речовини з рідкого стану в газоподібний називається пароутворенням.

Існують два види

пароутворення: випаровування й кипіння.

Випаровування – це пароутворення, що відбувається з вільної поверхні рідини.

З повсякденного досвіду відомо, що рідини, перебуваючи у відкритих посудинах, улетучуються – випаровуються. Як пояснити це явище?

Молекули будь-якої рідини перебувають у безперервному хаотичному русі. Температура рідини зв’язана із середньою кінетичною енергією руху її частинок. Однак окремі молекули рідини можуть мати таку кінетичну енергію, що виявляться спроможною подолати сили міжмолекулярного притягання й покинути рідину. Вилітаючи назовні, ці молекули утворюють над рідиною пару. Утворення пари і є випаровуванням.

При випаровуванні рідину залишають найбільш швидкі молекули. Середня кінетична енергія молекул, що залишилися, зменшується, а рідина охолоджується.

2. Від чого залежить швидкість випаровування?

Розглянемо кілька дослідів, що пояснюють, від чого залежить швидкість випаровування.

Дослід 1. У дві мензурки наллємо нарівно води. Воду з лівої переллємо в тарілку. Через кілька днів виявиться, що в ній вода випарувалася повністю, а в мензурці – лише частково. Чому?

Випаровуватися можуть тільки ті молекули, які перебувають поблизу поверхні рідини (адже з інших сторін вона оточена стінками посудини). Тому більша площа поверхні води в тарілці сприяє більшій кількості вильотів молекул. Отже, випаровування іде швидше.

Площа вільної поверхні – перша причина, що впливає на швидкість пароутворення.

Дослід 2. Поставимо на ваги дві склянки. У ліву наллємо окропу, а в праву – стільки ж холодної води. Спочатку ваги перебуватимуть у рівновазі. Але через 5-10 хвилин вона порушиться: склянка з гарячою водою полегшає! Виходить, гаряча вода випаровується швидше за холодну.

Вилетіти з рідини можуть тільки ті частинки, кінетична енергія яких більше, ніж потенціальна енергія притягання до інших частинок. При підвищенні температури швидкість руху всіх частинок зростає, отже, зростає і їхня кінетична енергія. Виходить, більша кількість частинок може вилетіти з рідини.

Температура речовини – друга причина, що впливає на швидкість пароутворення.

Дослід 3. Виберемо миску й тарілку однакових діаметрів. У кожну з них наллємо по склянці води й поставимо в спокійне місце. Через кілька днів ми побачимо, що вода з тарілки випарувалася повністю, а з миски – лише частково. Чому ж так відбулося? Адже площі вільних поверхонь води в мисці й води в тарілці однакові…

Гляньте на рисунок: краї миски сильніше піднімаються над поверхнею води, ніж краї тарілки. Тому пара над поверхнею тарілки швидше розсіюється по кімнаті за рахунок дифузії або подувів вітру. Отже, над водою в мисці насиченість (тобто густина) пари помітно більше. Її молекули, рухаючись у всіляких напрямках, будуть часто влітати назад у воду, через що випаровування з миски сповільнюється.

Густина пари над поверхнею, з якої відбувається пароутворення,- третя причина, що впливає на його швидкість.

Дослід 4. Якщо в однакові склянки налити рівну кількість різних рідин: спирту, води, масла й ртуті, то по завершенні приблизно тижня можна виявити, що спирт випарувався повністю, вода – наполовину, а масло й ртуть практично не зменшили свого об’єму.

Рід речовини – четверта причина різної швидкості пароутворення.

Спостереження й досліди показують, що випаровуються й тверді тіла. Випаровується, наприклад лід, тому білизна висихає й на морозі. Випаровується нафталін, тому ми відчуваємо його запах. Цей процес називають сублімацією.

Перехід речовини з рідкого стану в газоподібний широко використовується в техніці. Наприклад, на електростанціях пара, отримана з води, пускає в хід парові турбіни. Випаровування застосовується при очищенні речовин. Воно є основою роботи холодильних установок, а також всіх процесів сушіння матеріалів. Апарат космічного корабля, що спускається, покривають спеціальною речовиною, яка швидко випаровується, щоб усунути його перегрівання від тертя при проходженні через атмосферу.

3. Знайомимося із процесом конденсації

Одночасно з переходом молекул з рідини в пару відбувається й зворотний процес. Безладно рухаючись над поверхнею рідини, частина молекул знову повертається в неї.

Перехід речовини з газоподібного стану в рідкий називають конденсацією.

Випаровування й конденсація завжди відбуваються одночасно, і “підсумковий результат” залежить від того, який із цих процесів триває з більшою швидкістю. Якщо “перемагає” випаровування, то рідина перетворюється в пару: висихають калюжі, мокрі речі й т. ін. Якщо ж “перемагає” конденсація, то пара перетворюється в рідину: випадає роса, сухі речі відволожуються.

Конденсація може відбуватися й тоді, коли пара не стикається з рідиною. Саме конденсацією, наприклад, пояснюється утворення хмар: молекули водяної пари, піднімаючись над поверхнею Землі, у більш холодних шарах атмосфери групуються в дрібні крапельки води, скупчення яких і являють собою хмари.

Процес конденсації води в природі ми спостерігаємо щодня. Чи то це крапельки роси на листах (водяна пара накопичується в повітрі вдень, а вранці, охолоджуючись, конденсується), чи то це туман (удень відбувається інтенсивне випаровування з поверхні водойм, а ввечері насичене водяними парами повітря внаслідок охолодження конденсується).

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

Чому випаровування рідини відбувається за будь-якої температури?

Як можна пояснити, що за тих самих умов одні рідини випаровуються швидше, інші – повільніше.

Чому випаровування відбувається тим швидше, чим вище температура рідини?

Чому випаровування рідини відбувається швидше, якщо над її поверхнею дує вітер?

Які явища природи пояснюються конденсацією пари? Наведіть приклади.

Від чого залежить швидкість випаровування й конденсації?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

Поміркуй і відповідай

1. Одну склянку по вінця заповнили гарячим чаєм, а іншу – таким самим гарячим бульйоном. Яка з рідин остигає швидше? Чому?

2. Чому мокра білизна на вітрі сохне швидше?

3. Якщо закрити банку кришкою, то рівень води в ній не буде знижуватися. Чи означає це, що кришка “зупиняє” випаровування води?

4. На чашки важільних ваг поставили й зрівноважили склянку з холодною водою й склянку з гарячим чаєм. Чому рівновага ваг швидко порушується?

Домашнє завдання-1

1. У-1: § 27 (п. 1).

2. Сб-1:

Рів1 – № 30.1, 30.3, 30.6, 30.7, 30.9.

Рів2 – № 30.19, 30.20, 30.21, 30.22, 30.23.

Рів3 – № 30.47, 30.48, 30.49, 30.50, 30.52.

Домашнє завдання-2

1. У-2: § 46.

2. Сб-2:

Рів1 – № 33.1, 33.2, 33.3, 33.4, 33.5.

Рів2 – № 33.12, 33.13, 33.14, 33.15, 33.16.

Рів3 – № 33.17, 33.18, 33.19, 33.34, 33.35.