DANE INFORMACYJNE

2. DANE INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Zespół Szkół w Brzeźnicy ID grupy: 98/36_MF_G1 Kompetencja: Matematyka i Fizyka Temat projektowy: Zmiany stanu skupienia materii. Semestr/rok szkolny: semestr I 2011 r.

3. Jednostki miary • Jednostka (jednostka miary, miano), wartość danej wielkości przyjęta jako mająca wartość liczbową równą jedności. Jednostka miary służy do ilościowego wyrażenia (porównywania) wartości tej samej wielkości. • Jednostkom zazwyczaj nadaje się nazwy np. jednostką masy jest kilogram (kg), jednostki niektórych wielkości nie mają nazwy np. jednostką prędkości jest metr na sekundę (m/s). • Zestawienia jednostek różnych wielkości, to układy • jednostek. Obecnie obowiązującym w większości • państw świata jest układ SI • W układach jednostek wyróżnia się jednostki miar : podstawowe - zdefiniowane przez opis doświadczenia umożliwiającego wybór określonej wartości tej wielkości, np. metr w układzie SI,

4. Co to jest układ SI ?? Układ SI to międzynarodowy układ jednostek miar zatwierdzony w 1960 r. przez Generalną Konferencję miar. Jest stworzony w oparciu o metryczny system miar. Jednostki w układzie SI dzielą się na podstawowe i pochodne. W Polsce układ ten obowiązuje od 1966 r. Obecnie jest używany przez wszystkie kraje świata z wyjątkiem USA, Liberii i Birmy. Układ SI powstał za starego układu MKS. Obecnie układ SI zawiera 7 jednostek podstawowych: - metr (m)  długość - kilogram (kg)  masa - sekunda (s)  czas - amper (A) natężenie prądu elektrycznego - kelwin (K)  temperatura - kandela (cd)  natężenie światła, światłość - mol (mol)  liczność materii

5. Warto wiedzieć!

6. Co to stan skupienia materii. • Stan skupienia materii podstawowa forma, w jakiej występuje substancja określająca jej podstawowe własności fizyczne. Własności substancji wynikają z układu oraz zachowania cząsteczektworzących daną substancję. Bardziej precyzyjnym określeniem form występowania substancji jest faza materii.

7. Podział stanów skupienia

8. Stały (ciało stałe) • substancja w tym stanie ma w ustalonych warunkach określony kształt i objętość, a poddana działaniu niewielkich sił zewnętrznych (mniejszych od granicy sprężystości ciała stałego) nie odkształca się trwale; z tymi właściwościami wiąże się też mała ściśliwość ciał stałych. Rozróżnia się krystaliczne i bezpostaciowe ciała stałe.

9. ustalony kształt i objętość • uporządkowanie dalekiego zasięgu • oddziaływania harmoniczne

10. Ciekły (ciecz) • stan pośredni między stanem gazowym i stałym. Substancja w tym stanie nie ma własnego kształtu, a przyjmuje kształt naczynia, w którym jest umieszczona, wypełniając go do pewnego poziomu; tworzy się przy tym (na granicy z fazą gazową) powierzchnia swobodna cieczy. Ciecz poddana działaniu sił zewnętrznych zachowuje zwykle swoją objętość (odznacza się małą ściśliwością). Wykazuje uporządkowanie bliskiego zasięgu, największe w pobliżu temperatury krzepnięcia i szybko zmniejszające się ze wzrostem temperatury. Odległości międzycząsteczkowe w cieczy są bliskie odległościom w ciałach stałych

11. słabo ściśliwe • uporządkowanie bliskiego zasięgu • tworzą powierzchnię swobodna

12. Lotny (gaz) • Substancja w tym stanie nie ma ustalonego kształtu i objętości (zajmuje całą dostępną objętość, nie tworząc powierzchni swobodnej); poddana działaniu sił zewnętrznych łatwo zmienia objętość (wykazuje dużą ściśliwość). Cząsteczki (atomy) w gazie słabo oddziałują między sobą, poruszając się swobodnie w przestrzeni. Pod względem właściwości gazy są izotropowe.

13. cząsteczki poruszają się swobodnie • oddziaływanie jedynie w wyniku zderzeń • duża ściśliwość

14. Zmiany stanów skupienia

15. Topnienie • Topnienie- przechodzenie substancji ze stanu stałego w stan ciekły. Energia dostarczana do ciała stałego powoduje pokonanie sił wiążących między cząsteczkami ciała stałego.

16. Doświadczenie zTopnieniem W celu poznania temperatury zmiany skupienia naftaliny wykonaliśmy następujące doświadczenie. Do blaszanego naczynia ostrożnie włożyliśmy parę gramów naftaliny i zaczęliśmy podgrzewać. Zapisując wyniki mierzone w odstępach co 30sek. Powstał nam wykres, który pokazuje nam wzrost temperatury Wraz z czasem ogrzewania naftaliny.

17. Krzepnięcie • Krzepnięcie- przechodzenie cieczy w stan stały. Energia oddawana przez ciecz powoduje zmniejszenie prędkości cząsteczek, a siły przyciągania łączą je w ciało stałe.

18. Doświadczenie z Krzepnięciem Wodę wlaliśmy do naczynia a następnie naczynie z wodą wstawiliśmy do drugiego naczynia wyłożonego lodem lub ciekłym azotem. W zależności od chłodzenia woda zamarzała w różnym czasie.

19. Parowanie • Parowanie- przechodzenie cieczy w stan gazowy. Energia dostarczana do cieczy pokonuje siły przyciągania między cząsteczkami.

20. Doświadczenie z Parowaniem W celu poznania szybkości parowania wody więc wykonaliśmy następujące doświadczenie: Do metalowego kubka włożyliśmy kostkę lodu aby zbadać jak szybko nastąpi topnienie. Najpierw podpaliliśmy denaturat potem czujnikiem mierzyliśmy temperaturę co pół minuty, następnie zapisywaliśmy obserwacje.

21. Skraplanie • Skraplanie-przechodzenie gazu w stan ciekły. Ochłodzony gaz oddaje energię, zmniejsza się prędkość cząsteczek, siły przyciągania zbliżają cząsteczki.

22. Doświadczenie zSkraplaniem Podgrzaliśmy wodę do momentu wrzenia a następnie położyliśmy chłodną blaszkę i obserwowaliśmy jak się skrapla para wodna.

23. Sublimacja • Sublimacja- bezpośrednie przechodzenie substancji ze stanu stałego w gazowy z pominięciem stanu ciekłego.

24. Doświadczenie zSublimacją W celu uzyskania pary wodnej z lodu podgrzaliśmy metalową płytkę do czerwoności. Następnie kawałek lodu upuściliśmy z bezpiecznej odległości. Spowodowało to uwolnienie uwolnienie pary wodnej .

25. Resublimacja • Resublimacja- bezpośrednie przechodzenie substancji ze stanu gazowego w stały z pominięciem stanu ciekłego.

26. Doświadczenie z Resublimacją Korzystając z pary pod ciśnieniem wtłoczyliśmy ją do szklanej rurki zanurzonej w ciekłym azocie.

27. Zmiany stanu skupienia wykorzystywane przez człowieka Zmiany stanu skupienia wykorzystane w gospodarce. Zmiany stanu skupienia są wykorzystane przy produkcji między innymi: *szkła – przy łączeniu jego składników wykorzystuje się podgrzewanie składników c celu połączenia, *lodów- po przez zmianę stanu skupienia wody, *stopów metali- po przez wytapianie z ród metali, *dezodorantów- sprężanie gazów, Zmiany stanów skupienia wykorzystywane w gospodarce pomagają nam w produkcji przedmiotów codziennego użytku. W domu wykorzystujesz je między innymi przy: *pieczeniu jajecznicy, *słodzeniu herbaty.

28. Ciepło i temperatura

30. Ciepło w termodynamice to forma przekazywania energii termicznej. Relacja między energią termiczną a ciepłem jest taka sama jak między pracą i energią w mechanice. Cieplnym odpowiednikiem określenia "wykonanie pracy na układzie" jest określenie "wystąpienie przepływu ciepła".

31. Ciepło przepływa między ciałami, które znajdują się w stosunku do siebie w nierównowadze termicznej, zwykle wtedy, gdy posiadają one różną temperaturę. W niektórych, szczególnych przypadkach może ono jednak także przepływać między ciałami o tej samej temperaturze.Czasami, przez ciepło rozumie się odczucie zadowolenia z przystosowania się organizmu do aktualnych warunków termicznych otoczenia. Naukowo to odczucie nazywa się komfortem cieplnym

32. Jednostką ciepła w układzie SI jest dżul. W innych układach jednostek wyrażana jest przez kalorie, ergi i inne. Tradycyjnie, we wzorach fizycznych, ciepło oznacza się literą Q.

33. Wzory

34. W termodynamice klasycznej ciepłem jest zmiana energii wewnętrznej układu nie powodująca wykonania pracy makroskopowej. Zgodnie z I zasadą termodynamiki w układzie zamkniętym ciepło dopływające do układu zmienia energię wewnętrzną lub powoduje wykonie pracy przez układ • gdzie: Wu – praca wykonana przez układ nad otoczeniem.

35. Przepływ energii będący ciepłem zmienia entropię układu. Dla procesów zachodzących w stałej temperaturze zmianę entropii określa poniższy wzór, przy czym równość zachodzi dla procesów odwracalnych, a nierówność dla procesów nieodwracalnych:

36. Niewielką zmianę entropii wywołaną przepływem ciepła opisuje wzór

37. Procentowy przepływ energii

38. Temperatura– jedna z podstawowych wielkości fizycznych w termodynamice, będąca miarą stopnia nagrzania ciał. Temperaturę można ściśle zdefiniować tylko dla stanów równowagi termodynamicznej, bowiem z termodynamicznego punktu widzenia jest ona wielkością reprezentującą wspólną własność dwóch układów pozostających w równowadze ze sobą. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.

39. Temperatura jest miarą stanu cieplnego danego ciała. Jeśli dwa ciała mają tę samą temperaturę, to w bezpośrednim kontakcie nie przekazują sobie ciepła, gdy zaś temperatura obu ciał jest różna, to następuje przekazywanie ciepła z ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej – aż do wyrównania się temperatury obu ciał.

40. Skale historyczne Pierwsi konstruktorzy termometrów i skal temperatury opierali swe skale na znanych im zjawiskach, najczęściej przyjmowano, że zmiana temperatury jest proporcjonalna do zmiany objętości cieczy (alkoholu, rtęci). W skalach tych, jako punkty odniesienia, przyjmowano wartości temperatury dwóch zjawisk zachodzących w dobrze określonych warunkach. W skali Celsjusza przyjmuje się, że 0 °C odpowiada temperaturze zamarzania wody, a 100 °C, to temperatura wody wrzącej pod normalnym ciśnieniem (choć Celsjusz pierwotnie przyjmował odwrotnie). W tak skonstruowanych skalach mogą występować wartości ujemne temperatury.

41. Przeliczanie jednostek temperatur

42. Wzór do przeliczania temperatury w stopniach Celsjusza na temperaturę w kelwinach jest następujący: • gdzie t jest w °C.

43. Wzór przeliczający temperaturę w stopniach Fahrenheita na temperaturę w stopniach Celsjusza:

44. Wzór przeliczający temperaturę w stopniach Celsjusza na temperaturę w stopniach Fahrenheita:

45. ZADANIA

46. Zadanie 2. Przelicz podane wielkości na jednostki układu SI. Dla kajaka: Masa - 37 000 g = Długość - 485 cm = Szerokość 850 mm = Dla motorówki: Masa - 0,337 t = Długość - 42,5 dm = Szerokość - 0,0018 km = Układ SI - Tabela obecnie obowiązującego układu jednostki Rozwiązanie: Masa - 37 000 g = 37 kg Długość - 485 cm = 4,85 m Szerokość 850 mm = 0,85 m Dla motorówki: Masa - 0,337 t = 337 kg Długość - 42,5 dm = 4,35 m Szerokość - 0,0018 km = 1,8m

47. Wykres przedstawiający zależność temperatury do ciepła.

48. Jaka to substancja? Naukowcy badali własności temperaturowe pewnej substancji. Wykres przedstawia zależność temperatury od dostarczonego ciepła dla 1 kg badanej substancji. Na podstawie informacji odczytanych z wykresu wykonaj następujące polecenia. Zad.1 Podaj wartość temperatury topnienia badanej substancji. Zad.2 Podaj wartość temperatury wrzenia badanej substancji. Zad.3 Określ ile ciepła należy dostarczyć aby stopić 1 kg tej substancji. Przyjmij, że temperatura tej substancji wynosi 100 stopni Celcjusza. Zad.4 Oblicz ciepło parowania tej substancji. Zad.5 Oblicz ciepło właściwe tej substancji w stanie stałym. Zad.6 Oblicz ciepło właściwe tej substancji w stanie ciekłym. Zad.7 Określ ile ciepła należy dostarczyć aby zwiększyć o 15 stopni Celcjusza temperaturę 1 kg tej substancji w stanie lotnym. Zad.8 Oblicz ile ciepła należałoby dostarczyć do tej substancji o masie 2 kg, aby zwiększyć jej temperaturę od 50 stopni Celcjusza do 260 stopni Celcjusza.  Zad.9* Oblicz jaką masę tej substancji o temperaturze początkowej 50 stopni Celcjusza można by stopić, dostarczając 300 kJ ciepła.

49. Rozwiązanie:   Zad.1 Wartość temperatury topnienia badanej substancji wynosi 100 stopni C Zad.2 Wartość temperatury wrzenia badanej substancji wynosi 340 stopni C Zad.3 140kJ-40kJ=100kJ-ciepło topnienia Zad.4 p=Q/m -ciepło parowania cp=50kJ:1kg=50kJ/kg Zad.5 c=Q/mΔt c=40000J/1kg·100⁰C c=400J/kg⁰C Zad.6 c=30000J/1kg·240⁰C c=125J/kg⁰C Zad.7 około 4kJ Zad.8 w 50⁰C substancja jest w stanie stałym,a w 260⁰ w stanie ciekłym.Najpierw musimy dostarczyć ciepło,żeby doprowadzić ją do temp.topnienia,później musimy ja stopić i ogrzać d0 260⁰ Q=Q₁+Q₂+Q₃ Q₁=mcΔt Δt=100-50=50⁰C Q₁=2kg·400J/kg⁰C·50⁰C=40000J=40kJ Q₂=ct·m Q₂=100kJ/kg·2kg=200kJ Q₃=mcΔt c-ciepło właściwe cieczy Δt=260-100=160⁰C Q₃=2kg·125J/kg⁰C·160⁰C Q₃=40000J=40kJ Q=480kJ Zad.9 Q=300kJ Q=Q₁+Q₂ Q₁=40kJ -poprzednie zadanie Q₂=ctm Q-Q₁=ctm m=(Q-Q₁/ct m=260kJ:100kJ/kg m=2,6kg

50. GALERIA