Испарение и конденсация - Изменение агрегатных состояний вещества

Цели: дать учащимся знания об особенностях физических процессов перехода вещества из жидкого состояния в газообразное и наоборот; рассмотреть энергетические изменения в процессах парообразования и конденсации.

Демонстрации: охлаждение жидкости при испарении; зависимость скорости испарения от площади свободной поверхности; температуры; движения воздуха; устройство и работа психрометра.

Ход урока

I. Повторение. Проверка домашнего задания

Начало урока можно посвятить короткому комментарию по решению домашних задач. Если по решению задач возникли вопросы, следует привести подробные ответы, а затем приступать к объяснению нового материала.

II. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Физический смысл процесса испарения.

2. От чего зависит скорость испарения?

3. Процесс конденсации.

4. Значение процесса испарения в быту и технике.

5. Строение и использование психрометра.

1. Существует два вида перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое, которые в нашей жизни занимают очень важное место. Это - парообразование и конденсация.

Под парообразованием, или испарением, понимают процесс перехода из жидкого состояния в парообразное с поверхности жидкости.

Важно понять физическое содержание этого процесса. От поверхности жидкости могут оторваться только молекулы, имеющие очень большую скорость. Это позволяет им преодолеть силы притяжения с молекулами нижних слоев. Таким образом, жидкость покидают самые «энергетичные» молекулы, а в жидкости остаются молекулы, которые движутся с меньшими скоростями. Поэтому при испарении внутренняя энергия жидкости уменьшается.

Молекулы, которые покинули жидкость и ушли в воздух, образуют пар.

Очевидно, что жидкость при испарении в реальной среде не может замерзнуть, так как она забирает энергию из этой среды, и скорость испарения при постоянной температуре среды примерно постоянная.

2. От чего же зависит скорость испарения?

Во-первых, от рода жидкости: там, где сила притяжения между молекулами жидкости меньше, скорость испарения выше. Если потереть руку ваткой, смоченной водой, а затем эфиром, ощущение холода будет больше от действия эфира, ибо он испаряется быстрее, и отбор тепла с поверхности кожи выше. Во-вторых, от температуры жидкости: чем выше температура жидкости, тем больше молекул со скоростями, достаточными для ухода с поверхности жидкости в воздух.

В-третьих, от площади свободной поверхности жидкости.

В-четвертых, от наличия ветра над свободной поверхностью жидкости. Отдельные молекулы жидкости, попавшие в воздух, могут упасть обратно в жидкость, но если есть ветер, то он снесет эти молекулы в сторону.

3. Одновременно с испарением происходит переход молекул из пара в жидкость - конденсация. Как правило, конденсация происходит на поверхности жидкого или твердого тела или требует наличия в газе центров конденсации. Их роль могут играть различные примеси или пылинки.

Конденсация пара сопровождается выделением энергии.

Конденсацией пара объясняется образование облаков, выпадение росы.

4. Говоря о практическом применении явлений испарения и конденсации, можно отметить, что быстроиспаряющиеся жидкости нашли применение в работе холодильного оборудования. В жарких странах принято хранить воду в глиняных кувшинах: вода в них всегда прохладная, Так как происходит постоянное ее испарение через стенки сосуда, а так как глина плохо проводит тепло, теплообмен с окружающей средой слаб.

При поездке в поезде летом очень просто получить из теплой воды достаточно холодную. Для этого бутылку с водой можно завернуть в сырую марлю и выставить в окно движущегося поезда. Через 15-20 минут вода будет холодной.

5. Влажность воздуха играет большую роль в жизни растений и живых организмов. Поэтому нужно уметь определять влажность. Прибор, который может измерить относительную влажность, называется психрометр (от греческого «psychros» - холодный).

Учитель демонстрирует работу лабораторного психрометра, объясняет его устройство и способ действия. Психрометр состоит из двух термометров: один термометр сухой, а другой - влажный.

За счет испарения показания влажного термометра почти всегда ниже, чем у сухого. Найдя разность температур Δt = t_с – t_вл и используя психрометрическую таблицу, легко найти относительную влажность.

Например: t_c = 22 °С, t_вл = 16 °С. Тогда Δt = t_c - t_вл = 6 °С.

По таблице 14 (учебник, с. 154) находим, что влажность воздуха равна 54%.

Чем выше влажность, тем скорость испарения меньше, поэтому и разность Δt = t_с – t_вл тоже меньше.

Если влажность воздуха равна 100%, то испарения нет, и t_с = t_вл.

Существуют и другие приборы для измерения влажности воздуха. К ним можно отнести волосяной гигрометр. Его работа основана на заметном изменении длины обезжиренного человеческого волоса при изменении влажности воздуха.

III. Закрепление изученного

С целью закрепления материала можно провести беседу-опрос по изученной теме:

- Почему испарение жидкости происходит при любой температуре?

- Против каких сил совершают работу молекулы, вылетающие из жидкости при испарении?

- Как можно объяснить, что при одних и тех же условиях одни жидкости испаряются быстрее, а другие - медленнее?

- Какие явления природы объясняются конденсацией пара? Приведите примеры.

- Почему мокрое белье на ветру сохнет быстрее?

Домашнее задание

1. § 16-17 учебника.

2. Желающие ученики могут подготовить к следующему уроку доклады о практическом использовании процесса испарения в быту и технике.

3. Упражнение 9.

4. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 1103-1105.