DANE INFORMACYJNE Nazwa szkoły Gimnazjum nr 1 im. Królowej Jadwigi we Wschowie ID grupy

2. DANE INFORMACYJNE Nazwa szkoły Gimnazjum nr 1 im. Królowej Jadwigi we Wschowie ID grupy 98/87_mf_g2 Kompetencja Fizyka i matematyka Temat projektowy Zbadajmy zmiany stanów skupienia. Semestr/rok szkolny semestr IV / rok szkolny 2011/2012

3. 1. CZĘŚC TEORETYCZNA

4. Substancje występują w następujących stanach skupienia: stałym ciekłym gazowym (lotnym) plazma

5. Ciała stałe Mają określony kształt i objętość. W ciałach stałych atomy i cząsteczki są ciasno upakowane, stykają się ze sobą i mają ograniczoną możliwość wykonywania ruchów. Ciała stałe mają uporządkowaną budowę wewnętrzną. Wśród ciał stałych możemy rozróżnić ciała sprężyste (stal), kruche (szkło) i plastyczne (glina).

6. Ciecze Ciecze nie mają określonego kształtu (dostosowują się do kształtu naczynia), ale mają ustaloną objętość. Ciecz wypełnia naczynie do określonego poziomu.W cieczy atomy i cząsteczki znajdują się bardzo blisko siebie ale zajmują położenie w dużej mierze przypadkowe, które cały czas się zmieniają, bo atomy i cząsteczki w cieczy mają nieco swobody.

7. Gazy Gazy nie mają określonego kształtu ani objętości i wypełniają całe naczynie, do którego zostały wprowadzone.W gazach atomy i cząsteczki mają dużo miejsca, nie stykają się ze sobą i dlatego mogą się swobodnie poruszać. W gazach nie ma żadnego uporządkowania atomów czy cząsteczek. Istnieje pełen chaos. Atomy i cząsteczki gazu poruszają się chaotycznie, zderzając się tylko od czasu do czasu między sobą i ze ściankami zbiornika.

8. Plazma Silnie zjonizowany gaz, występują w niej neutralne cząsteczki, zjonizowane atomy oraz elektrony, jednak cała objętosc zajmowana przez plazmę z „globalnego” punktu widzenia jest obojętna. Uważa się ją za czwarty stan skupienia materii. Plazma przewodzi prąd elektryczny, a jej opór elektryczny, inaczej niż w przypadku metali, maleje ze wzrostem jej temperatury.

9. Ze względu na temperaturę plazmę dzieli się na: plazmę zimną (4000 – 30000 K) wytwarzaną w plazmotronach plazmę gorącą (powyżej 30000 K) występującą we wnętrzu gwiazd lub podczas wybuchów jądrowych

10. Wprowadzenie określenia plazmy przypisuje się amerykańskiemu fizyko-chemikowi, nobliście Irvingowi Langmuirowi w 1928 r.

11. Doświadczalny reaktor plazmowy

12. Zastosowania plazmy: lampy sodowe 104 kPa (niskociśnieniowe) lampy sodowe (wysokociśnieniowe) o pomarańczowym kolorze lampy ksenonowe, wyładowania impulsowe 106 kPa synteza jądrowa narzędzia chirurgiczne sterylizacja plazmowa wyświetlacze plazmowe teflon

13. Zmiany stanów skupienia

14. Topnienie Zjawisko fizyczne polegające na przejściu substancji ze stanu stałego w stan ciekły.Dla każdego idealnie czystego pierwiastka i większości związków chemicznych, przy określonym ciśnieniu można wyznaczyć jedną, ściśle określoną temperaturę topnienia, która zarazem jest też jej temperaturą krzepnięcia.

15. Krzepnięcie Proces przechodzenia ciała ze stanu ciekłego w stan stały. Krzepnięcie wielu substancji zachodzi w określonej temperaturze zwanej temperaturą krzepnięcia (dla wody 0 °C). W miejscu styku substancji w stanie stałym i stanie ciekłym w cieczy i w ciele stałym podczas krzepnięcia i topnienia jest taka sama temperatura zwana temperaturą topnienia.

16. Parowanie Proces przechodzenia cieczy w stan gazowy.

17. Czym różni się parowanie od wrzenia? parowanie wrzenie Parowanie zachodzi na powierzchni cieczy. Wrzenie natomiast odbywa się w całej objętości cieczy.

18. Skraplanie Zjawisko zmiany stanu skupienia, przejścia substancji z fazy gazowej w fazę ciekła. Niektóre gazy są trudne do skroplenia, gdyż dzieję się to w niskiej temperaturze.

19. Sublimacja Jest przemiana fazowa bezpośredniego przejścia ze stanu stałego w stan gazowy z pominięciem stanu ciekłego.

20. Resublimacja Jest to proces bezpośredniego przejścia substancji z fazy gazowej w fazę stałą (przejście fazowe).W wyniku resublimacji wody (pary wodnej) powstaje śnieg i szron.

21. Diagram fazowy ukazujący zależności ciśnienia od temperatury stanów równowagi faz

22. Temperatura a ciepło

23. Temperatura Jedna z podstawowych wielkości fizycznych w termodynamice, będąca miarą stopnia nagrzania ciał. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.

24. Jednostki temperatury Najczęściej używaną w Polsce jak i w wielu innych krajach jednostką temperatury są stopnie Celsjusza. Wzór do przeliczania temperatury w stopniach Celsjusza na temperaturę w kelwinach jest następujący: T = t + 273,15 K gdzie t jest w ⁰C. Kelwin jest główną jednostką w układzie SI. W USA w dalszym ciągu używa się stopni Fahrenheita. Wzór przeliczający temperaturę w stopniach Fahrenheita na temperaturę w stopniach Celsjusza: t = (°F − 32) /1,8 Wzór przeliczający temperaturę w stopniach Celsjusza na temperaturę w stopniach Fahrenheita: tF = (°C × 1.8) + 32

25. Ciepło Jeden z dwóch sposobów przekazywania energii wewnętrznej układowi termodynamicznemu. Jest to przekazywanie energii chaotycznego ruchu cząstek w zderzeniach cząstek tworzących te układy. Oznacza formę zmian energii, nie zaś jedną z form energii.

26. JEDNOSTKI ENERGIIw układzie SI jest dżul (1J) Inne jednostki: kilogramometr (kGm) 1kGm = 9,81 J kilowatogodzina (kWh) 1kWh = 3600000 J kaloria (cal) 1cal = 4,1855 J elektronowolt (eV) 1eV ~ 1,60217653 x 10-19 J erg 1erg = 10-7 J

27. Do pomiarów ilości ciepła służy kalorymetr.

28. Ciepło właściwe Ciepło właściwe – ciepło potrzebne do zwiększenia temperatury ciała o jednostkowej masie o jedną jednostkę gdzie ΔQ – dostarczone ciepło; m – masa ciała; ΔT – przyrost temperatury. W układzie SI jednostką ciepła właściwego jest:

29. Rozszerzalność cieplna ciał jako jedna z właściwości ciał. Rozszerzalność cieplna (rozszerzalność termiczna) – właściwość fizyczna ciał polegająca na zwiększaniu się ich długości (rozszerzalność liniowa) lub objętości (rozszerzalność objętościowa) w miarę wzrostu temperatury.

30. Do wykazania rozszerzalności ciał stałych służy dylatoskop.

31. Rozszerzalność cieplna jest własnością ciał i polega na zwiększaniu się rozmiarów ciał przy ogrzewaniu (wzroście temperatury budujących je materiałów). Z punktu widzenia techniki rozszerzalność może więc stanowic zjawisko bardzo niekorzystne dla człowieka. Błędne jest rozumowanie, według którego pod wpływem temperatury zwiększają swe objętości jedynie ciała stałe. Rozszerzanie termiczne obowiązuje także ciecze i gazy. Istnieją jednak istotne różnice w sposobie zwiększania rozmiarów ciał.

32. Skutki rozszerzalności cieplnej Ponieważ zmiany temperatury zachodzą niemal we wszystkich możliwych miejscach na całym obszarze kuli ziemskiej, mogą teoretycznie mieć wpływ na każdą dziedzinę gospodarki i życia ludzkiego i muszą być uwzględniane i szacowane. Dotyczy to zwłaszcza budownictwa i przemysłu. Zjawisko rozszerzalności trzeba poza tym uwzględniać w rozmaitych pracach inżynierskich i innych działaniach, gdzie elementy konstrukcyjne mają inne rozmiary latem i zimą oraz gdy obserwuje się duże wahania temperatury między nocą a dniem. Są jednak i sytuacje, gdzie rozszerzalność cieplna jest zjawiskiem bardzo korzystnym. Np. rozszerzalność cieczy (najczęściej zabarwionego alkoholu) wykorzystuje się do pomiaru temperatury w termometrach cieczowych.

33. Przewodnictwo cieplne- polega na przekazywaniu energii z ciał cieplejszych do ciał zimniejszych na skutek zderzeń elektronów i cząsteczek. Proces ten trwa dopóki cala nadwyżka energii kinetycznej nie rozejdzie się równomiernie po całym ciele. O tym czy ciało jest dobrym przewodnikiem decydują wiązania międzycząsteczkowe, dobre przewodniki maja luźno związane elektrony (srebro miedz glin żelazo), w izolatorach (drewno plastyk szkło papier) ze względu na brak swobodnych elektronów transport ciepła odbywa się przez zderzenia atomów z cząsteczkami, czyli wielokrotnie wolniej

34. PRZYKŁADY WYKORZYSTANIA ZMIANY STANÓW SKUPIENIA W GOSPODARCE, W ŻYCIU CODZIENNYM.

35. Obieg wody w przyrodzie opisuje istnienie i ruch wody na, w i ponad powierzchnią Ziemi. Woda na Ziemi jest w ciągłym ruchu i zmienia swoje formy, od stanu ciekłego, poprzez gazowy do stałego i na odwrót. Obieg wody trwa od miliardów lat i całe życie na Ziemi jest od niego zależne.

36. Rozdzielanie roztworów - destylacja Rozdzielanie ciekłej mieszaniny wieloskładnikowej poprzez odparowanie a następnie skroplenie jej składników. Stosuje się ją w celu wyizolowania lub oczyszczenia jednego lub więcej związków składowych.

37. Zestaw do destylacji 1. palnik 2. kolba 3. nasadka destylacyjna 4. termometr 5. chłodnica 6. oliwka wlotowa wody 7. oliwka wylotowa wody 8. odbieralnik 9. oliwka próżniowa (gazu obojętnego) 10. łącznik destylacyjny

38. Przechowywanie żywności zamrażanie suszenie

39. NAUKOWCY ZAJMUJĄCY SIĘ ZMIANĄ STANU SKUPIENIA

40. Pseudo - Geber (XII w.) Nieznany średniowieczny alchemik zwany pseudo-Geberem (XII w.) po raz pierwszy najdokładniej opisał proces sublimacji.

41. Paul Ehrenfest Paul Ehrenfest (ur. 18 stycznia 1880 r. w Wiedniu, zm. 25 września w Amsterdamie). Wniósł istotny wkład w mechanikę statystyczną i fizykę kwantową, w szczególności w teorię przejść fazowych.

42. Lew Dawidowicz Landau Lew Dawidowicz Landau (ur. 22 stycznia 1906 r. w Baku, zm. 1 kwietnia 1968 r. w Moskwie). Wybitny fizyk rosyjski. Był niezwykle wszechstronnym teoretykiem, zajmującym się m.in. fenomenami nadciekłości i nadprzewodnictwa, elektrodynamiką kwantową, fizyką jądrową i fizyką cząstek elementarnych. Otrzymał nagrodę Nobla z fizyki w 1962 r.

43. 2. CZĘŚC DOŚWIADCZALNA

44. Doświadczenie 1Obserwacja zmian stanów skupienia wosku Opis: W naczyniu umieszczaniu wosk i ogrzewamy. Po całkowitym stopieniu wyłączamy ogrzewanie. Obserwacje: W czasie ogrzewania wosk topi się, w wyniku czego powstaje klarowna ciecz. Po wyłączeniu ogrzewania, wosk w postaci cieczy krzepnie.

45. Doświadczenie 2Zmiany stanów skupienia wody. Opis: Zaczynamy od ogrzewania lodu i ogrzewamy tak długo, aż powstanie para wodna. Obserwacje: W chwili, gdy lód zaczyna się topić, na termometrze obserwujemy temperaturę 0⁰C, która utrzymuje się tak długo, aż cały lód ulegnie stopieniu. To samo obserwujemy podczas parowania – temperatura 100⁰C ciecz zaczyna wrzeć a temperatura utrzymuje się tak długo, aż cała ciecz przejdzie w stan pary wodnej.

46. Krzywa ogrzewania

47. Wnioski: Podczas topnienia temperatura nie wzrasta, ponieważ całe dostarczone ciepło jest zużywane na pokonanie sił wzajemnego przyciągania i umożliwienie drobinom swobodnego ruchu. Podczas wrzenia temperatura nie zmienia się, gdyż drobiny cieczy zużywają całe dostarczone ciepło na pokonanie sił wzajemnego przyciągania i uzyskania swobody ruchu.

48. Wnioski wynikające z doświadczenia 1 i 2 Większość ciał stałych pod wpływem odpowiedniej temperatury – temperatury topnienia – zmienia swój stan skupienia na ciekły (topnienie). Temperatury topnienia są różne dla różnych substancji. Zmiana stanu skupienia wymaga dużej ilości energii, dlatego cała dostarczona energia, po ogrzaniu do temperatury topnienia została zużyta na topnienie.

49. Tabela temperatur topnienia różnych substancji

50. Doświadczenie 3Parowanie cieczy Opis: Do dwóch naczyń wlewamy wodę. Do jednego z nich wsypujemy sól kuchenną. Obie ciecze równocześnie ogrzewamy.