Download
1 / 47
580 likes | 1.35k Views
Projekt ,,Z FIZYKĄ, MATEMATYKĄ I PRZEDSIĘBIORCZOŚCIĄ ZDOBYWAMY ŚWIAT!!!” jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego. Temat: Stany skupienia ciał Kompetencja - Fizyka i Matematyka Gimnazjum w Gołuchowie - 98/81_MF_G1
E N D
Projekt ,,Z FIZYKĄ, MATEMATYKĄ I PRZEDSIĘBIORCZOŚCIĄ ZDOBYWAMY ŚWIAT!!!”jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego • Temat:Stany skupienia ciał • Kompetencja - Fizyka i Matematyka • Gimnazjum w Gołuchowie - 98/81_MF_G1 • Gimnazjum nr 7 im. Sybiraków w Szczecinie – 98/64_MF_G2 • MGP Semestr II
Uczestnicy grupy podstawowej: Gimnazjum w Gołuchowie 98_81_mf_g1 Konstancja Balcer Monika Duczka Anna Filipowicz Joanna Klaczyńska Klaudia Składnikiewicz Mateusz Pływaczyk Magdalena Urbaniak Mateusz Walendowski Aleksandra Walerowicz Błażej Wasiewicz Rezerwowi: Kasia Skąpska, Damian Szczepański Opiekun: Monika Piękna
Uczestnicy grupy podstawowej: Gimnazjum nr 7 im. Sybiraków w Szczecinie – 98/64_MF_G2 Drążkiewicz Jakub Kalinowski Robert Kicuń Karolina Kilian Kamil Olech Dariusz Ruchlicka Julia Sargsyan Jan Wyremba Patrycja Zuzaniuk Konrad Baranowska Daria Fenger Monika Pacholczyk Bartosz Wesołowski Mateusz Szarpak Emila Majchrzak Przemysław Opiekun: Angelika Pawelec
Plan prezentacji: Stany skupienia ciał Przejścia fazowe Zjawisko wrzenia - parowania Rozszerzalność temperaturowa ciał Anomalia rozszerzalności temperaturowej wody Zasada bilansu ciepła Energia przy zmianie stanu skupienia Ciepło właściwe ciał Ciepło parowania Ciepło topnienia Doświadczenia Podsumowanie Bibliografia
1.Stany skupienia ciał • Stan skupienia to podstawowa forma, w jakiej występuje substancja określająca jej podstawowe własności fizyczne. Bardziej precyzyjnym określeniem form występowania substancji jest faza materii. • Wyróżnia się trzy stany: Ciekły ( ciecze) Lotny ( gazy) Stały ( ciała stałe)
1.Stany skupienia ciał • Cechy ciał w różnych stanach skupienia • Ciała stałe ze względu na bardzo małe odległości międzycząsteczkowe i bardzo duże siły mają swój kształt i objętość, które trudno jest zmienić. • Ciecze mają małe odległości międzycząsteczkowe, lecz większe niż ciała stałe, również działają duże siły między cząstkami dlatego objętość cieczy też trudno zmienić, ale nie posiadają swojego kształtu. • Cząsteczki w gazach są daleko od siebie i słabo oddziałują, dlatego gaz nie ma określonej, stałej objętości ani kształtu. Ciało zajmuje całą dostępną mu przestrzeń
2. Przejścia fazowe • Występowanie większości substancji w danym stanie skupienia zależy od panujących w niej warunków termodynamicznych: ciśnienia i temperatury. • Woda pod normalnym ciśnieniem atmosferycznym w temperaturze poniżej 0°C jest ciałem stałym, w temperaturach od 0 do 100°C jest cieczą, a powyżej 100°C staje się gazem. Przejście z jednego stanu w drugi nazywa się przejściem fazowym lub zmianą stanu skupienia.
2. Przejścia fazowe • Strzałki przedstawiają przemiany fazowe • S – sublimacja • R - resublimacja • T - topnienie • K – krzepnięcie • P - parowanie, wrzenie • Sk – skraplanie
3. Zjawisko wrzenia - parowania • Wrzenie - zjawisko przemiany cieczy w gaz (parę), podczas którego powstają i rosną pęcherzyki pary nasyconej w objętości. Czyli wrzenie jest to gwałtowne parowanie nie tylko na powierzchni, ale także w całej objętości. Wrzenie wymaga dostarczania energii do wrzącego ciała, dlatego jest przejściem fazowym pierwszego rodzaju.
3. Zjawisko wrzenia - parowania • Parowanie - proces zmiany stanu skupienia, przechodzenia z fazy ciekłej danej substancji w fazę gazową (parę) zachodzący z reguły na powierzchni cieczy. Może odbywać się w całym zakresie ciśnień i temperatur, w których mogą współistnieć z sobą obie fazy.
4. Rozszerzalność temperaturowa • Rozszerzalność temperaturowa ciał stałych jest zjawiskiem polegającym na wzroście objętości ciała wraz ze wzrostem temperatury. Przedmioty wykonane z jednych substancji bardziej się rozszerzają pod wpływem wzrostu temperatury, a z innej mniej. Zazwyczaj zmiany rozmiarów ciał są jednak niewielkie.
4. Rozszerzalność temperaturowa • Rozszerzalność temperaturową można zauważyć w ciałach stałych np.: • Połączenia szyn kolejowych. W zimie przy bardzo niskich temperaturach można zauważyć, że między kolejnymi szynami znajdują się szerokie odstępy. Natomiast w lecie przy wysokich temperaturach odstępy są niemal niewidoczne. • Stalowe konstrukcje mostów, które rozszerzają się wraz ze wzrostem temperatury.
4. Rozszerzalność temperaturowa • Taśma bimetalowa jest wykonana z połączonych ze sobą pasków z dwóch różnych metali (inwaru i mosiądzu). Podczas ogrzewania taśmy część wykonana z mosiądzu rozszerza się bardziej niż część wykonana z inwaru. Skutkiem tego jest wygięcie taśmy bimetalowej, która ma zastosowanie w różnego rodzaju urządzeniach.
4. Rozszerzalność temperaturowa • Przy zmianie temperatury również zmienia się rozszerzalność cieczy. W miarę wzrostu temperatury cząsteczki cieczy poruszają się coraz szybciej i w następstwie tego oddalają się od siebie, dzięki temu wzrasta objętość cieczy. Przyrost objętości cieczy zależy od rodzaju cieczy i jej objętości początkowej. Zjawisko rozszerzalności cieczy wykorzystuje się m.in. w termometrach cieczowych.
4. Rozszerzalność temperaturowa • Rozszerzalność temperaturową również obserwowana jest w gazach, którą można wykorzystywać np., naprawiając w prosty sposób zgniecioną piłeczkę pingpongową. Powietrze wewnątrz ogrzanej piłeczki rozszerza się i nadaje jej poprzedni kształt. • Innym przykładem jest balon, który zwiększa swoje rozmiary i może pęknąć, gdy z zimnego otoczenia przyniesiemy go do ciepłego pokoju.
5. Anomalia rozszerzalności wody • Jest to zjawisko fizyczne, polegające na zmniejszaniu się objętości wody w miarę wzrostu temperatury w przedziale od 0 stopni Celsjusza do 4 stopni Celsjusza. Jednocześnie wiąże się to ze wzrostem gęstości wody.
6. Zasada bilansu • Jeśli zetkniemy ze sobą dwa ciała o różnej temperaturze, to następuje między nimi wymiana ciepła. Ciało o wyższej temperaturze oddaje (traci) ciepło, a ciało o temperaturze niższej pobiera (zyskuje) ciepło. Wymiana ciepła kończy się, gdy temperatury obu ciał wyrównają się. Jeśli ilość ciepła pobranego przez ciało o niższej temperaturze jest równa ilości ciepła oddanego przez ciało o wyższej temperaturze, to mówimy, że zachodzi bilans cieplny. • Ciepło oddane = Ciepłu pobranemu
7. Energia przy zmianie stanu skupienia • Zmiana stanu skupienia nie oznacza zmiany temperatury, ale zawsze oznacza wydzielenie się lub pochłonięcie ciepła. Efekt cieplny zmiany stanu skupienia wyraża uniwersalny wzór: • Q = L·m • L – oznacza (w zależności od sytuacji) ciepło topnienia, ciepło parowania, ciepło krzepnięcia albo ciepło skraplania. • m – masa substancji.
8. Ciepło właściwe ciał • Ciepło właściwe informuje o Ilości ciepła jaką trzeba dostarczyć do jednostki masy ciała, aby spowodować przyrost temperatury o jedną jednostkę (jeden stopień)
8. Ciepło właściwe ciał - zadanie • Do porcelanowej filiżanki o masie 100g, znajdującej się w pokoju, gdzie temperatura powietrza wynosi 20°C, wlano 200g wrzątku. Temperatura wody i filiżanki ustaliła się na 93°C. Ile wynosi w przybliżeniu ciepło właściwe porcelany? • Dane: • mp = 100g = 0,1kg Cp = ? • mw = 200g = 0,2kg • Tp = 20°C • Tw = 100°C • Cw = 4200 J/kg·K
8. Ciepło właściwe ciał - zadanie • Zasada zachowania energii: • Ciepło, które pobrała filiżanka = ciepłu, które oddała woda • Q1 = Q2 • mp Cp∆Tp=mw Cw∆Tw • ∆Tp = 93 – 20 = 73 °C • ∆Tw = 100 - 93 = 7°C
8. Ciepło właściwe ciał - zadanie Ciepło właściwe porcelany wynosi 805,5 J/kgK
9. Ciepło parowania Ciepło parowania informuje, ile energii potrzebuje ciało o masie 1 kg, aby przejść ze stanu ciekłego w lotny
10. Ciepło topnienia Ciepło parowania informuje, ile energii potrzebuje ciało o masie 1 kg, aby przejść ze stanu stałego w ciekły
11. Doświadczenia • Obserwacja rozszerzalności liniowej ciał • Obserwacja rozszerzalności objętościowej ciał • Badanie szybkości rozszerzalności dla różnych substancji • Wyznaczanie ciepła topnienia lodu
11. Doświadczenie 1. 1. Cel doświadczenia: Obserwacja rozszerzalności liniowej 2.Przyrządy: zapałki, denaturat, dylatoskop 3. Przebieg doświadczenia: a) do rynienki dylatoskopu wlewamy denaturat . b) podpalamy denaturat i obserwujemy
11. Doświadczenie 1. WNIOSKI: W wyniku ogrzewania się pręta obserwowaliśmy unoszenie się wskazówki dylatoskopu. Wskazówka podnosiła się na wskutek wydłużania się pręta.
11. Doświadczenie 2. 1.Cel doświadczenia: Badanie rozszerzalności objętościowej 2. Przyrządy : pierścień (Gravesanda), świeca, zapałki 3.Przebieg doświadczenia: - sprawdzenie czy przez pierścień przejdzie zimna kula - ogrzewanie kuli - sprawdzenie czy gorąca kula przejdzie przez pierścień
11. Doświadczenie 2. Sprawdzenie czy zimna kula przejdzie przez pierścień. Jak widać swobodnie przechodzi.
11. Doświadczenie 2. Ogrzewanie kuli Sprawdzenie czy rozgrzana kula przejdzie przez pierścień
11. Doświadczenie 2. Rozgrzana kula nie chce przejść przez pierścień.
11. Doświadczenie 2. • WNIOSKI: • Przez zimny pierścień swobodnie przechodziła zimna kula. Natomiast przez gorący już nie. Na skutek wzrostu temperatury rosła również objętość.
11. Doświadczenie 3. 1. Cel doświadczenia: Badanie szybkości rozszerzalności różnych substancji 2. Przyrządy: • bimetal z rękojeścią (żelazo i mosiądz), • świeczka, • zapałki 3. Przebieg doświadczenia: Zapalamy świeczkę, następnie ogrzewamy wyprostowany bimetal i obserwujemy.
11. Doświadczenie 3. • WNIOSKI: • Pod wpływem temperatury bimetal zaczął się wykrzywiać. Strona pokryta mosiądzem wydłuża się bardziej niż warstwa wykonana z żelaza, dlatego bimetal się wygiął. Długość warstwy mosiężnej zwiększyła się bardziej niż żelaznej. Wynika z tego, że rozszerzalność różnych materiałów jest różna, tzn. że współczynniki rozszerzalności cieplnej są różne.
11. Doświadczenie 4 • Cel: Wyznaczenie ciepła topnienia lodu • Przyrządy: komputer, czujnik temperatury, lód, zlewka, kubek styropianowy • Przebieg doświadczenia: • Wykorzystanie komputera do badania przebiegu zmian temperatury w czasie; • Wykorzystanie komputera do przetwarzania danych pomiarowych; • Wyznaczenie ciepła topnienia lodu.
11. Doświadczenie 4 • Wyniki: • Masa wody i lodu • Masa styropianowego pojemnika: m1= 4g. • Masa pojemnika z wodą: m2= 132g. • Masa pojemnika z wodą /zawierająca wodę z lodu/ : m3= 167g. • Masa wody: • mwody = m2 - m1= 128g. • Masa lodu: • mlodu = m3 - m2= 35g
11. Doświadczenie 4 Wykres zmian temperatury od czasu Na podstawie wykresu została odczytana temperatura Tp i Tk: Tp = 58,9ºC temperatura początkowa wody, Tk = 31,5ºC temperatura końcowa wody.
11. Doświadczenie 4 Ponieważ cwody= 4,19 J/g·°C to podstawiając powyższe dane do wzoru: otrzymujemy ciepło topnienia lodu q= 279 Wartość tablicowa ciepła topnienia lodu wynosi q = 332
12. Podsumowanie • Zmiany stanów skupienia obserwujemy codziennie, chociażby przy parzeniu herbaty czy wieczornej gorącej kąpieli. Chcąc schłodzić napój wyjmujemy z lodówki kostki lodu, które pobierają ciepło z pepsi. Zimą dzięki tym zjawiskom możemy jeździć na łyżwach, czy sankach. Możemy się cieszyć piękną biżuterią, której nadaję się kształt z odlewów dzięki zjawisku krzepnięcia. Obserwujemy piękne krajobrazy utworzone przez osadzony na drzewach szron w wyniku resublimacji. Jak widać zjawiska te towarzyszą nam przez całe życie niezależnie od pory roku.
13. Bibliografa • http://ga.water.usgs.gov/edu/pictures/polish/wcpicevaporation.jpg • http://pl.wikipedia.org
