научно-исследовательская работа на тему "Испарение. Факторы влияющие на скорость испарения"

Введение

Мой папа инженер-механик и иногда он любит говорить: «Физика вокруг нас, сынок! Она везде…». Я с удивлением спрашиваю: «Какая физика? Что это такое? Я ничего не вижу!». На что папа отвечает: «Посмотри внимательно вокруг, и ты увидишь много чего интересного». Я задумался, действительно ли это так. Неужели я живу в мире, в котором многое для меня ещё остаётся загадкой? Но что может быть необычного в том, что меня окружает? И я решил в течение одного дня повнимательнее присмотреться к тому, что происходит у нас в доме.

Вот мама постирала белье, повесила его сушиться на балконе, через несколько часов бельё высохло. Почему? «Испарение» - отвечает мама. Затем мама сварила суп, налила его в тарелку. Суп горячий, от него идёт пар. Мама говорит: «Подуй, а то обожжёшься!». «Зачем дуть?» - спросил я. «Быстрее остынет» - ответила мама. «Это интересно почему?» - удивился я. «Испарение» - сказала мама. Вечером мы пошли гулять, и я промочил ноги. Когда мы пришли домой мама попросила, чтобы я поставил промокшие сапоги к батарее. «Для чего? Пусть останутся стоять в коридоре» - возразил я. «Возле батареи они быстрее высохнут» - настаивала мама. «Опять испарение?!» - сказал я. «Да» - улыбнулась мама.

И я понял, что я ничего не знаю о том, что же такое испарение, почему оно происходит и отчего зависит его скорость? Это и определило выбор моей темы исследования «Испарение. Факторы, влияющие на скорость испарения жидкости».

Я выдвинул гипотезу, что скорость испарения жидкости зависит от рода жидкости, площади поверхности жидкости, температуры и скорости движения окружающего воздуха.

Объектом исследования является процесс испарения жидкости.

В качестве предмета исследования выступают факторы, которые влияют на скорость испарения жидкости.

Целью данной работы является исследование зависимости скорости испарения жидкости от различных факторов и с помощью проведенных опытов сделать соответствующие выводы.

Для достижения этой цели мною решались следующие задачи:

• подбор литературы по данной теме;
• изучение, анализ и обобщение литературы по данной теме;
• проведение опытов и наблюдений для изучения влияния рода жидкости, площади поверхности жидкости, температуры и скорости движения окружающего воздуха на скорость испарения жидкости;
• оценить результаты проделанных опытов и сделать соответствующие выводы.

В ходе работы мною использовались следующие методы:

• изучение, анализ, обобщение литературы;
• наблюдения, измерения;
• количественная и качественная обработка результатов;
• анализ результатов исследовательской работы.

В качестве оборудования для проведения исследования я пользовался различными несложными приборами, такими как, стаканы, носовые платки, фен.

Практическая значимость работы состоит в том, что использование поставленных опытов на уроках природоведения, географии, биологии, физики, позволит рассмотреть вопрос об испарении более наглядно.

Структура работы: работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и содержит 1 схему, 1 таблицу и 1 презентацию.

Глава 1. Теоретические основы испарения

1. Понятие испарения

Всякий знает, что вода – это соединение водорода и кислорода. Вот её всем известная формула: H2O. С водой очень хорошо знаком каждый, кто привык умываться по утрам, пьёт чай, умеет плавать, любит бегать под дождём, не боясь промокнуть, кататься на коньках и ходить на лыжах. [1]

Вода окружает нас повсюду. Океан, покрывающий почти всю нашу планету, тучи, облака, туманы, несущие влагу всему живому на земной поверхности – это ведь тоже вода. Бескрайние ледяные пустыни, снеговые покровы, застилающие почти половину планеты – и это вода. [1]

Вода имеет ключевое значение в создании и поддержании жизни на Земле, в химическом строении живых организмов, в формировании климата и погоды. Она является важнейшим веществом для всех живых существ на нашей планете.

Вода уникальна. Это единственное вещество, которое мы можем наблюдать в трёх агрегатных состояниях: твёрдом, жидком и газообразном.

Парообразование – это процесс перехода вещества из жидкого или твердого состояния в газообразное, происходящее путём вылета молекул из этого вещества. Совокупность молекул, вылетевших из вещества называют паром этого вещества. Обратный процесс перехода газообразного вещества в жидкое состояние называют конденсацией. [3] Парообразование, происходящее с открытой поверхности вещества при любой температуре называется испарением. Испарение кристаллических веществ называют сублимацией или возгонкой.

В данном исследовании я буду рассматривать такой вид парообразования как испарение.

Из повседневной жизни мы знаем, что, например, вода, духи, бензин и спирт, находясь в открытых сосудах, улетучиваются, то есть испаряются. Высыхают полы, покрашенные лаком или краской, сохнет выстиранное бельё, но как объяснить эти явления с научной точки зрения.

1.2. Испарение – как физическое явление

Мы знаем, что все вещества, которые нас окружают, состоят из атомов и молекул. И у них есть свои секретные законы жизни.  И один из этих законов – нельзя останавливаться! Как будто для них везде развешены знаки «Остановка запрещена». Атомы и молекулы движутся всегда. Они несутся во все стороны со страшными скоростями, иногда быстрее даже автомобиля, сталкиваются друг с другом, отскакивают и опять летят. [2]

Некоторые молекулы могут иметь такие большие скорости и соответственно большие значения кинетической энергии, что, находясь у поверхности жидкости, преодолевают притяжение соседних молекул и вылетают из нее (Схема 1). Эти молекулы образуют над жидкостью пар. [5]

Образование пара над жидкостью

            испарение

Схема 1

Так как при испарении жидкость покидают молекулы, имеющие большие скорости, то средняя скорость движения молекул, оставшихся в сосуде, становится меньше. [5]

Если вылетает больше молекул, чем возвращается обратно, жидкость испаряется. Если молекулы в большем числе возвращаются в жидкость, чем вылетают из нее, происходит конденсация пара. [5]

Скорость испарения жидкости зависит от:

• рода жидкости. Чем меньше притяжение между молекулами жидкости, тем интенсивнее происходит испарение;
• площади поверхности жидкости. Молекулы испаряются с поверхности жидкости и чем больше площадь поверхности жидкости, тем большее число молекул одновременно вылетает в воздух;
• температуры. Чем выше температура жидкости, тем большее число молекул имеет достаточную для вылета из жидкости кинетическую энергию, тем быстрее идёт испарение, например, лужи после дождя высохнут быстрее в теплом солнечном месте, чем в тени;
• скорости движения окружающего воздуха. Если поток воздуха над сосудом с жидкостью уносит с собой образовавшиеся пары жидкости, то она испаряется быстрее, так как у молекулы пара уменьшается возможность вновь вернуться в жидкость. [4] Теперь понятно почему в ветреную погоду мокрое бельё сохнет быстрее.

Глава 2. Экспериментальное определение факторов, влияющих на скорость испарения жидкости

В ходе исследования мною использовались такие методы как наблюдение и опыты, которые проводились в домашних условиях.

C помощью опытов изучалось влияние рода жидкости, температуры, площади испаряемой поверхности, движения окружающего воздуха на скорость испарения жидкости.

При проведении опытов мною использовалось оборудование, указанное в таблице 1.

Таблица 1

Оборудование, используемое в ходе исследования

Опыт №1 «Установление зависимости скорости испарения жидкости от рода жидкости».

1. Я взял три одинаковых блюдца.
2. С помощью шприца налил на поверхность первого блюдца 5мл жидкости для снятия лака, на второе – 5мл воды, на третье – 5мл растительного масла.
3. Через 1 час проверил какая жидкость испарилась быстрее.

В первом блюдце жидкость для снятия лака испарилась быстро и полностью. Во втором блюдце испарение идет не слишком интенсивно и воды стало меньше. В третьем блюдце испарение протекает очень медленно, количество растительного масла почти не изменилось.

Вывод: скорость испарения зависит от рода вещества.

Опыт №2 «Установление зависимости скорости испарения жидкости от площади поверхности жидкости».

1. Я налил равное количество воды в стеклянный стакан и пластиковый контейнер.
2. Оставил сосуды стоять на столе не накрывая их крышкой.
3. Через 7 дней я сравнил уровень воды в сосудах.

В пластиковом контейнере вода испарилась полностью, в стеклянном стакане воды осталось на половину меньше.

Вывод: молекулы воды выходят только с поверхности, поэтому вода быстрее испаряется с большой поверхности, чем с маленькой. Теперь мне понятно, почему большие мелкие лужи высыхают быстрее, чем глубокие и узкие.

Опыт №3 «Установление зависимости скорости испарения жидкости от температуры».

1. Я налил в стаканы равное количество воды.
2. Отметил уровень воды в стаканах маркером.
3. Оставил один стакан возле теплого места (батареи), второй убрал в прохладное место.
4. Сравнил уровень воды в стаканах через 24 часа.

Воды в стакане, который стоял возле батареи, стало меньше.

Вывод: температура воды в стакане, который стоял возле батареи, стала выше. Чем выше температура воды, тем больше скорость молекул воды. Они чаще выскакивают с поверхности воды в воздух. Нагревание действительно ускоряет испарение.

Опыт №4 «Установление зависимости скорости испарения жидкости от скорости движения окружающего воздуха».

1. Я взял 2 носовых платка одинакового размера и из одинакового материала.
2. Намочил их водой.
3. Один носовой платок обдувал струёй холодного воздуха из электрического фена, другой оставил сохнуть естественным образом без обдува.

Носовой платок, который обдували, высох первым.

Вывод: обдув приводит к быстрой замене влажного воздуха вблизи носового платка сухим воздухом со стороны. Ветер укоряет испарение.

Заключение

В ходе проведения опытов я пришёл к следующим выводам:

1. При одинаковых условиях различные жидкости испаряются с разной скоростью.
2. Чем выше температура жидкости, тем быстрее она испаряется.
3. Испарение воды из пластикового контейнера, площадь поверхности которого больше, происходит быстрее, чем с поверхности стакана, площадь поверхности которого меньше.
4. При ветре вода испаряется быстрее, чем в безветрие.

Таким образом я подтвердил свою гипотезу, что скорость испарения жидкости зависит от рода жидкости, площади поверхности жидкости, температуры и скорости движения окружающего воздуха.

Работая над темой своего исследования «Испарение. Факторы, влияющие на скорость испарения жидкости», я нашёл ответы на свои вопросы. Я узнал, как происходит испарение, что скорость испарения веществ различна.

Люди активно используют процесс испарения в своей жизни, применяют его в производстве различных механизмов и машин, используют в быту. В природе этот процесс происходит вне зависимости от деятельности человека и задача людей – не нарушать этот процесс.

Опыты, которые я провел, были очень интересными, и я думаю, что в дальнейшем продолжу изучение данной темы, в частности, испарение твёрдых тел.

Список использованной литературы

1. Детская энциклопедия. Издание второе. Том 3. – Просвещение, 1965-1968
2. Лукьянова А. Тайны и секреты обыденных явлений. От велосипеда до космолёта. – Издательство «Интеллект-центр», 2010
3. Мустафаев Р.А. Физика. В помощь поступающим в вузы: Учеб. Пособие для слушателей подгот. отд. вузов /Р.А. Мустафаев, В.Г. Кривцов. – М.: Высшая школа, 1989
4. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Сотский Н. Н. Физика. 10 класс. – Просвещение, 2008
5. Физика. Большой справочник для школьника /Ю.И. Дик, В.А. Ильин, Д.А. Исаев. – М.: Дрофа, 2007