Nazwa szkoły: Zespół Szkół Chemicznych w Poznaniu ID grupy: 97/39_MF_G2 Opiekun: Anna Nowak

2. Nazwa szkoły: Zespół Szkół Chemicznych w Poznaniu • ID grupy: 97/39_MF_G2 • Opiekun: Anna Nowak • Kompetencja: matematyczno- fizyczna • Temat projektowy: Ciecz • Semestr/rok szkolny: Semestr II 2010/2011

3. CIECZJeden ze stanów skupienia materii

4. DEFINICJA CIECZY Stan skupienia materii, pośredni między ciałem stałym a gazem, w którym ciało fizyczne trudno zmienia objętość, a łatwo zmienia kształt. Wskutek tego ciecz przyjmuje kształt naczynia, w którym się znajduje, ale w przeciwieństwie do gazu nie rozszerza się, aby wypełnić je całe.

5. WŁAŚCIWOŚCI CIECZY WYNIKAJĄCE Z ZACHOWANIA SIĘ JEJ CZĄSTECZEK *podobnie jak w gazie, mają one pełną swobodę przemieszczania się w objętości zajmowanej przez ciecz. *występują między nimi oddziaływania międzycząsteczkowe, które się jednak w obrębie objętości cieczy znoszą nawzajem. * oddziaływania międzycząsteczkowe nie znoszą się na granicy cieczy z inną fazą na skutek czego występuje zjawisko zwane napięciem powierzchniowym

6. RODZAJE CIECZY

7. CIECZ IDEALNA Charakteryzuje się stałą gęstością i brakiem lepkości, tzn.: ρ = const i μ = 0 W teoretycznych rozważaniach hydromechaniki przyjmuje się następującą hipotezę ośrodka ciągłego: gdy z rozpatrywanej przestrzeni wypełnionej cieczą wyodrębniona objętość kontrolna maleje do wielkości nieskończenie małej, cechy zawartej w niej cieczy nie zmieniają się. Pozwala to opisywać właściwości cieczy funkcją ciągłą i określać ich wartości w wybranym punkcie.

8. CIECZ PRZECHŁODZONA Ciało istniejące w stanie ciekłym poniżej temperatury krzepnięcia. "Typowa" ciecz powinna teoretycznie przejść w ciało krystaliczne w temperaturze krzepnięcia. Krystalizacja jest jednak procesem wymagającym odpowiednich warunków i przeważnie musi być ona w jakiś sposób zainicjowana. Ponadto proces ten nie przebiega zwykle natychmiastowo, tylko wymaga czasu. Wszystko to umożliwia uzyskanie cieczy przechłodzonej. Przykładem takiej substancji może być tiosiarczan sodu, który jest wykorzystywany przy produkcji ogrzewaczy dłoni.

9. OTRZYMYWANIE CIECZY PRZECHŁODZONEJ • Bardzo powolne ochładzanie czystej cieczy w naczyniu o gładkich ściankach, przy braku drgań i wstrząsów mechanicznych • Bardzo szybkie ochładzanie (tak szybkie, że substancja "nie zdąży" skrystalizować) - w ten sposób można uzyskać ciecz przechłodzoną, nawet gdy jest ona silnie zanieczyszczona.

10. CIECZ BORDOSKA Fungicyd (środek grzybobójczy) nieorganiczny, mieszanina roztworu siarczanu miedzi z mlekiem wapiennym. Prawidłowo przygotowana ciecz bordoska ma kolor jasnoniebieski. Jest preparatem nietrwałym, już w ciągu jednego dnia przechodzi ze stanu koloidalnego w stan krystaliczny, tracąc właściwości grzybobójcze.

11. Obecnie wycofuje się ją z użycia ze względu na kłopotliwy sposób przygotowywania oraz możliwość fitotoksycznego działania na liczne rośliny uprawne. W wielu krajach pozostaje jednak nadal podstawowym fungicydem do zwalczania mączniaka rzekomego winorośli. Zaletą cieczy bordoskiej jest powolny rozkład osadu pokrywającego pow. rośliny, co zapewnia długotrwałe i skuteczne działanie ochronne.

12. CIECZ NIENEWTONOWSKA Jest mieszaniną wody i mąki ziemniaczanej lub kukurydzianej. Pod wpływem siły, zamienia się w twarde ciasto, delikatnie trzymana spływa między palcami. Próbuję przebić się pięścią do dna naczynia - niewykonalne. Delikatnie układam dłoń na powierzchni - ręka zapada się bez trudu, do samego dna.

13. Newton założył, że wszystkie ciecze mają te same właściwości. Założenie było błędne, bowiem dotyczy tylko cieczy klasycznych. Ciecz nienewtonowska, jeśli używać wobec niej siły, energii kinetycznej, nabiera właściwości ciała stałego. Kiedy nią obracam, zachowuje się jak ciasto, za chwilę jednak stanie się znów cieczą. Jeśliby wypełnić tą cieczą basen, można by było po nim przebiec albo energicznie przemaszerować. Wykorzystywano to w filmach.

14. MAGNETYCZNA CIECZ DO BADANIA WZROKU Kropelka magnetycznej cieczy zamknięta wraz z odrobiną materiału, z którego robi się ciekłe soczewki pozwala na bardzo precyzyjną kontrolę krzywizny ciekłej soczewki za pomocą zwykłego magnesu. Proces ten może być przydatny w wielu dziedzinach życia, od aparatów do badania wzroku, do zdalnych układów sterujących dawkami zażywanych leków czy też mikroskopijnych pomp nieposiadających ruchomych elementów.

15. Ciecz magnetyczna to zawiesina ferromagnetycznych nanocząstek, które pod wpływem przyłożonego zewnętrznego pola magnetycznego przemieszczają się. Dzięki tej cesze, możliwe jest precyzyjne kierowanie ruchem cieczy za pomocą pola magnetycznego i to zdalnie - bez konieczności bezpośredniego kontaktu z cząsteczkami.

16. Nazwa szkoły: II LO w Wałczu • ID grupy: 97/49_MF_G1 • Opiekun: Marek Chmara • Kompetencja: matematyczno- fizyczna • Temat projektowy: AS_TK090 Ciecz - jeden ze stanów skupienia • Semestr/rok szkolny: Semestr II 2010/2011

17. ZAGADKI z wodą w tle 1. Dlaczego przy dużym mrozie lód na jeziorze strzela ? 2. Z jakiej największej głębokości może podnieść wodę tzw. pompa ssąca ? 3. W jakiej temperaturze woda osiąga największą gęstość ? 4. Co robi fizyk na łyżwach? 5. Co ma wspólnego napięcie powierzchniowe z elektrycznym ? 6. Skąd pochodzi energia poruszająca elektrownię wodną ? 7. W jaki sposób zwiększyć wilgotność względną powietrza(rosa, szron, gołoledź) ? 8. Dlaczego krupnik na talerzu stygnie wolniej niż czysty barszcz ? 9. Jak to się dzieje, że blaszany lub porcelanowy krążek, umieszczony na dnie garnka z mlekiem chroni je przed wykipieniem ?

18. ZAGADKI wodą w tle Jak to się dzieje, że blaszany lub porcelanowy krążek, umieszczony na dnie garnka z mlekiem chroni je przed wykipieniem ? Tłuszcz w chłodnym mleku nie oddziela się od reszty płynu, lecz tworzy emulsję. Jego małe kropelki pływają w całej objętości otoczone przez cząsteczki kazeiny (głównego białka w nabiale). Gdy temperatura mleka rośnie, kazeina zmienia swój kształt i uwalnia tłuszcz, który zbiera się na powierzchni. Natomiast pozostała pod nim woda, gdy osiągnie sto stopni Celsjusza, przechodzi w stan gazowy i stara się wyparować. Pojedyncze bąbelki szukają drogi ucieczki z mleka, ale na ich drodze staje bariera z tłuszczu i białek. Jedynie niektórym udaje się uwolnić przy ściankach garnka. Większość gromadzi się pod tłuszczowym kożuchem. Gdy całe mleko zaczyna wrzeć, ciśnienie zgromadzonej pary jest tak duże, że w końcu przerywa barierę i w mgnieniu oka powstaje gęsta piana. Chwila naszej nieuwagi kończy się szorowaniem kuchenki. Jeżeli na dnie garnka ułożymy krążek z zagiętymi ku dołowi krawędziami (np. dekiel, pokrywka) pęcherzyki wrzącego mleka zatrzymają się pod nim połączą w duży pęcherz. Gdy taki duży pęcherz wymknie się spod krążka , mknie ku górze znacznie szybciej niż małe pęcherzyki -dogania i wchłania małe zmniejszając tendencję do pienienia i kipienia mleka. Dodatkowo taki krążek na dnie co pewien czas się porusza poprawiając mieszanie mleka przy dnie (zapobiega przywieraniu do dna cząstek stałych) co przeciwdziała przypalaniu mleka.

19. ZAGADKI wodą w tle Dlaczego krupnik na talerzu stygnie wolniej niż czysty barszcz? Stygnięcie zupy na talerzu polega (poza parowaniem) na odpływie ciepła z talerza do chłodniejszego otoczenia głównie do powietrza przez powierzchnię. Intensywność tego ruchu ciepła zależy od różnicy temperatur płynu i powietrza. Barszcz jest rzadki i jego górna warstwa ochłodzona powietrzem staje się cięższa niż reszta gorącego płynu i opada na dno. Na to miejsce wypływa na wierzch gorętsza część zupy i tak ruch zwany konwekcją utrzymywany jest istniejącą różnicą temperatur. Krupnik jest gęsty i zjawisko konwekcji jest w nim znacznie, znacznie wolniejsze - zatem stygnie wolniej.

20. ZAGADKI wodą w tle W jaki sposób zwiększyć wilgotność względną powietrza (rosa, szron, gołoledź) ? Wilgotność względna powietrza może wzrosnąć bądź wskutek zwiększenia się bezwzględnej ilości pary wodnej zawartej w powietrzu (parowanie) bądź wskutek oziębienia się powietrza. Ta sama ilość pary wodnej w 1 cm3 powietrza może przy różnych temperaturach "dawać" powietrze "suche" lub wytworzyć stan nasycony umożliwiający kondensację i wydzielanie się kropelek ( mgły,chmuritp) Do kondensacji pary wodnej niezbędne są jądra kondensacji (nppyłki,zanieczyszczenia). Np podpalenie stepu wywołuje silny prąd wstępujący zawierający jądra kondensacji i w rezulatcie pojawiają się chmury deszczowe. Gołoledź-tworzy się wtedy gdy krople wody zetkną się z zimną powierzchnią Ziemi lub przedmiotów (poniżej 0 ). Szron- powstaje gdy w czasie mrozu zawarta w powietrzu para wodna na skutek ochładzania osiąga stan nasycenia. Ochłodzenie/przesycenie to może nastąpić wskutek zetknięcia wilgotnego powietrza z chłodniejszymi przedmiotami. Rosa- powstaje, gdy powierzchnia Ziemi, roślinności (trawa, liście) i powietrza stykającego się z nimi oziębi się do temperatury punktu rosy w czasie nocnego wypromieniowania, powodując skroplenie się zawartej w powietrzu pary wodnej. Najczęściej zjawisko to występuje podczas bezwietrznej i bezchmurnej pogody.

21. ZAGADKI wodą w tle Skąd pochodzi energia poruszająca elektrownię wodną? W elektrowniach wodnych dokonuje się zamiana energii potencjalnej spadającej wody na energię elektryczną. Woda zaś nabywa swą energię rozpoczynając proces od parowania z wód oceanów, jezior itp następnie w chmurach ulega skropleniu i trafia do rzek a te swą energią napędzają łopatki turbin elektrowni. Elektrownie wodne można podzielić na elektrownie przepływowe produkujące energię elektryczną oraz elektrownie szczytowo-pompowe, które służą głównie do magazynowania energii elektrycznej wyprodukowanej w inny sposób. Największą elektrownią wodną na świecie jest wybudowana w 1983 roku elektrownia na zaporze Itaipu na Paranie na granicy państw Brazylii i Paragwaju. Elektrownia ma maksymalną moc 12,6 GW a produkuje rocznie 93,4 TWh energii. Nieco mniejsze są: Zapora Trzech Przełomów na rzece Jangcy w Chinach i Guri, Raul Leoni na rzece Caroní w Wenezueli (10,06 GW). Największą budowaną zaporą z hydroelektrownią jest budowana w Chinach Zapora Trzech Przełomów. Budowę zapory ukończono 20 maja 2006 r., elektrownia już częściowo pracuje, ale trwa jeszcze napełnianie zbiornika i wyposażanie elektrowni. Ukończenie jest planowane na rok 2009. Po ukończeniu 26 generatorów o łącznej mocy 18,2 GW ma produkować rocznie około 84,7 TWh (terawatogodzin) energii.

22. ZAGADKI wodą w tle Co ma wspólnego napięcie powierzchniowe z elektrycznym? Siły napięcia powierzchniowego wpływają na kształt swobodnej (niestykającej się ze ściankami naczynia) powierzchni cieczy, przy czym na ogół współistnieją przy tym z innymi siłami. Współistnienie sił napięcia powierzchniowego, grawitacji i sił aerodynamicznych nadaje kształt spadającym w powietrzu kroplom deszczu. Pod nieobecność dodatkowych sił (np. w warunkach nieważkości), nieruchoma kropla cieczy (niezależnie od wielkości) przybrałaby kształt kuli, gdyż spośród wszystkich możliwych brył charakteryzuje się on najmniejszym możliwym stosunkiem powierzchni bocznej do objętości. Napięcie powierzchniowe wyraża sie pracą ,jaką można uzyskać zmniejszając powierzchnię cieczy o 1 cm2. Napięcie elektryczne między dwoma punktami (różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego) - wyraża się ilością pracy, jaką trzeba wykonać aby przenieść jednostkowy ładunek elektryczny z jednego punktu do drugiego (w polu elektrostatycznym jakiegoś innego ładunku) . Między dwoma pojęciami istnieje więc jedynie taka daleka analogia, że oba dają sie wyrazić za pomocą pracy.

23. ZAGADKI wodą w tle Co robi fizyk na łyżwach ?  Któż nie lubi ślizgać się na łyżwach? Jednakże rzadko który łyżwiarz zastanawia się nad zjawiskami i mechanizmami fizycznymi, dzięki którym łyżwy dostarczają mu tyle frajdy. W większości podręczników zjawiska te wyjaśnia się następująco: gęstość wody jest większa niż gęstość lodu, więc gdy lód o temperaturze 0°C ściśniemy, musi się on stopić. Innymi słowy - ze wzrostem ciśnienia zewnętrznego temperatura topnienia lodu (a zarazem temperatura krzepnięcia wody) maleje, i to tym bardziej, im większe jest ciśnienie. Kiedy stoimy na ostrych łyżwach na lodzie, ciężar naszego ciała rozkłada się ma niewielką powierzchnię kontaktu ostrzy łyżew z lodem, skutkiem czego ciśniemy nimi na lód ze stosunkowo dużą siłą. Lód pod ostrzem się topi, między ostrzem a lodem powstaje cieniutka warstewka wody. Warstewka ta, działając niczym smar, znacznie zmniejsza tarcie łyżew o lód i dlatego tak łatwo możemy na nich ścigać się i kręcić różne piruety.

24. ZAGADKI wodą w tle W jakiej temperaturze woda osiąga największą gęstość?   Woda, jako jedna z niewielu substancji, nie zwiększa swojej objętości monotonicznie z temperaturą w całym przedziale temperatur od 0 do 100 °C. Zależność gęstości wody od temperatury pokazana jest[6] w tabelce obok. Poniżej +3,98 °C objętość zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury, co wśród ogółu substancji chemicznych jest anomalią (patrz: anomalna rozszerzalność wody). Anomalia spowodowana jest specyficznym kształtem cząsteczki wody oraz istnieniem silnych wiązań wodorowych. Wiązania te nadają wodzie względnie dużą gęstość, a ponadto pękają w obszarze anomalnym, zwiększając nieuporządkowanie wśród cząsteczek, a co za tym idzie, zwiększając również objętość cieczy. Z tego samego powodu objętość wody wzrasta również podczas krzepnięcia – dlatego lód pływa po powierzchni wody, rozsadza naczynia, kruszy spękane skały, niszczy nawierzchnię dróg itp.

25. ZAGADKI wodą w tle Dlaczego przy dużym mrozie lód na jeziorze strzela? Lód formuje się na jeziorze zwykle już przy małym mrozie. Przymarza do brzegów i tworzy jednolitą taflę na całej powierzchni jeziora. Wskutek dalszego obniżania się temperatury pokrywa lodowa ulega skurczeniu i zaczyna działać na brzegi ściągając je ku sobie. One ze swej strony rozciągają pokrywę lodową tym mocniej , im jest zimniej. Przy dużym mrozie siły rozciągające przewyższają wytrzymałość lodu i pokrywa z hukiem pęka,

26. ZAGADKI wodą w tle Z jakiej największej głębokości może podnieść wodę tzw. pompa ssąca? Pod poruszającym się w górę (zasysającym) tłokiem pompy ssącej tworzy się próżnia. Ciśnienie atmosferyczne , wywierane na powierzchnię swobodną (tzw. lustro) dolnego zbiornika wody, wciska ją do przestrzeni opuszczonej przez tłok. Gdy jednak ciśnienie "zassanego" w ten sposób słupa wody zrówna się z ciśnieniem atmosferycznym, woda przestanie się wznosić. Normalne ciśnienie atmosferyczne równa się w przybliżeniu ciśnieniu słupa wody o wysokości 10m i to jest teoretyczna granica wysokości podnoszenia wody w pompie ssącej. Ponieważ przestrzeń nad powierzchnią wody wypełnia para wodna i nie umiemy wykonać tłoka zupełnie szczelnego, praktycznie wysokość wynosi 8m.