Кипение. Парообразование

Урок № Тема: Кипение.

Цель урока:

Познакомить учащихся с явлением кипения. Научить объяснять процесс кипения на основании молекулярно-кинетической теории. Рассмотреть фи­зические особенности кипения.

Демонстрации:

1. Наблюдение процесса нагревания и кипения воды в стеклянной колбе.

2. Кипение воды при повышенных и пониженных давлениях.

Ход урока

Фронтальный опрос

1. Дайте определение явления парообразования. Укажите два способа перехода жидкости в газообразное состояние.

2. Какой процесс называется испарением жидкости? Раскройте физическую сущность процесса испарения жидкости на молекулярном уровне.

3. От каких факторов зависит скорость испарения жидкости? Дайте объяснение этим зависимостям.

4. Объясните охлаждение жидкости при испарении в случае отсутствия притока энергии извне.

5. Почему температура испаряющейся жидкости в обычных условиях остается неизменной?

6. Какой процесс называется конденсацией?

7. Поглощается или выделяется энергия при испарении? Конденсации?

Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Процесс кипения; демонстрация кипения.

2. Температура кипения.

3. Температура кипения при пониженном давлении.

1. Процесс кипения

Напом­ним основные особенности процесса испарения:

• во-первых, испарение жидкости идет при любой температуре;

• во-вторых, молекулы жидкости покидают ее лишь с поверхности.

При этом процесс испарения сопровождается уменьшением внутренней энергии жидкости и при отсутствии подвода тепла к жидкости ее темпера­тура должна неуклонно уменьшаться.

Но есть еще один вид парообразования. Это - кипение.

Очень удобно показать зарождение этого процесса при нагревании воды в широкой колбе.

При этом можно заметить на дне и стенках колбы в начале нагрева ма­ленькие пузырьки воздуха: при нормальных условиях в воде много раство­ренных газов. По мере нагрева давление в этих пузырьках увеличивается за счет увеличения скорости движения молекул, и объем пузырьков растет.

По ходу демонстрации опыта учитель задает вопрос:

- Какие силы действуют на пузырек воздуха, наполненный паром, когда он находится внутри жидкости?

С ростом объема пузырька выталкивающая сила Архимеда, действую­щая на него, увеличивается, и пузырек начинает всплывать. На поверхно­сти воды пузырек лопается, и пар из него уходит в воздух. Мы наблюдаем процесс кипения.

Опр. Кипение - процесс парообразования, происходящий по всему объе­му жидкости при постоянной температуре.

Отличие процесса кипения от процесса испарения жидкости:

• испарение жидкости происходит только с ее поверхности; при кипении жидкость испаряется не только со свободной поверхности, но и внутри пузырьков воздуха;

• испарение жидкости происходит при любой температуре; кипение жидкости (от начала до конца) происходит при определенной и постоянной для каждой жидкости температуре.

1. Температура кипения

Опр. Температура, при которой происходит кипение, называется температу­рой кипения.

Для воды при нормальных условиях она равна t_к = 100°С.

Учитель задает вопросы:

• Почему в процессе кипения температура остается постоянной?

• На что расходуется энергия, подводимая к жидкости при кипении?

Легко понять, почему при кипении температура воды остается постоян­ной: все количество теплоты от горелки уходит на поддержание внутрен­ней энергии кипящей жидкости - ведь воздушные пузырьки с паром уносят значительную энергию при отрыве от поверхности жидкости.

Обсуждение температуры кипения различных жидкостей таблица 5, стр. 45

1. Температура кипения при пониженном давлении

Далее учитель может показать очень яркий опыт, демонстрирующий кипение воды, например, при 70°С.

Для этого опыта из колбы с водой, нагретой до этой температуры, начи­наем при помощи насоса Комовского откачивать воздух. Через некоторое время вода внутри колбы начинает бурлить - начнется процесс кипения.

Объяснение этому явлению следующее: при уменьшении давления воз­духа над поверхностью воды воздушным пузырькам легче всплывать. По­этому они это делают при меньшей температуре. Именно поэтому высоко в горах, на высотах 6000-8000 м мы не сможем сварить суп или кусок мяса. Температура кипения на таких высотах 70-50°С.

Температуру кипения можно и увеличить. Это можно сделать при по­мощи автоклавов - мощных котлов, в которых создают избыточное давле­ние. При этом воду можно заставлять кипеть при температуре 200-350°С. Автоклавы используют для стерилизации медицинских инструментов.

На том же принципе работают и «скороварки» - кастрюли с плотно прилегающей крышкой. За счет давления пара над водой создается давле­ние до 200 кПа и вода кипит при t = 110—120°C.

Повышая давление, мы понижаем температуру кипения. Именно на этом принципе работают холодильные аппараты.

Некоторые сложные жидкости, например нефть, состоят из различных фракций с различными температурами кипения. При нагревании нефти путем выпаривания можно разделять ее на составные части (мазут, бензин).

Закрепление изученного материала

Если в конце урока остается время, можно коллективно разобрать ряд простых задач по изученной теме:

1. Какая из жидкостей - вода, ртуть или эфир - кипит при самой низкой температуре?

2. В каком агрегатном состоянии находится при нормальном давле­нии спирт при 100°С и вода при 100°С?

3. Что обладает большей внутренней энергией: вода при температу­ре 100°С или ее пар той же массы при той же температуре?

Домашнее задание: §18 учебника; вопросы и упражнения к параграфу.

Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 1109-1111.