ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА Экспериментальное исследование зависимости испарения от физических параметров

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ МР ЕРМЕКЕЕВСКИЙ РАЙОН

МОКУ ООШ С.СТАРОТУРАЕВО

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

Экспериментальное исследование зависимости испарения

от физических параметров

Номинация «Физика»

Давлетшина Айгуль Ильгизаровна,

обучающаяся 8 класса

МОКУ ООШ с.Старотураево

Руководитель:

Самигуллина Гузалия Фанузовна,

учитель физики

МОКУ ООШ с.Старотураево

с. Старотураево

2016 год

Содержание.

I. Введение……………………………………………………………………….. 3

II. Основная часть.

1. Агрегатные состояния вещества…………………………………………… 4

1.1. Развитие представлений о строении вещества………………………. 4

1.2. Молекулы и атомы. Работы М.В.Ломоносова. Основные положения

молекулярно-кинетической теории…………………………………….. 5

2. Тепловое движение молекул. Температура и внутренняя энергия.

Испарение…………………………………………………………………6

III. Практическая часть. «Экспериментальное исследование процесса

испарения».

3.1. Зависимость испарения от температуры……………………………….. 7

3.2. Зависимость испарения от площади поверхности……………………...8

3.3. Зависимость испарения от рода вещества………………………………9

3.4. Зависимость испарения от скорости ветра…………………………… 9

IV. Заключение. Список литературы…………………………………………..10

V. Приложение…………………………………………………………………. 11

1. Введение.

Если надо помочь науке, то следует

вскрывать трудности и даже искать те,

которые тайно ей мешают…

И. Кант

В современном мире тепловые явления встречаются ежедневно практически во всех областях жизнедеятельности человека, поэтому каждому из нас необходимо изучить их с точки зрения физики и ее законов. В данной работе большое внимание хотелось бы уделить процессу испарения.

В естественных условиях испарение является единственной формой передачи влаги с океанов и суши в атмосферу и основной составляющей круговорота воды на земном шаре. Кроме этого, процесс испарения очень распространен и играет огромную роль в животном и растительном мире.

Как известно при наступлении засухи у многих растений скручиваются листья. В чем причина? При уменьшении воды в почве, уменьшается поступление влаги через корни, чтобы уменьшить испарение, растение как бы свертывает листья, уменьшая площадь поверхности испарения. По этой же причине у многих растений пустыни нет листьев, а лишь колючки и шипы. Так они сохраняют живительную влагу. Данный пример показывает, как можно уменьшить скорость испарения, если же нужно ее увеличить, то необходимо площадь поверхности сделать как можно больше.

Еще одним фактором, влияющим на процесс испарения, является движение воздуха над поверхностью или просто ветер. Так, скошенная трава на лугу высыхает гораздо быстрее, чем в лесу.

Кроме этого на испарение в последнем случае влияет и солнечное тепло (температура), поэтому на поляне, где солнечные лучи воздействуют сильнее (температура выше), процесс испарения протекает быстрее, чем в лесу.

Также процесс испарения играет огромную роль в жизнедеятельности человека. Испарение применяется в технике, как средство очистки веществ или разделения жидких смесей перегонкой. Испарение лежит в основе работы холодильных и других установок, а также всех процессов сушки материалов. Эти и многие другие теоретические факты заставляют задуматься над значимостью данного процесса.

Поэтому целью работы считаю – экспериментальное доказательство зависимости испарения от физических параметров.

Реализация цели осуществляется через поставленные задачи: теоретически изучить различные источники информации; провести исследования зависимости испарения от физических параметров: площади поверхности, температуры, скорости воздушных потоков, рода вещества; обработать результаты исследования, сделать выводы; создать пособие по лабораторному практикуму.

Методы исследования: сравнение и сопоставление теоретических данных с результатами эксперимента; обобщение и анализ различных информационных источников и результатов исследования по данному вопросу; исследование – выявление зависимости процесса испарения от физических параметров: площади поверхности, температуры, скорости воздушных потоков, рода вещества, массы.

II. Основная часть – теоретическая.

1. Агрегатные состояния вещества.

Агрегатные состояния вещества - состояния одного и того же вещества, отличающиеся характером теплового движения частиц (атомов или молекул). Обычно различают три агрегатных состояния вещества: газообразное, жидкое и твёрдое.

1.1. Развитие представлений о строении вещества.

Ещё в глубокой древности, 2500 лет назад, некоторые учёные высказывали предположение о строении вещества. Греческий учёный Демокрит (460-370 до н.э.) считал, что все вещества состоят из мельчайших частиц. В научную теорию эта идея превратилась только в XVIII в. и получила дальнейшее развитие в XIX в.

В XIX в. учёные доказали, что вещество состоит из мельчайших частиц именно потому, в нём имеются пустые пространства, благодаря которым тела могут изменять свой объём - увеличивать его или уменьшать, сжиматься при охлаждении и расширяться при нагревании.

1.2. Молекулы и атомы. Работы М.В.Ломоносова и основные положения МКТ.

Частицы, из которых состоят вещества, называют молекулами (в переводе с греческого «молекула» означает маленькая масса). Молекула – мельчайшая частица вещества, сохраняющая его свойства.

1. Молекула – наименьшая частица вещества.

2. Молекулы одного и того же вещества одинаковы.

3. Размеры молекул очень малы и между молекулами есть промежутки.

4. Молекулы постоянно находятся в движении.

Существенный вклад в развитие молекулярно-кинетических представлений сделал в середине XVIII в. великий русский учёный Михаил Васильевич Ломоносов. Он объяснил основные свойства газ, предположив, что все молекулы газа движутся беспорядочно, хаотично и при столкновениях отталкиваются друг от друга. Беспорядочным движением молекул М.В.Ломоносов впервые объяснил природу теплоты. Так как скорости теплового движения молекул могут быть сколько угодно велики, температура вещества по его представлениям не имеет ограничения сверху. При уменьшении скорости молекул до нуля, должно быть возможное минимальное значение температуры вещества. Объяснение природы теплоты движением молекул и вывод о существовании абсолютного нуля температуры получили теоретическое и экспериментальное подтверждение в конце XIX в.

Молекулярно-кинетической теорией называется учение о строении и свойствах вещества, использующее представления о существовании атомов и молекул как наименьших частиц химического вещества.

Основные положения МКТ строения вещества: вещество состоит из частиц - атомов и молекул; частицы хаотически движутся; частицы взаимодействуют друг с другом.

2. Тепловое движение молекул. Температура и внутренняя энергия. Испарение.

Явления, связанные с нагреванием или охлаждением тел, с изменением температуры, называются тепловыми. К таким явлениям относятся, например, нагревание и охлаждение воздуха, таяние льда, плавление металлов и др.

Беспорядочное движение частиц, из которых состоят тела, называют тепловым движением. В тепловом движении участвуют все молекулы тела, поэтому с изменением теплового движения изменяется и состояние тела, его свойства.

Температура - физическая величина, характеризующая степень нагретости тела. Теплота не всегда изменяет температуру тела, но всегда изменение температуры тела есть изменение энергии движения его молекул. Это указывает на то, что температура является свойством тела, зависящим от молекулярной энергии. Температуру измеряют термометрами в градусах различных температурных шкал. В Международной системе единиц (СИ) выражается в Кельвинах (К).

Внутренняя энергия – энергия хаотического (теплового) движения микрочастиц системы и энергия взаимодействия этих частиц. Она зависит от температуры тела, агрегатного состояния вещества и других факторов. Внутренняя энергия не зависит ни от механического движения тела, ни от положения этого тела относительно других тел. При повышении температуры внутренняя энергия тела увеличивается, и наоборот. Внутренняя энергия тела меняется при изменении скорости движения молекул.

Существует шесть процессов перехода вещества из одного состояния в другое, одним из которых является парообразование, которое происходит в результате кипения и испарения. Это – испарение. Обычно под испарением понимают переход жидкости в пар, происходящий со свободной поверхности. Вследствие теплового движения молекул испарение возможно при любой температуре, но с возрастанием температуры, т. е. интенсивности теплового движения молекул, скорость испарения увеличивается.

При переходе из жидкости в пар молекула должна преодолеть силы молекулярного сцепления в жидкости. Работа против этих сил, а также против внешнего давления уже образовавшегося пара совершается за счёт кинетической энергии теплового движения молекул. В результате испарения жидкость охлаждается. Поэтому, чтобы данный процесс протекал при постоянной температуре необходимо сообщать каждой единице массы вещества определённое количество теплоты, называемое теплотой испарения.

1. Практическая часть

«Экспериментальное исследование процесса испарения».

1. Зависимость скорости испарения от температуры.

Цель: доказать зависимость скорости испарения от температуры.

Приборы и материалы: вода, спирт, масло, часы, термометр, измерительный цилиндр - медицинский шприц, два сосуда с одинаковой площадью поверхности, холодильник.

Описание опыта и полученные результаты.

В домашних условиях я начала проводить исследования процесса испарения 3 различных веществ (вода, спирт, масло) при температуре +23 ⁰С (в комнате). Наблюдение процесса осуществлялось в течение 9 дней, пока все вещества не испарились. Результаты опыта обработала и занесла в таблицу № 1:

С 20 ноября приступила к наблюдению процесса испарения этих же веществ при температуре +3 ⁰С (в холодильнике). Наблюдение процесса осуществлялось в течение 12 дней, пока все вещества не испарились.

Результаты опыта обработала и занесла в таблицу №2:

Вывод: время, необходимое для испарения одних и тех же веществ при различной температуре, различно. А именно, с ростом t (⁰С) t (с) процесса испарения уменьшается, и наоборот.

1. Зависимость скорости испарения от площади поверхности.

Цель: доказать зависимость скорости испарения от площади поверхности.

Приборы и материалы: вода, спирт, масло, часы, измерительный цилиндр (медицинский шприц), два сосуда с разной площадью поверхности.

Описание опыта и полученные результаты.

19 ноября 2015 года, в 11.35. в домашних условиях начала проводить исследование процесса испарения 3 различных веществ при температуре +22 ⁰С (в комнате) с поверхности сосуда с площадью поверхности S₁ = 325см² .

Наблюдение процесса осуществлялось в течение 5 дней, пока все вещества не испарились. Результаты опыта обработала и занесла в таблицу № 3:

С 19 ноября приступила к наблюдению процесса испарения этих же веществ при температуре +22 ⁰С с поверхности сосуда с площадью поверхности S₂ = 169см² (S₂ ‹ S₁). Наблюдение процесса осуществлялось в течение 2 дней, пока все вещества не испарились. Результаты опыта обработала и занесла в таблицу № 4:

Вывод: испарение с поверхности сосудов с различной площадью поверхности осуществляется по-разному. А именно, с ростом S (см²) t(с) процесса испарения уменьшается, и наоборот.

3. Зависимость скорости испарения от рода вещества.

Цель: доказать зависимость скорости испарения от рода испаряемого вещества.

Приборы и материалы: вода, спирт, масло, часы, измерительный цилиндр (медицинский шприц), три сосуда с одинаковой площадью поверхности.

По результатам предыдущего эксперимента (по данным таблиц № 3 и № 4) можно сделать вывод: для испарения различных веществ необходимо различное количество времени.

1. Зависимость скорости испарения от ветра.

Цель: доказать зависимость скорости испарения от скорости ветра.

Приборы и материалы: вода, спирт, масло, часы, измерительный цилиндр (медицинский шприц), два сосуда с одинаковой площадью поверхности, фен.

Описание опыта и полученные результаты.

20 ноября 2015 года в 17:45 начала проводить исследования процесса испарения воды при температуре +20 ⁰С (в комнате) с поверхности сосуда, создавая искусственный ветер с помощью фена. Наблюдение процесса осуществлялось до тех пор, пока все вещество не испарилось. 21 ноября таким же образом исследовала испарение спирта, 22 ноября – испарение масла. Причем время начала эксперимента было постоянным. Результаты опыта обработала и занесла в таблицу № 5:

Данные таблицы № 5 сравнила с данными таблицы № 4 при условии, что изменилась только скорость воздушных потоков, все остальные параметры остались неизменны, пришла к следующему выводу: скорость испарения зависит от скорости ветра: чем больше скорость, тем данный процесс протекает быстрее, и наоборот.

IV. Заключение.

В результате выполнения работы были изучены различные источники информации по вопросу процесса испарения и условий его протекания. Определены физические параметры, оказывающие влияние на скорость протекания процесса испарения. Была исследована зависимость протекания процесса испарения от физических параметров, проведен анализ полученных результатов. Высказанная гипотеза оказалась справедливой. Теоретические предположения были подтверждены в процессе исследований.

Таким образом, процесс испарения жидкостей зависит от таких физических параметров как температура, площадь свободной поверхности и род вещества.

Данная работа имеет практическое значение, так как в ней исследована зависимость интенсивности испарения — явления, с которым мы встречаемся в повседневной жизни, от физических параметров. Используя эти знания, можно контролировать протекание процесса.

Список литературы.

1. Перышкин А.В. «Физика» , 8 класс.- Москва: Дрофа, 2012г.

2. Алексеева М.Н. Физика – юным: Теплота. Электричество: Книга для внеклассного чтения, М., Просвещение, 1980.

3. Дягелев Ф.М. Из истории физики и жизни ее творцов: Кн. для учащихся, М., Просвещение, 1986.

4. Интернет-ресурсы : http://ru.wikipedia.org/wiki/;

http://class-fizika.narod.ru/

V. Приложение.

Лабораторный практикум к разделу физики «Тепловые явления»

Лабораторная работа № 1.

«Зависимость процесса испарения от температуры».

Цель: определить время испарения воды при разных температурах и объяснить зависимость времени испарения от температуры.

Приборы и материалы: вода, часы, термометр, измерительный цилиндр (мензурка), два сосуда одинаковой площади.

Указания к работе:

1.Возьмите два сосуда и налейте в них по 1 -2 мл воды в каждый.

2.Один сосуд поместите в холодильник, измерьте температуру воздуха в холодильнике. Второй сосуд оставьте при комнатной температуре, температуру

воздуха измерьте.

3.С помощью часов определите время испарения воды в сосудах.

4.Полученные результаты запишите в таблицу:

5.Сравните время испарения воды в сосудах и сделайте соответствующий вывод.

Лабораторная работа № 2.

«Зависимость процесса испарения от площади поверхности».

Цель: определить время испарения воды и объяснить зависимость времени испарения от площади поверхности.

Приборы и материалы: вода, часы, мензурка, два сосуда разной площади.

Указания к работе:

1.Вычислить площадь поверхности двух сосудов (по формуле: S=πR²).

2.Налить в каждый сосуд по 1 – 2 мл воды.

3.Оставить оба сосуда при комнатной температуре.

4.С помощью часов определить время испарения воды в сосудах.

Примечание: внешние условия – одинаковые.

5.Заполнить таблицу:

6. Cравните время испарения воды в сосудах и сделайте вывод.

Лабораторная работа №3.

«Зависимость процесса испарения от скорости воздушных потоков».

Цель: определить время испарения воды и объяснить зависимость времени от скорости воздушных потоков.

Приборы и материалы: вода, спирт, масло, часы, мензурка или медицинский шприц, фен или вентилятор, 3 сосуда одинаковой площади.

Указания к работе:

1.Налить в каждый сосуд по 1 – 2 мл воды, спирта и масла.

2. С помощью вентилятора или фена испарить воду, спирт и масло.

3.С помощью часов определить время испарения веществ в сосудах.

Примечание: количество веществ – одинаковое.

4. Полученные данные занести в таблицу:

5. Сравните время испарения веществ и сделайте вывод.

Лабораторная работа №4.

«Зависимость процесса испарения от рода вещества».

Цель: Определить время испарения разных веществ и объяснить зависимость времени испарения от рода вещества.

Приборы и материалы: вода, спирт, масло, часы, измерительный цилиндр (мензурка) или медицинский шприц, сосуды с одинаковой площадью.

Указания к работе:

1.Возьмите сосуды и налейте в них по 1 -2 мл воды, спирта и масла в каждый.

2.С помощью часов определите время испарения веществ в сосудах (при нормальных условиях).

3. Сравните время испарения веществ и сделайте вывод.

11