Испарение. Кипение. Конденсация - Тепловые процессы

Физический словарик

Дистиллят (от лат. distillatio) - стекший по каплям, продукт дистилляции.

Конденсация (от лат. condensatio) - сгущение, уплотнение.

Интересные факты

Большинство людей убеждены, что водяной пар белого цвета, и очень удивляются, слыша, что это неверно. В действительности водяной пар совершенно прозрачен, невидим и, следовательно, не имеет цвета вовсе. Тот белый туман, который в обыденной жизни называют паром, представляет собой не пар в физическом смысле слова, а воду, распыленную в мелкие капельки. Облака также состоят не из водяного пара, а из мельчайших водяных капелек.

В Крыму, вблизи Феодосии, до 1912 г. действовала несложная установка для получения влаги из воздуха. Она состояла из нескольких куч камней (объем каждой из них составлял около 290 м³), расположенных на водоупорном скальном основании. Возникавшая в каменных кучах за счет капиллярной конденсации вода отводилась по гончарным трубам в Феодосию, где питала небольшие фонтаны. Установка давала до 350 л питьевой воды в сутки. Остатки устройств и приспособлений для получения влаги из воздуха найдены также в Сахаре, в горных районах Италии, в Тувинской Республике, в Каракумах и на Восточном побережье Каспия.

Задачи на перевод единиц измерения в СИ

430 г = 0,43 кг

2,5 л= 0025 м³

45 см³ = 0,000045 м³

0,8 г/см³ = 800 кг/м³

32 кДж = 32 000 Дж

2,3 МДж/кг = 2 300 000 Дж/кг

2,1 т = 2 100 кг

0,053 МДж = 55 000 Дж

2,5 дм³ = 0,0025 м³

Схема для запоминания формулы расчета количества теплоты при парообразовании

Качественные задачи и вопросы

1. При выходе из реки мы ощущаем холод. Почему? (С поверхности тела вода испаряется, и при этом температура тела уменьшается. Именно поэтому мы ощущаем холод.)

2. Почему скошенная трава быстрее высыхает в ветреную погоду, чем в тихую? (В ветреную погоду процесс испарения происходит быстрее.)

3. В тарелку и стакан налили воду одинаковой массы. Из какого сосуда она испарится быстрее? (Из тарелки, так как площадь поверхности воды в ней больше.)

4. Зачем сосуды с жидкостями закрывают крышками? (Чтобы жидкости не испарялись.)

5. Почему канистру с бензином нельзя оставлять открытой? (Бензин из канистры без крышки будет испаряться. Чтобы этого не происходило, необходимо канистру закрывать крышкой.)

6. Когда белье, вывешенное в комнате, высохнет быстрее: при открытой или закрытой форточке? (Однозначно ответить на этот вопрос нельзя. Необходимо знать о влажности воздуха па улице, о разности температур на улице и в квартире. Только зная эти данные, можно ответить на вопрос.)

7. В холодильных камерах для охлаждения используют быстро испаряющиеся жидкости - фреон, аммиак. Почему не используют воду? (Используют жидкости, которые быстро испаряются. Вода испаряется достаточно медленно.)

8. Как вы будете жарить картошку: накрывая сковородку крышкой или пет? А если хотите получить хрустящий картофель? (Если хотите получить хрустящий картофель, то крышкой накрывать не стоит.)

9. Какие щи быстрее остынут - постные или жирные? (Постные. Жир на поверхности препятствует испарению жидкости. Так, если вы хотите, чтобы ваша вода быстрее закипела, необходимо на поверхности образовать жирную пленку, положить кусочек жира или масла.)

10. Почему температура остывшей воды в стакане всегда ниже комнатной температуры? (Потому что происходит процесс испарения молекул воды с поверхности, и при этом внутренняя энергия воды понижается.)

Задачи для любителей литературы

1. «Когда темный от влаги паркет несколько подсох и все зеркала покрылись банным налетом и звонки прекратились, Филипп Филиппович в сафьяновых красных туфлях стоял в передней» (М. А. Булгаков. Собачье сердце).

Какие процессы описаны автором? (Испарение и конденсация.)

2. «- Что за дурни, прости господи, эти немцы! - сказал голова. - Я бы батогом их, собачьих детей! Слыханное дело, чтобы паром можно кипятить!» (Н. В. Гоголь. Вечера на хуторе близ Диканьки).

Можно ли водяным паром вскипятить воду? (Можно. При теплообмене водяной пар отдает воде энергию, вода принимает энергию и нагревается при этом. Если вода достигнет температуры кипения, то она закипит.)

3. «- Свет надо тушить за собой в уборной, вот что я вам скажу, Пелагея Петровна, - говорила та женщина, перед которой была кастрюля с какой-то снедью, от которой валил пар, - а то мы на выселение на вас подадим!» (М. А. Булгаков. Мастер и Маргарита).

Если из кастрюли валит пар, можно ли сказать, что вода в кастрюле закипела? От каких физических параметров зависит скорость испарения жидкости? (Испарение воды происходит не только при температуре кипения. Скорость испарения зависит от температуры, от площади поверхности жидкости, от внешних факторов, от вещества.)

4. «Ливень хлынул неожиданно, и тогда гроза перешла в ураган. В том самом месте, где около полудня, близ мраморной скамьи в саду, беседовали прокуратор и первосвященник, с ударом, похожим на пушечный, как трость, переломило кипарис. Вместе с водяной пылью и градом на балкон под колонны несло сорванные розы, листья и песок» (М. А. Булгаков. Мастер и Маргарита).

Так Булгаков описывает дождь, ливень, ураган, град. Расскажите об этих природных явлениях с точки зрения физики. Какие тепловые процессы показаны в данном фрагменте? Можно ли по погоде определить температуру воздуха? (Дождь и ливень - процессы конденсации воды в атмосфере. Град — процесс кристаллизации воды в атмосфере. Вода в жидком и твердом состояниях находится в равновесии при 0 °С, поэтому можно предположить, что температура воздуха близка к 0 °С)

5. «Через полчаса явился уездный лекарь, человек небольшого роста, худенький и черноволосый. Он прописал мне обычное потогонное» (И. С. Тургенев. Записки охотника).

Для чего необходимо потогонное средство? (Для выделения пота: он испаряется с поверхности кожи, при этом температура организма понижается.)

6. «...Слышит-«костер», говорят. А на «костре» на этом черное что-то положено, и в нем вода, точно в озере во время бури, ходуном ходи!» (М. Е. Салтыков-Щедрин. Премудрый пескарь).

Какое явление наблюдал пескарь в котле? Правильно ли сравнивать это явление с бурей в озере? (Премудрый пескарь наблюдал за кипением воды в котле. Сравнивать явление кипения жидкости с воздействием ветра на верхние слои жидкости можно только визуально. В реальности это совершенно разные процессы.)

По пословицам и поговоркам

7. Береги нос в большой мороз.

А почему в большой мороз можно отморозить нос? (В морозный день с поверхности кожи интенсивно испаряется влага, при этом температура кожи уменьшается, вследствие уменьшения внутренней энергии организма поверхность кожи переохлаждается)

8. Дождик вымочит, а красное солнышко высушит.

О каких фазовых переходах идет речь в этой пословице? (О конденсации и испарении.)

По загадкам

9. Книзу летит капельками,

А кверху - невидимкою. (Вода)

Какие процессы описаны в загадке? (Конденсация и испарение.)

Интересные факты

У зайца большие уши, но совсем не для того, чтобы слушать, а для того, чтобы ими... потеть. Сидит в летний зной заяц под кустом, и ему совсем пить не хочется. Лишнее тепло улетучивается через тонкие горячие заячьи уши с большим количеством кровеносных сосудов. Каждый квадратный сантиметр уха излучает до 10 калорий тепла в час. В жару заячьи уши отводят треть тепла, образующегося при обмене веществ.

В пустынях температура земной поверхности может повышаться до 70-80 °С днем и падать до 4 °С к концу ночи. В этих условиях большинство ящериц ищет убежище, спасаясь от обеих крайностей в норах или под камнями. Это поведение и определенные физиологические реакции ярко выражены у ящериц, обитающих в пустынях юго-востока США и Мексики. Помимо того что эта ящерица может зарываться в землю, она способна менять положение тела и его окраску, а когда температура становится высокой, может также уменьшить поверхность тела, втягивая ребра.

К числу реакций ящериц на высокую температуру относятся тепловая одышка, а также выпучивание глаз.

Задачи для любителей биологии

1. У слона в коже нет ни одной потовой железы. А так и перегреться на жаре да в работе можно. Но водоем у слона всегда «под рукой», т. е. под хоботом. Набирает слон слюны изо рта хоботом и размазывает по телу. Сразу облегчение чувствуется ведь слюна хорошо испаряется.

Почему испаряющаяся слюна помогает слону в жару от перегрева? (При испарении внутренняя энергия тела уменьшается, а следовательно, уменьшается и температура тела.)

2. Шерсть у собак очень теплая, а потовых желез и коже практически нет (есть только на пальцах лап). Собаки никогда не потеют. Летом им становится особенно жарко. Чтобы охладить себя, собака широко раскрывает рот и высовывает язык. Слюна па языке, челюстях и небе начинает интенсивно испаряться, и температура тела понижается до нормальной.

Как хороший хозяин может помочь своей собаке и жару? (Искупать собаку, ей станет прохладней.)

Физические эксперименты

1. Наблюдение за скоростью испарения жидкостей.

Приборы и материалы: 3-4 различные жидкости (спирт, бензин, вода, масло), часы, фильтровальная бумага.

Задание: нанесите ровным слоем равные количества жидкостей на фильтровальную бумагу. Какие вещества испаряются быстрее? За какое время полностью испарялись жидкости? Сделайте вывод.

Жидкость	Время испарения, с
3. Спирт	100
2. Вода	300
3. Бензин	145

Вывод: удельная теплота парообразования минимальна у спирта, максимальна у воды.

2. Наблюдение за процессом кипения воды

Приборы и материалы: прозрачный сосуд с водой, термометр, часы.

Задание: наблюдайте за поведением воды при ее нагревании. Зарисуйте сосуд и происходящие изменения с жидкостью. Постройте график зависимости температуры жидкости от времени нагревания.

Этап наблюдения	Время наблюдения, с	Температура жидкости, °С	Схематический рисунок
1 2 3 4	30 60 90 120	50 85 95 100

Проверка знаний и умений.

Индивидуальные карточки-задания

1	2
1. Какое количество теплоты выделяется при конденсации 200 г водяного пара, имеющего температуру 100 °С, и дальнейшем охлаждении воды до 20 °С? (527,2 кДж.) 2. Воду нагрели с 30 °С и испарили. Какое количество теплоты на это пошло, если объем воды 2 л? (5,188 МДж.) 3. Как изменяется внутренняя энергия жидкости при испарении? ( Увеличивается.) 4. Медную деталь объемом 200 см3 нагрели от 10 до 50 °С. Какую энергию на это затратили? (28,5 кДж.) 5. 2 кг воды, взятой при 20 °С, превратили в пар с температурой 100 °С. Какую энергию на это затратили? (5,272 МДж.) 6. Сколько древесного угля нужно сжечь, чтобы нагреть 100 г воды на 50 °С? (0,78 г.)	1. Какое количество теплоты необходимо, чтобы из 5 кг льда, взятого при -10 °С, получить пар при 100 °С? (15,4 МДж.) 2. Сколько энергии выделяется при конденсации пара и последующем образовании 500 г воды с температурой 20 °С? (1,318 МДж.) 3. Как изменяется скорость молекул жидкости при испарении? (Увеличивается.) 4. Березовые дрова объемом 400 см3 сгорают в печи. Сколько энергии при этом выделяется? (2,8 МДж.) 5. 4 кг льда взяли при -20 °С и превратили в воду с температурой 0 °С. Какое количество теплоты при этом поглотилось? (1,52 МДж.) 6. Сколько воды при 100 °С можно испарить, если считать, что вся энергия, выделяемая при сгорании 100 г бензина, идет на этот процесс? (2 кг.)
3	4
1. Сколько энергии затратили на нагревание воды массой 400 г от 20 до 100 °С и образовании пара массой 100 г? (3,644 кДж.) 2. 300 г пара при температуре 100 °С превратили в воду с температурой 50 °С. Какая энергия при этом выделилась? (753 кДж.) 3. Изменяется ли температура жидкости при конденсации? (Не изменяется до полной конденсации.) 4. Воду массой 50 г нагрели от 10 до 25 °С. Какое количество теплоты на это пошло? (3,15 кДж.) 5.4 л воды, взятой при температуре 40 °С, превратили в пар с температурой 100 °С. Какое количество теплоты при этом поглощено водой? (10,2 МДж.) 6. Какую массу воды можно нагреть на 10 °С, если считать, что вся энергия, выделяющаяся при сжигании 100 г керосина, идет на этот процесс? (110 кг.)	1. 10 л воды, взятой при 10 °С, превратили в пар. Какая энергия на это потребовалась, если температура пара 100 °С? (26,78 МДж.) 2. Из 2 т воды, температура которой 20 °С, получили пар с температурой 120 °С. Какая энергия на это потребовалась? Удельная теплоемкость водяного пара 2 000 Дж/(кг·°С). (5,31 ГДж.) 3. От каких параметров зависит скорость испарения жидкости? (От площади поверхности жидкости, от температуры жидкости, от влажности воздуха, от внешних факторов (ветер), от рода жидкости.) 4. Какое количество теплоты необходимо, чтобы расплавить 400 г льда, имеющего температуру 0 °С? (136 кДж.) 5. 400 г спирта взяли при 10 °С и испарили. Какую энергию на это затратили? Температура кипения спирта 80 °С. (430 кДж.) 6. 100 г льда, взятого при 0 °С, бросили на плиту, и он испарился. Температура пара 100 °С. Какую энергию поглотил лед? (306 кДж.)

При решении этих задач считать условия нормальными.