кипение жидкости
творческая работа учащихся по физике на тему
Рассматриваются процессы кипения чистой воды и с примесями; кипение растворов и несмешивающихся жидкостей
Скачать:
Вложение | Размер |
---|---|
![]() | 64.5 КБ |
![]() | 1.14 МБ |
![]() | 64.5 КБ |
Предварительный просмотр:
Муниципальное общеобразовательное учреждение гимназия №17
г. Мытищи
УЧЕБНО -- ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА
«Кипение жидкости»
Автор: Бурмистров Михаил
Руководитель: Колесникова
Ольга Ивановна
2010 г.
КИПЕНИЕ ЖИДКОСТИ
ПЛАН
1.Введение…………………………………………………………………3
а) кипение жидкости;
б) измерение температуры кипения.
2.Эксперимент: кипение………………………………………………….4
а) чистой воды;
б) воды с нелетучими примесями;
в) водного раствора спирта.
3.Результаты эксперимента………………………………………………6
4.Выводы………………………………………………………………….6
5.Заключение……………………………………………………………..6
6.Литература………………………………………………………………7
ВВЕДЕНИЕ
Моя исследовательская работа называется «Кипение жидкостей»
Целью моей работы было исследовать столь распространенное в быту явление как кипение. Понять, от каких факторов зависит температура кипения. Кипение, как вы знаете - это процесс парообразования по всему объему жидкости. Если наблюдать за этим явлением на примере пресной воды, то мы видим, что в процессе кипения на стенках сосуда и на его дне образуются многочисленные пузырьки воздуха - центры парообразования. При нагревании происходит испарение воды в полость этих пузырьков. При определенном объеме сила Архимеда отрывает их от дна сосуда, но перед самим кипением отчетливо слышен шум. Дело в том, что жидкость прогрета неравномерно. Когда пузырьки с паром поднимаются в более холодные слои, пар в них конденсируется и пузырьки «схлопываются». При этом выделяется энергия, что способствует прогреванию остального объема воды. В прогретой жидкости пузырьки воздуха с паром поднимаются на поверхность и лопаются: пар выходит в атмосферу.
Опыт с кипением чистой воды за время работы проводился дважды. В первый раз вода закипела при 98⁰С, а во второй при 99⁰С. Это произошло из-за разного атмосферного давления: чем оно ниже, тем ниже температура кипения. Основным условием кипения является равенство давления насыщенного пара в пузырьках и атмосферного давления. На самом деле, на пузырек с паром также действует гидростатическое давление столба жидкости, но в обычных условиях им можно пренебречь, так как оно мало по сравнению с атмосферным давлением.
Далее был поставлен вопрос: а какова температура кипения водных растворов и воды с примесями.
Первый опыт: кипение воды с добавлением соли. Оказалось, что соль повышает температуру кипения. На графике показана зависимость температуры кипения от количества примесей. Как видно, максимальная температура кипения, которую имела вода с примесями, составляет 110⁰С, и зависит от концентрации. Повышение температуры кипения происходит потому, что в пузырьке воздуха содержится не только водяной пар, но и пары поваренной соли. А значит, пар становится насыщенным при более высокой температуре.
Следующие опыты проводились на «водяной бане», т.е. исследуемая жидкость прогревалась одновременно со всех сторон. Это повлияло на процесс: кипение началось ближе к поверхности жидкости у стенок сосуда, а не от дна. Дело в том, что чем ближе к поверхности, тем меньше давление столба воды, а это важно. Оказалось, что температура кипения водного раствора спирта составляет 82⁰С, хотя сам спирт кипит при 78⁰С. Такая температуры кипения объясняется тем, что давление в пузырьке воздуха равно сумме давлений компонентов жидкости. Следовательно, температура кипения раствора ниже, чем у воды, но выше, чем у спирта. Причина в молекулярном строении и составе вещества: в спиртах образуются прочные химические связи между водородом одной молекулы и кислородом другой, а с водой эти связи становятся еще прочнее - молекулы воды примыкают к связям, образуя ассоциации, а для их расщепления требуется более высокая температура.
Последний опыт: наблюдение за кипением двух несмешивающихся жидкостей: воды и CCl4 (четыреххлористый углерод: осторожность при работе; только в вытяжном шкафу). Четыреххлористый углерод – это бесцветная жидкость, плотнее воды (1,63г/см3), легко испаряющаяся, температура кипения которой 78⁰С. В опыте раствор кипел при 68⁰С. Причем сам процесс происходил довольно необычно: кипение происходило не со дна, а у стенок сосуда на границе между веществами. Там отчетливо наблюдалось образование и рост пузырьков, а затем пузырьки поднимались к поверхности и лопались. На границе раздела жидкостей оптимальные условия для кипения: давление насыщенных паров обеих жидкостей станет равным атмосферному давлению значительно раньше на границе раздела, чем в пузырьках, находящихся только в воде или ССl4. Значение измеренной температуры кипения мало отличается от теоретического значения, найденного графически.
Из проведенных опытов можно сделать вывод, что температура кипения остается постоянной во время кипения и зависит от количества и вида примесей, атмосферного давления и других внешних условий. Кипение жидкости используют для получения дистиллированной воды (выпаривание и конденсация), опреснение воды, крекинга нефти. Исследуя процесс кипения можно также получить сведения о количестве и виде примесей в воде (определить даже само вещество). Так же я понял, что на нашей планете огромное количество веществ и соединений, находящихся в жидком состоянии, но многие из них либо ядовиты, либо кипят при очень высокой температуре. И только вода со всеми своими свойствами является уникальной жидкостью! В данной работе изучаются процессы кипения в чистой жидкости, смесях и растворах. Результаты показали, что температура кипения различных жидкостей зависит от внешних факторов, концентрации растворов, количества примесей.
Для кипения жидкости необходимы несколько условий:
- наличие центров парообразования;
- наличие постоянное подведение тепла;
- определенное значение давления насыщенного пара.
Рассмотрим этот процесс подробнее. Сосуд с жидкостью поставим на плитку и будем наблюдать за происходящим нагреванием. На стенках и дне сосуда образуются многочисленные мелкие пузырьки воздуха – это центры парообразования. При нагревании жидкости происходит ее испарение в полость пузырьков воздуха: давление увеличивается, объем растет. Архимедова сила при определенном объеме пузырька способна оторвать от дна, и он всплывает вверх. Если жидкость недостаточно прогрета по всему объему за счет конвективных потоков, то пузырек с паром попадает в менее нагретые слои и пар в нем конденсируется: пузырек захлопывается, при этом теплота, выделяющаяся при конденсации, ускоряет прогревание жидкости по всему объему. Слышен шум – предвестник кипения. Когда давление насыщенного пара станет равным атмосферному давлению, пузырек поднимается на поверхность и лопается, выпуская пар – жидкость кипит. Признак кипения: интенсивное бурление жидкости, постоянство температуры. На практике всегда наблюдается колебания температуры внутри жидкости. Чем ровнее кипит жидкость, тем меньше эти колебания. Для измерения температуры кипения термометр помещают в пары кипящей жидкости, а не в саму жидкость. Процесс кипения идет с поглощением тепла, зависящим от вида жидкости и выпариваемой массы: Q = mL, где
L – удельная теплота парообразования, Дж/кг,
m – масса вещества, кг
Давление внутри пузырька с паром складывается из давления насыщенных паров, гидростатического и давления искривленной поверхности. Если последними факторами можно пренебречь, то условием для кипения будет равенство давления насыщенного пара и атмосферного давления. При повышении атмосферного давления температура кипения повышается в среднем на 1°С при изменении давления на 26 мм рт ст. Если жидкость неоднородная, то давление в пузырьках воздуха складывается из давлений насыщенного пара каждого компонента.
Р1 + Р2 = Ратм
Доля каждого парциального давления зависит от температуры и количества вещества. Поэтому температура кипения неоднородной жидкости отличается от температуры кипения чистой жидкости. Нелетучие примеси повышают температуру кипения.
ЭКСПЕРИМЕНТ
1.Соблюдение техники безопасности при выполнении опытов: а) при работе со стеклянной посудой, термометром; б) при измерении температур; в) при работе с легкоиспаряющимися жидкостями (оборудование для процесса кипения, вытяжной шкаф, марлевая повязка); 2. Оборудование: химическая посуда, нагреватель, термометр. Материалы: вода, поваренная соль, спирт.
Опыт №1. Наблюдение за нагреванием и кипением чистой воды
Опыт №2. Наблюдение за нагреванием и кипением соленой воды(20%)
Опыт №3. Наблюдение за нагреванием и кипением водного раствора спирта на водяной бане.
РЕЗУЛЬТАТЫ
ТЕПЕРАТУРА КИПЕНИЯ t°С
Чистая вода (при ратм= 733 мм рт ст) 98
Смесь воды с солью 104
Водный раствор спирта (при ратм = 756 мм рт ст) 82
ВЫВОДЫ
Температура кипения зависит:
- от внешнего давления;
- наличия или отсутствия примесей;
- нелетучие примеси повышают температуру кипения;
- от количества примесей;
- от температур кипения компонентов;
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Объяснить изменения температуры кипения можно только на основании химических связей: разрыв связи воды Н2О = Н* + ОН* и соединение Н* с органическим веществом понижает температуру кипения водных растворов.
ЛИТЕРАТУРА
- А.В.Перышкин «Физика-8», М. Дрофа, 2006г.
- А.А.Равдель, А.М.Пономарева Краткий справочник физико-химических величин. Ленинград, «Химия», 1983г.
- Физический энциклопедический словарь. М. Советская энциклопедия,1968г.
- А.С.Енохович Справочник по физике.М.Просвещение,1978г.
- www. wikiznanie ru/ru «Кипение»
Предварительный просмотр:
Подписи к слайдам:
Нагревание пресной воды
Нагревание воды с примесями
Кипение воды с растворами летучих веществ
Нагревание воды и CCl 4
Предварительный просмотр:
Муниципальное общеобразовательное учреждение гимназия №17
г. Мытищи
УЧЕБНО -- ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА
«Кипение жидкости»
Автор: Бурмистров Михаил
Руководитель: Колесникова
Ольга Ивановна
2010 г.
КИПЕНИЕ ЖИДКОСТИ
ПЛАН
1.Введение…………………………………………………………………3
а) кипение жидкости;
б) измерение температуры кипения.
2.Эксперимент: кипение………………………………………………….4
а) чистой воды;
б) воды с нелетучими примесями;
в) водного раствора спирта.
3.Результаты эксперимента………………………………………………6
4.Выводы………………………………………………………………….6
5.Заключение……………………………………………………………..6
6.Литература………………………………………………………………7
ВВЕДЕНИЕ
Моя исследовательская работа называется «Кипение жидкостей»
Целью моей работы было исследовать столь распространенное в быту явление как кипение. Понять, от каких факторов зависит температура кипения. Кипение, как вы знаете - это процесс парообразования по всему объему жидкости. Если наблюдать за этим явлением на примере пресной воды, то мы видим, что в процессе кипения на стенках сосуда и на его дне образуются многочисленные пузырьки воздуха - центры парообразования. При нагревании происходит испарение воды в полость этих пузырьков. При определенном объеме сила Архимеда отрывает их от дна сосуда, но перед самим кипением отчетливо слышен шум. Дело в том, что жидкость прогрета неравномерно. Когда пузырьки с паром поднимаются в более холодные слои, пар в них конденсируется и пузырьки «схлопываются». При этом выделяется энергия, что способствует прогреванию остального объема воды. В прогретой жидкости пузырьки воздуха с паром поднимаются на поверхность и лопаются: пар выходит в атмосферу.
Опыт с кипением чистой воды за время работы проводился дважды. В первый раз вода закипела при 98⁰С, а во второй при 99⁰С. Это произошло из-за разного атмосферного давления: чем оно ниже, тем ниже температура кипения. Основным условием кипения является равенство давления насыщенного пара в пузырьках и атмосферного давления. На самом деле, на пузырек с паром также действует гидростатическое давление столба жидкости, но в обычных условиях им можно пренебречь, так как оно мало по сравнению с атмосферным давлением.
Далее был поставлен вопрос: а какова температура кипения водных растворов и воды с примесями.
Первый опыт: кипение воды с добавлением соли. Оказалось, что соль повышает температуру кипения. На графике показана зависимость температуры кипения от количества примесей. Как видно, максимальная температура кипения, которую имела вода с примесями, составляет 110⁰С, и зависит от концентрации. Повышение температуры кипения происходит потому, что в пузырьке воздуха содержится не только водяной пар, но и пары поваренной соли. А значит, пар становится насыщенным при более высокой температуре.
Следующие опыты проводились на «водяной бане», т.е. исследуемая жидкость прогревалась одновременно со всех сторон. Это повлияло на процесс: кипение началось ближе к поверхности жидкости у стенок сосуда, а не от дна. Дело в том, что чем ближе к поверхности, тем меньше давление столба воды, а это важно. Оказалось, что температура кипения водного раствора спирта составляет 82⁰С, хотя сам спирт кипит при 78⁰С. Такая температуры кипения объясняется тем, что давление в пузырьке воздуха равно сумме давлений компонентов жидкости. Следовательно, температура кипения раствора ниже, чем у воды, но выше, чем у спирта. Причина в молекулярном строении и составе вещества: в спиртах образуются прочные химические связи между водородом одной молекулы и кислородом другой, а с водой эти связи становятся еще прочнее - молекулы воды примыкают к связям, образуя ассоциации, а для их расщепления требуется более высокая температура.
Последний опыт: наблюдение за кипением двух несмешивающихся жидкостей: воды и CCl4 (четыреххлористый углерод: осторожность при работе; только в вытяжном шкафу). Четыреххлористый углерод – это бесцветная жидкость, плотнее воды (1,63г/см3), легко испаряющаяся, температура кипения которой 78⁰С. В опыте раствор кипел при 68⁰С. Причем сам процесс происходил довольно необычно: кипение происходило не со дна, а у стенок сосуда на границе между веществами. Там отчетливо наблюдалось образование и рост пузырьков, а затем пузырьки поднимались к поверхности и лопались. На границе раздела жидкостей оптимальные условия для кипения: давление насыщенных паров обеих жидкостей станет равным атмосферному давлению значительно раньше на границе раздела, чем в пузырьках, находящихся только в воде или ССl4. Значение измеренной температуры кипения мало отличается от теоретического значения, найденного графически.
Из проведенных опытов можно сделать вывод, что температура кипения остается постоянной во время кипения и зависит от количества и вида примесей, атмосферного давления и других внешних условий. Кипение жидкости используют для получения дистиллированной воды (выпаривание и конденсация), опреснение воды, крекинга нефти. Исследуя процесс кипения можно также получить сведения о количестве и виде примесей в воде (определить даже само вещество). Так же я понял, что на нашей планете огромное количество веществ и соединений, находящихся в жидком состоянии, но многие из них либо ядовиты, либо кипят при очень высокой температуре. И только вода со всеми своими свойствами является уникальной жидкостью! В данной работе изучаются процессы кипения в чистой жидкости, смесях и растворах. Результаты показали, что температура кипения различных жидкостей зависит от внешних факторов, концентрации растворов, количества примесей.
Для кипения жидкости необходимы несколько условий:
- наличие центров парообразования;
- наличие постоянное подведение тепла;
- определенное значение давления насыщенного пара.
Рассмотрим этот процесс подробнее. Сосуд с жидкостью поставим на плитку и будем наблюдать за происходящим нагреванием. На стенках и дне сосуда образуются многочисленные мелкие пузырьки воздуха – это центры парообразования. При нагревании жидкости происходит ее испарение в полость пузырьков воздуха: давление увеличивается, объем растет. Архимедова сила при определенном объеме пузырька способна оторвать от дна, и он всплывает вверх. Если жидкость недостаточно прогрета по всему объему за счет конвективных потоков, то пузырек с паром попадает в менее нагретые слои и пар в нем конденсируется: пузырек захлопывается, при этом теплота, выделяющаяся при конденсации, ускоряет прогревание жидкости по всему объему. Слышен шум – предвестник кипения. Когда давление насыщенного пара станет равным атмосферному давлению, пузырек поднимается на поверхность и лопается, выпуская пар – жидкость кипит. Признак кипения: интенсивное бурление жидкости, постоянство температуры. На практике всегда наблюдается колебания температуры внутри жидкости. Чем ровнее кипит жидкость, тем меньше эти колебания. Для измерения температуры кипения термометр помещают в пары кипящей жидкости, а не в саму жидкость. Процесс кипения идет с поглощением тепла, зависящим от вида жидкости и выпариваемой массы: Q = mL, где
L – удельная теплота парообразования, Дж/кг,
m – масса вещества, кг
Давление внутри пузырька с паром складывается из давления насыщенных паров, гидростатического и давления искривленной поверхности. Если последними факторами можно пренебречь, то условием для кипения будет равенство давления насыщенного пара и атмосферного давления. При повышении атмосферного давления температура кипения повышается в среднем на 1°С при изменении давления на 26 мм рт ст. Если жидкость неоднородная, то давление в пузырьках воздуха складывается из давлений насыщенного пара каждого компонента.
Р1 + Р2 = Ратм
Доля каждого парциального давления зависит от температуры и количества вещества. Поэтому температура кипения неоднородной жидкости отличается от температуры кипения чистой жидкости. Нелетучие примеси повышают температуру кипения.
ЭКСПЕРИМЕНТ
1.Соблюдение техники безопасности при выполнении опытов: а) при работе со стеклянной посудой, термометром; б) при измерении температур; в) при работе с легкоиспаряющимися жидкостями (оборудование для процесса кипения, вытяжной шкаф, марлевая повязка); 2. Оборудование: химическая посуда, нагреватель, термометр. Материалы: вода, поваренная соль, спирт.
Опыт №1. Наблюдение за нагреванием и кипением чистой воды
Опыт №2. Наблюдение за нагреванием и кипением соленой воды(20%)
Опыт №3. Наблюдение за нагреванием и кипением водного раствора спирта на водяной бане.
РЕЗУЛЬТАТЫ
ТЕПЕРАТУРА КИПЕНИЯ t°С
Чистая вода (при ратм= 733 мм рт ст) 98
Смесь воды с солью 104
Водный раствор спирта (при ратм = 756 мм рт ст) 82
ВЫВОДЫ
Температура кипения зависит:
- от внешнего давления;
- наличия или отсутствия примесей;
- нелетучие примеси повышают температуру кипения;
- от количества примесей;
- от температур кипения компонентов;
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Объяснить изменения температуры кипения можно только на основании химических связей: разрыв связи воды Н2О = Н* + ОН* и соединение Н* с органическим веществом понижает температуру кипения водных растворов.
ЛИТЕРАТУРА
- А.В.Перышкин «Физика-8», М. Дрофа, 2006г.
- А.А.Равдель, А.М.Пономарева Краткий справочник физико-химических величин. Ленинград, «Химия», 1983г.
- Физический энциклопедический словарь. М. Советская энциклопедия,1968г.
- А.С.Енохович Справочник по физике.М.Просвещение,1978г.
- www. wikiznanie ru/ru «Кипение»
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
конспект урока по теме "кипение жидкости"
В работе представлена поурочная карта - задание для учащихся и презентация, сопровождающая урок....
![](/sites/default/files/pictures/2013/10/15/picture-310025-1381829153.jpg)
Кипение. Удельная теплота парообразования. Зависимость температуры кипения давления
Презентация к уроку физики 8 класс по УМК ПерышкинА.В....
Конспект урока «Давление в жидкости и газе. Расчёт давления жидкости на дно и стенки сосуда», физика 7 класс
Данный материал представляет собой конспект урока урока физики в 7 классе "Давление в жидкости и газе. Расчёт давления жидкости на дно и стенки сосуда". Конспект содержит все этапы современного урока:...
![](/sites/default/files/pictures/2021/06/08/picture-872359-1623168793.jpg)
Конспект урока "Кипение. Температура кипения. Зависимость температуры кипения от давления"
Данная тема является пятой по счету в разделе «Изменение агрегатных состояний вещества», на которую отводится 11 часов. Здесь учащимся предлагается продолжить изучение перехода вещества из одного сост...
![](/sites/default/files/pictures/2013/03/12/picture-219820-1363075878.jpg)
ПРЕЗЕНТАЦИЯ Физика 8 класс Кипение. Температура кипения
ПРЕЗЕНТАЦИЯ Физика 8 класс Кипение. Температура кипения...
![](/sites/default/files/pictures/2017/12/13/picture-986065-1513168875.jpg)
Урок Давление в жидкости и газе. Расчёт давления жидкости на дно и стенки сосуда
Урок в 7 классе, на котором необходимо сформировать понятия давление жидкости на дно и стенки сосуда, раскрыть причину возникновения этого давления; рассмотреть зависимость давления жидкости от в...
![](/sites/default/files/pictures/2020/02/05/picture-1215547-1580904995.jpg)
Разработка конспекта «Давление в жидкости и газе. Расчёт давления жидкости на дно и стенки сосуда».
Разработка конспекта «Давление в жидкости и газе. Расчёт давления жидкости на дно и стенки сосуда». На уроке используются технология коммуникативного и интерактивного обучения. Есть темати...