Вода при нагревании физика 7 класс

Вода при нагревании физика 7 класс

Вода — самое необыкновенное вещество в мире.

Нет на Земле вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в то же время не существует другого такого же вещества, в свойствах которого было бы столько противоречий и аномалий, сколько в её свойствах. Молекулы воды обнаружены в межзвёздном пространстве. Вода входит в состав комет, большинства планет солнечной системы и их спутников.

Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода (Н2О).

Радиус молекул воды — 0,138 нм.

Вода – единственное вещество на Земле, которое существует в природе во всех трёх агрегатных состояниях : жидком, твёрдом и газообразном (вода, лед и водяной пар).

Чистая вода без примесей — это жидкость без запаха, вкуса и цвет с температурой кипения = + 100 С и температурой замерзания = 0 С.
В пресной воде — в 1г воды содержится менее 1г соли, а в соленой — более 1г соли.
Распространение воды на Земле: 95% — мировой океан
2% — подземные воды
2% — ледники
0,02% — рек
Водная оболочка Земли называется гидросферой.
Тело человека почти на 63 – 68 % состоит из воды.
Почти все биохимические реакции в каждой живой клетке – это реакции в водных растворах.

Вода имеет высокую теплоемкость (в 10 раз большую, чем железо, и в 3300 раз большую, чем воздух. Геофизики утверждают, что Земля давно бы остыла и превратилась безжизненный кусок камня, если бы не вода. Нагреваясь, она поглощает тепло, остывая, отдаёт его. Земная вода и поглощает, и возвращает очень много тепла, и тем самым “выравнивает” климат. В сочетании с высокой теплопроводностью это делает водную среду достаточно комфортной для обитания живых организмов. А от космического холода предохраняют Землю те молекулы воды, которые рассеяны в атмосфере – в облаках и в виде паров. Водяной пар создаёт мощный “парниковый эффект”, который задерживает до 60% теплового излучения нашей планеты, не даёт ей охлаждаться.

Т.к. вода имеет очень большую удельную теплоемкость, она является хорошим теплоносителем Вспомните, например, водяное отопление у вас дом или «отопление» Европы теплым течением Гольфстрим Медленное повышение температуры воды при нагревании и соответственно выделение значительных количеств теплоты при охлаждении смягчают колебания температуры вблизи больших водоемов.

Бывает ли «скользкая» вода?
Да, свойства воды меняются в зависимости от растворенных в ней веществ. Ученые обнаружили, что если растворить в воде ничтожное количество определенного растворимого полимера, то вода приобретает удивительные свойства, за которые этот раствор и получил название «скользкой» воды. Такая вода течет по трубам почти втрое быстрее обычной. Струя такой воды из шланга бьет в два с половиной раза дальше. Тела движутся в ней гораздо быстрее.

Вода практически несжимаема. Это позволяет многим беспозвоночным животным использовать заполненные водой полости тела в качестве внутренней опоры организма при передвижении (т.н. гидростатический скелет).

Вода остается жидкостью при нагревании до + 100оС. Для обитателей водной среды это также важно. Диапазон температур на планете (средняя + 7оС) практически не достигает верхней границы точки кипения воды.

Очень тщательно очищенная и освобожденная от газов вода приобретает совершенно необычные свойства: ее можно перегреть на десятки градусов выше точки кипения —она не закипит, ее можно очень сильно переохладить — она не замерзнет!

Благодаря высокой теплоте парообразования
живые организмы (не только животные, но и растения) получили возможность избавляться от избытков тепла в организме, испаряя воду с поверхности тел. В отличие от других способов теплообмена живых организмов с окружающей средой (излучения, конвекции, теплопередачи) испарение позволяет охлаждать тело даже в том случае, когда температура окружающей среды выше, чем температура тела.

Говорят, что вода мокрая.
Это выражение подразумевает, что вода может смачивать другие тела. Но, большинство жидкостей «мокрее» воды! Водой не намочишь воск, металлы, жирные поверхности ( в отличии от , например, керосина). В настоящее время химики создали много специальных смачивателей, чтобы сделать воду «мокрее».

Высокая сила поверхностного натяжения у воды обуславливает способность воды подниматься по тонким капиллярам (что очень важно и для водного баланса почвы, и для транспорта по сосудам растений), а также возможность использования поверхностной пленки воды для передвижения.

Некоторые животные могут передвигаются по поверхности пленки (например, водомерка) и прикрепляться к поверхностной пленке в воде (личинки некоторых мух ).

В Коста-Рике, в Центральной Америке, обитает ящерица, умеющая бегать по воде. Спасаясь от хищников, маленькая ящерка поднимается на задние лапки и бежит, не тонет, по водной поверхности. Конечно, поверхностное натяжение воды даже и маленькую ящерку не удержит. Выручает ее большая скорость.

Уникальные свойства воды, очень важные для живых организмов, проявляются в своеобразном, почти исключительном поведении воды вблизи точки замерзания.

Максимальная плотность воды проявляется при to = + 4oC. С понижением температуры плотность большинства веществ возрастает, а объем уменьшается. Та же закономерность присуща и воде, если ее постепенно охлаждать. но до температуры + 4oС. В интервале температур от 0 до +4 °С вода при охлаждении расширяется, а при нагревании сжимается. При +4 °С вода имеет наибольшую плотность, равную 1000 кг/м3. При более низкой и более высокой температуре плотность воды несколько меньше. Благодаря этому осенью и зимой в глубоких водоемах конвекция происходит своеобразно. В результате в водоемах зимой более охлажденная вода, как менее плотная, поднимается вверх, а вблизи дна сохраняется температура + 4oC. Эта особенность воды позволяет водным организмам хорошо переносить зиму. А вот, если бы лед имел плотность большую, чем вода, т.е. лед был бы тяжелее воды, он опускался бы на дно, и водоем промерзал бы полностью. Но лед плавает на поверхности воды !

Вода, несмотря на все её аномальные свойства, является эталоном для измерения темпкратуры, массы ( веса), количества тепла, высоты. Шведский физик Андерс Цельсий, член Стокгольмской академии наук, создал в 1742 году стоградусную шкалу термометра, которой в настоящее время пользуются почти повсеместно. Точка кипения воды обозначена — 100 , а точка таяния льда — 0. При разработке метрической системы установленной по декрету французского революционного правительства в 1793 году взамен различных старинных мер, вода была использована для создания основной меры массы (веса) – килограмма и грамма:
1 грамм — это вес 1 куб. см (милилитра) чистой воды при температуре её наибольшей плотности – + 4 С. Следовательно, 1 килограмм – это вес 1 литра воды. Вода используется и для измерения количества тепла.
Одна калория – это количество тепла, нужное для нагревания 1 грамма воды с 14, 5 до 15,50 С.
Все высоты и глубины на земном шаре отсчитываются от уровня моря.

Вода – это важный источник энергоресурсов.

Вода — это вещество, которое создало нашу планету, и наша жизнь без нее невозможна!

Источник

Кипение воды

Опыт 1. А.В. Перышкин. Физика 8, § 18.

Техника безопасности

Правила безопасности при работе со спиртовкой и стеклянной посудой.

Цель эксперимента

Наблюдать процесс кипения воды и описать основные явления, которые сопровождают процесс кипения воды.

Гипотеза:

Процесс кипения сопровождается рядом удивительных явлений

Оборудование:

Фото

• Штатив;
• Колба с водой;
• Спиртовка;
• Спички

Описание опыта

Результаты опыта

Объяснение

В лапке штатива закрепляем колбу с водой, снизу поместим спиртовку. Зажигаем спиртовку и наблюдаем за процессами, происходящими в колбе.

1. Идет обильное испарение с поверхности жидкости, над горлышком колбы образуется туман.

1. Пар невидимый, но при попадании в холодную среду (наружный воздух) происходит конденсация пара и образуется туман.

2. На внутренней поверхности стенок образуются и начинают расти пузырьки.

2. Пузырьки содержат воздух, растворенный в воде и водяной пар, который образуется за счет испарения воды внутрь пузырьков.

3. Пузырьки увеличиваются в размерах, отрываются от стенок колбы, поднимаются вверх и исчезают.

3.В холодных непрогретых слоях воды происходит конденсация пара.

4. Возникает шум предшествующий закипанию воды.

4. Шум вызван попеременным уменьшением и увеличением пузырьков в размерах, вода постепенно полностью прогревается.

5. Пузырьки всплывают на поверхность, лопаются, слышно как булькает вода, кипит.

5.Пузырьки всплывают на поверхность под действием архимедовой силы, насыщенный пар из пузырьков выбрасывается в атмосферу.

Опыт 2. Кипение воды при пониженном давлении

Жидкость закипит, если давление насыщенного пара в пузырьках будет больше суммы гидростатического давления жидкости и атмосферного давлении:

Из этого выражения вытекает, что изменив внешнее давление над водой можно изменить температуру кипения воды: при уменьшении внешнего давления температура кипения понижается, а при увеличении давления — повышается. Докажем этот вывод на опыте.

Правила безопасности при работе со стеклянной посудой

Цель эксперимента

Наблюдать процесс кипения воды в условиях пониженного давления

Гипотеза:

При уменьшении внешнего давления температура кипения понижается

Опыт 2

Оборудование:

Фото

Описание опыта

Результаты опыта

Объяснение

В колбе доведем воду до кипения. Убираем спиртовку, закрываем колбу плотно резиновой пробкой. Переворачиваем колбу с водой, надежно ее закрепляем в лапке штатива. Сверху колбу обливаем холодной водой

В воде образуются пузырьки воздуха, вода закипает.

Холодная вода охлаждает горячий воздух над водой в колбе, его давление над жидкостью уменьшается. Вода кипит при температуре ниже 100°С.

Применение рассматриваемого явления на практике.

Гейзеры – одно из самых удивительных явлений природы, это периодически фонтанирующие источники горячей воды с паром.

Интересные факты в рассматриваемом явлении

Интересная задача из задачника 861(опыт со шприцем).

Ее можно продемонстрировать на оборудовании L-микро. Наблюдение кипения спирта: пробирку со спиртом помещают в сосуд с кипящей водой, фиксируют температуру кипения воды, с помощью шприца повышают давление над спиртом, на графике при этом видно увеличение температуры кипения спирта (в углу графика t кип. при обычном и повышенном давлениях).

Кипение дистиллированной воды.

Дистиллированная вода – это очищенная вода H₂O, в которой практически не содержится каких-либо примесей. В чистую колбу наливаем дистиллированную воду и начинаем нагревать на медленном огне. С помощью электронного термометра измеряем температуру пара над водой (рис.1). Видим, что при температуре 100 °С вода не кипит. Убираем спиртовку, и в перегретую воду бросим кусочки мела (рис.2), на ее поверхности сразу образуются пузырьки. Видим бурное закипание воды (рис.3).

Техника безопасности
Штатив; Колба с водой; Насос; Резиновый шланг Описание опыта Результаты опыта Объяснение А) Измеряем начальную температуру в колбе. Начальная температура воды 30 °С. Когда из колбы выкачиваем воздух, то давление над жидкостью уменьшается, процесс роста пузырьков начинается при меньшем давлении, что сказывается на понижение температуры кипения. б) В лапке штатива закрепляем колбу с водой, закрываем резиновой пробкой со стеклянной трубкой. Соединим с помощью резинового шланга колбу с насосом. Из колбы выкачиваем воздух. В воде образуются пузырьки, они поднимаются на поверхность воды, лопаются, вода закипает в) Измеряем температуру воды после кипения. Конечная температура воды 29 °С (понижение температуры вызвано теплоотдачей воды окружающей среде). Опыт 3. Задача № 862 (снег заменен холодной водой) (А.Е. Марон, Е.А. Марон, С. В. Позойский. Сборник вопросов и задач Физика 7-9 к учебнику А.В. Перышкина) Оборудование: Фото
Штатив; Колба с водой; Спиртовка; Спички стакан с холодной водой		Закипания перегретой жидкости используется в пузырьковой камере – современном приборе для регистрации частиц высокой энергии. Получение сахара из сахарного тростника или свеклы: воду из сиропа удаляют с помощью выпаривания при низком давлении. Зная температуру кипения воды можно по таблицам давления пара при разных температурах узнать атмосферное давление. Специально приспособленные для таких измерений термометры называют гипсотермометрами. Кипение при повышенном давлении широко используется на практике: в медицине для стерилизации инструментов, в пищевой промышленности для консервирования, в химической промышленности (производство гербицидов, органических полупродуктов и красителей, в процессах синтеза). Для этого используют автоклав. Ректификационное разделение нефти, жидких смесей, расплавов металлов на составные части.
Рассказывают, что вождь одной из африканских деревень, чтобы определить, кто из двух подозреваемых говорит правду, приказал каждому лизнуть горячий нож. Удивительно, с помощью такого «Детектор лжи» всегда находили виновного, у лжеца пересыхало во рту, и он получал сильный ожог языка. Из истории каслинских литейщиков. (Здесь важна быстрота реакции человека). Сначала человек опускал руку в ведро с водой, а затем быстро погружал в кипящий металл и так же быстро вытаскивал руку. Рука оставалась целой. (Правда в примерах 3, 4 идет речь о пленочном кипении). Кипит ли вода внутри макарон при варке? Объясните, можно ли с помощью поршневого насоса поднять кипящую воду? Ответ обоснуйте. Сырая и кипяченая вода имеют одинаковую начальную температуру. Какая из них быстрее закипит при прочих равных условиях? Ответ обоснуйте. Почему использование скороварок особенно ценно в условиях горной местности? Интересны задачи №828, 830831, 832,833 из А.Е. Марон, Е.А. Марон, С. В. Позойский Сборник вопросов и задач Физика 7-9 к учебнику А.В. Перышкина.

Ссылка на видео https://cloud.mail.ru/public/4k82/e7MeqkpeB (Облако Mail.Ru)

Видео содержит все фрагменты:

• Кипение воды;
• Кипение при пониженном давлении (с помощью насоса и холодной воды);
• Кипение дистиллированной воды.

Источник