Исследовательское задание "Проверить экспериментально, изменится ли скорость нагревания воды в сосуде, если на поверхность воды налить тонкий слой масла"

Категория: Физика

Исследовательское задание по физике"Проверить экспериментально, изменится ли скорость нагревания воды в сосуде, если на поверхность воды налить тонкий слой масла"

Просмотр содержимого документа
«Исследовательское задание "Проверить экспериментально, изменится ли скорость нагревания воды в сосуде, если на поверхность воды налить тонкий слой масла"»

проект «ФИЗИКА – ЭТО ИНТЕРЕСНО»


Команда 10 класса Учитель: Князева Наталья

МБ ОУ Наруксовской СШ Святославовна

«СССР»


Исследовательское задание.


Тема: Проверить экспериментально, изменится ли скорость нагревания воды в сосуде, если на поверхность воды налить тонкий слой масла.


Цель исследования:

  1. Провести исследование изменения скорости нагревания воды в сосуде, если на поверхность воды налить тонкий слой масла.

  2. Провести сравнение скоростей нагревания воды в сосуде без добавления масла и с добавлением масла на поверхность воды, построить график этих зависимостей.


Оборудование: Секундомер, лабораторный штатив с муфтой, измерительный стакан (500 мл), мензурки ( 150 мл)- 2 шт., спиртовка, термометр (измерение температуры воды до 110º), растительное масло – 10 мг, пипетка, 2 колбы, спички.


Ход работы:


1.Теоретическое обоснование исследования.

Испарение может происходить при любой температуре. Молекула пара испаряется с поверхности жидкости в воздух, если её кинетическая энергия больше потенциальной энергии притяжения к другим молекулам. При любой температуре в жидкости есть молекулы, обладающие кинетической энергией, которая превышает их среднюю кинетическую энергию 3/2kT. Именно эти, самые быстрые молекулы могут покидать жидкость. При увеличении температуры число испаряющихся молекул возрастает. В закрытом сосуде в результате испарения концентрация молекул пара возрастает и достигает максимального значения, когда число молекул насыщенного пара (находящегося в равновесии с жидкостью), конденсирующихся за определённое время равно числу молекул жидкости, испаряющихся с её поверхности за это же время. Плёнка масла играет роль крышки в сосуде, следовательно, при наличии плёнки давление насыщенного пара возрастает при увеличении температуры жидкости и жидкость должна быстрее нагреваться.

Для большей наглядности мы решили прокипятить воду с масляным слоем

(использовали растительное масло) и без него и посмотреть, в каком случае

вода закипит быстрее.


2.Практическое обоснование исследования.



Что делали

Что наблюдали














Используем знания, полученные в курсе «Физика 8», «Теплота. Тепловой баланс»





Определим объем нагреваемой жидкости



Налили в измерительный стакан, объемом 250 мл., воды из – под крана.


Через 5 минут, помощью термометра, измерили температуру воды.

Из измерительного стакана нальем в две мензурки одинаковый объем воды.


Подготовим рабочее место для проведения опыта.



Перельем воду из мензурок в равные колбы.




Объем воды Vводы = 250 мл.











 Первоначальная температура воды

t0 =23º








V1 = V2 = 50 мл


Сначала проследили за скоростью нагревания воды, на поверхности которой нет масляной пленки.









Скорость нагревания воды, на поверхности которой масляная пленка


Начали нагревать воду - засекли время на секундомере. Каждый раз, когда температура воды поднималась на 10°С, фиксировали показания секундомера.




Во вторую колбу с водой, с помощью пипетки, капнули на поверхность воды подсолнечного масла и подождали, пока масло не растечется по всей поверхности воды. После этого начали нагревать воду.




Используя данные из таблицы вычислим скорость нагревания простой воды и воды, на поверхности которой тонкий слой масла, используя формулы:

Δt1=t1n -T1n-1, где n – номер строки.

T1= t0+nΔT, где n – номер строки.

Δt2=t 2n –T2n-1, где n – номер строки.

T2= t0+nΔT, где n – номер строки.

T1/t1 – скорость нагревания воды

T2/t2- скорость нагревания воды с тонким слоем масла



Результаты опыта представлены в Таблице №1.













Результаты опыта представлены в Таблице №1.














Видеосюжет. Демонстрация опыта нагревания воды с тонким слоем масла










Таблица № 1

Вода, на поверхности которой тонкий слой масла

Вода

t1 (время,с)

T1 ( ̊C)

ΔT (изменение времени, с)

Δt1 (изменение времени, с)

ΔТ/Δt1

T1/t1

t2 (время, с)

Т2 ( ̊С)

ΔT (изменение температуры)

Δt2

(c)

ΔT/Δt2

T2/t2

Скорость нагревания

149

33

10

49

0,201

0,221

136

33

10

136

0,074

0,243

219

43

10

170

0,071

0,196

206

43

10

70

0,142

0,208

338

53

10

119

0,084

0,156

318

53

10

112

0,089

0,167

517

63

10

179

0,056

0,121

502

63

10

184

0,054

0,126

657

73

10

140

0,071

0,111

692

73

10

190

0,053

0,105

853

83

10

196

0,051

0,097

811

83

10

119

0,084

0,102

1049

93

10

196

0,051

0,089

996

93

10

185

0,055

0,093

1242

103

10

193

0,052

0,083

1140

103

10

144

0,069

0,090


Построение графика зависимости скоростей с помощью MS Exsel.



3.Обоснование физического эксперимента.


По данным таблицы и по графику зависимости Т(t) видно, что вода, как с пленкой, так и без пленки нагревается крайне неравномерно. Тем не менее, скорость нагревания воды с масляной пленкой T1/t1 больше, чем у воды без пленки. Разность предельных скоростей нагревания чаще была отрицательной.

Когда использовалось растительное масло, то, как предельная, так и обычная скорость нагревания воды с пленкой была намного больше скорости нагревания воды без пленки. На удивление, вода без масла закипела позднее, чем вода с маслом. Чем это объясняется?

При нагревании воды без слоя масла испарение с ее открытой поверхности усиливается, молекулы воды улетают в воздух. При этом часть молекул возвращается обратно, благодаря тому, что водяной пар конденсируется в воздухе при охлаждении. Но поскольку некоторые молекулы все же не возвращаются, то молекул в воде, которую мы нагреваем, становится меньше, потому и скорости их немного уменьшаются. При уменьшении скоростей столкновений между молекулами становится чуть-чуть меньше, и температура увеличивается не так быстро, а, следовательно, время нагревания воды до кипения увеличивается. Вода, на поверхности которой находится тонкий слой масла, нагревается быстрее, потому что молекулы воды, увеличивающие свою скорость при повышении температуры, не могут улететь с поверхности воды из-за препятствующего тому слоя масла. Масло испаряется медленно, потому при нагревании воды пузырьки масла просто начинают двигаться на поверхности по кругу, (что свидетельствует о конвекции), вода под маслом продолжает быстрее нагреваться, так как концентрация молекул не меняется, (молекулы не улетают наружу), давление растет. После непродолжительного нагревания видно, что пузырьки образуются под самой пленкой и вода вот-вот закипит. Тем не менее, масло продолжает мешать вылету молекул и требуется дополнительное время, чтобы испарить его полностью с поверхности. Это время как раз и компенсирует продолжительное нагревание воды без пленки. Потому время кипения практически одинаково.




Вывод: Скорость нагревания воды с тонким слоем масла на ее поверхности в большинстве случаев больше, чем скорость нагревания воды без такого слоя.


6




Скачать

Рекомендуемые курсы ПК и ППК для Вас