Смотрите запись вебинара для учителей о современных инструментах, повышающих эффективность обучения в классе и дистанционно

СДЕЛАЙТЕ СВОИ УРОКИ ЕЩЁ ЭФФЕКТИВНЕЕ, А ЖИЗНЬ СВОБОДНЕЕ

Благодаря готовым учебным материалам для работы в классе и дистанционно

Выбрать материалы

Скидки до 50 % на комплекты
только до

Готовые ключевые этапы урока всегда будут у вас под рукой

Организационный момент

Проверка знаний

Объяснение материала

Закрепление изученного

Итоги урока

Была в сети 20.05.2024 18:42

Швайко Лариса Анатольевна

Учитель физики, математики, информатики, астрономии

3 893

11 848

Подписчики

Подписки

Местоположение

Россия, Евпатория

Специализация

Астрономия

Информатика

Математика

Физика

Обо мне Блог Файлы Тесты Галерея Активность Награды

Методическая разработка урока по физике в 10 классе на тему: "Влажность воздуха и её измерение".

Категория: Физика

31.01.2023 06:46

Просмотр содержимого документа
«Методическая разработка урока по физике в 10 классе на тему: "Влажность воздуха и её измерение".»

Тема. Влажность воздуха и её измерение.

Учитель: Швайко Лариса Анатольевна,

МБОУ «СШ №13» города Евпатории, РК

Цели урока:

Образовательные: сформировать представление об абсолютной и относительной влажности воздуха, точке росы; изучить различные способы измерения влажности воздуха; научить измерять влажность воздуха.

Развивающие: развивать умение анализировать информацию, пользоваться таблицами и справочными материалами.

Воспитательные: воспитание интереса к предмету.

Оборудование: проектор, компьютер, презентация.

Тип урока: урок новых знаний.

Ход урока

Организационный момент.

Взаимное приветствие. Проверка готовности учащихся к уроку.

Подведение к теме занятия. Целеполагание.

Представьте себе на минуту, что вы находитесь в жаркой пустыне, вам очень хочется пить, но у вас нет воды. Если знать физику – от жажды в пустыне не умрёшь. Возникает вопрос. Как добыть воду в пустыне? (Ответы учащихся)

Конечно же из воздуха. Если вам придётся остаться в песках без капли воды, расстелите на земле полиэтиленовую плёнку и насыпьте на неё камней. На утренней заре камни покроются капельками воды, и вы сумеете собрать несколько глотков живительной влаги.

Сформулируйте тему и цели нашего урока.

Сегодня на уроке мы с вами изучим влажность воздуха и различные способы её измерения!

Актуализация опорных знаний.

Фронтальный опрос:

Что такое испарение?

Испарение – это парообразование, которое происходит на поверхности жидкости.

В чём разница испарения и кипения?

Кипение происходит только при температуре кипения и этот процесс затрагивает весь объем жидкости. Испарение же способно происходить при любой температуре и только на поверхности.

В чем причина процесса испарения?

Молекулы жидкости находятся в бесконечном хаотичном движении. При этом скорости молекул отличаются друг от друга, и если быстрая молекула окажется у поверхности жидкости, ей удастся вырваться, вылететь из вещества. Частиц, подобных ей, достаточно много, и процесс будет происходить до тех пор, пока вся жидкость не испарится.

От чего зависит скорость испарения?

Скорость испарения зависит от трёх факторов:

Род вещества: некоторые жидкости испаряются быстрее, чем остальные. Это происходит потому, что молекулы обладают меньшими силами притяжения.
Температура, причём эта зависимость прямо пропорциональна: чем больше температура, тем большее количество молекул вылетает из жидкости.
Площадь поверхности жидкости.

Что такое насыщенный пар?

Насыщенный пар – это пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью.

Что такое ненасыщенный пар?

Ненасыщенный пар – это пар, который не находится в динамическом равновесии, т.е. количество молекул, находящееся над жидкостью, не постоянно и процесс испарения продолжается.

Изучение нового материала.

Влажность воздуха – это содержание в нем водяных паров. В физике разделяют абсолютную и относительную влажность.

Абсолютная влажность (ρ) показывает, сколько граммов водяного пара содержится в воздухе объёмом 1 м³ при данных условиях.

Отношение массы к объёму носит название плотность. Под абсолютной влажностью мы подразумеваем плотность водяного пара. Измеряется она в кг/м3.

ρ =

m_пара – масса пара (воды) в воздухе, кг;

V_{воздуха} – объем воздуха, м³.

Абсолютная влажность прямо пропорциональна массе водяных паров: чем их больше, тем больше и абсолютная влажность, и обратно пропорциональна объёму воздуха. Так, при равной массе водяных паров абсолютная влажность воздуха будет больше в той ёмкости, у которой объем меньше, и наоборот. Если влажность равна 9,41∙10^-3 кг/м³, то это означает, что в 1 м³ содержится 9,41∙10^-3 кг водяного пара.

Парциальным давлением называют давление, которое производил бы водяной пар, если бы все остальные газы отсутствовали. Атмосферное давление складывается из парциальных давлений всех содержащихся в атмосфере газов. Таким образом, парциальное давление водяного пара является одним из показателей влажности воздуха. Парциальное давление измеряется в паскалях, хотя иногда используют миллиметры ртутного столба.

Миллиметры ртутного столба часто используются в метеорологии и медицине. Это связано с тем, что в качестве рабочей жидкости в термометрах и барометрах часто используется ртуть. При нормальном давлении:

1 атм. = 760 мм рт. ст.

1 атм. =101325 Па

Таким образом, мы можем заключить, что:

1 мм рт.ст. = Па ≈ 133,3 Па

Итак, чтобы определить влажность воздуха, нужно определить, насколько водяной пар, находящийся в воздухе близок к насыщению. Поэтому вводится понятие относительной влажности воздуха.

Относительная влажность воздуха (φ) – это отношение парциального давления водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре к давлению насыщенного пара при той же температуре, выраженное в процентах:

φ = ∙ 100%

Р – парциальное давление водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, Па;

Р_н.п. – давление насыщенного пара при той же температуре, Па.

Также, можно сказать, что:

Относительной влажностью воздуха (φ) называют отношение абсолютной влажности воздуха ρ к плотности ρ₀ насыщенного водяного пара при той же температуре, выраженное в %.

φ = ∙ 100%

ρ – абсолютная влажность, кг/м³;

ρ_н – плотность насыщенного водяного пара при данной температуре, кг/м³.

Для определения относительной влажности необходимо учитывать плотность насыщенного водяного пара.

Плотность и давление насыщенного пара зависят от температуры. Эти соотношения для удобства уже рассчитаны: в конце учебника по физике и в интернете даны соответствующие таблицы.

Температура, °C	Давление, мм рт.ст.	Плотность пара, г/см3
-6	2,76	2,54
-4	3,28	2,09
-2	3,88	3,51
0	4,58	4,84
2	5,3	6,4
4	6,1	7,3
6	7,0	8,3

Эта таблица ещё раз доказывает, что:

процесс испарения возможен при любой температуре;
с ростом температуры увеличиваются плотность и давление насыщенного пара.

Приборы для измерения влажности

Основные приборы для измерения влажности:

психрометрический гигрометр;
волосяной гигрометр;
конденсационный гигрометр.

В устройство психрометрического гигрометра входят два обыкновенных термометра: сухой и влажный (его конец обмотан тканью, опущенной в воду). Градусники дают разные показания: по этой разности температур с помощью специальных таблиц и определяют влажность воздуха.

Пример таблицы:

Алгоритм работы с психрометрическим гигрометром (психрометром):

зафиксировать показания сухого и влажного термометров;
найти разницу их значений;
сопоставить пункты 1 и 2 с помощью психрометрической таблицы.

Например, температура, которую показывает сухой термометр, 20°С, показание влажного термометра 15°С. Разность показаний 5°С. По таблице выше находим значение относительной влажности φ = 54%.

Действие волосяного гигрометра основано на способности волоса увеличивать свою длину при росте влажности воздуха. Вследствие изменения длины волоса стрелка перемещается, указывая на соответствующее значение относительной влажности на круговой шкале.

Строение волосяного гигрометра:

1 – человеческий волос;

2 – рама для крепления;

3 – стрелка с противовесом;

4 – шкала.

С помощью конденсационного гигрометра можно определить относительную влажность воздуха по точке росы.

Точка росы – это температура воздуха, при которой содержащийся в нем пар достигает состояния насыщения и начинает конденсироваться в росу.

Строение конденсационного гигрометра:

1 – металлическая коробка;

2 – передняя стенка;

3 – кольцо;

4 – теплоизолирующая прокладка;

5 – резиновая груша.

Для определения точки росы также существует таблица:

Первое, что нам нужно узнать, - это значение начальной температуры воздуха и его относительную влажность. Допустим, мы взяли воздух при температуре 17°С и влажности 50%. До какой температуры необходимо охладить его, чтобы водяной пар начал конденсироваться? Сопоставим данные значения по таблице: им будет соответствовать 5,9°С.

Действие конденсационного гигрометра основано на измерении количества конденсата, который скапливается на стеклянных поверхностях. Встроенный термометр измеряет значение температуры этой жидкости, что трансформируется внутри прибора в значения относительной влажности. Гигрометр такого типа считается высокоточным прибором. Его используют для получения информации о микроклимате в помещении.

Закрепление изученного материала.

Решение задач

1. Определите абсолютную влажность воздуха в кладовке объёмом 10 м³, если в нем содержится водяной пар массой 0,12 кг.

Дано:
V = 10 м³
m = 0,12 кг

Решение:

Для определения абсолютной влажности воздуха используем данную формулу:
ρ =

Подставим в неё известные значения и рассчитаем абсолютную влажность воздуха в кладовке:

ρ = = 0,012 = 12 .

ρ - ?

Ответ: ρ = 12 .

2. Через фильтр с сорбентом, поглощающим водяной пар, пропущено 5 л воздуха, после чего масса фильтра увеличилась на 120 мг. Какова абсолютная влажность воздуха?

Дано:
V = 5 л
Δm = 120 мг

СИ:
V = 5⋅10 ^–3 м³
Δm = 120⋅10 ⁻⁶ кг

Решение:

Фильтр с сорбентом осушил воздух. После этого его масса увеличилась, а в воздухе не осталось водяных паров. Значит, масса фильтра увеличилась на массу водяных паров, ранее содержащихся в воздухе:
Δm_ф = m.

Рассчитаем абсолютную влажность воздуха:

ρ = ,

ρ = = 24 ∙ 10^-3 = 24 .

ρ - ?

Ответ: ρ = 24 .

3. Относительная влажность воздуха в комнате φ=60%, температура 16°C. До какой температуры надо охладить металлический предмет, чтобы на его поверхности появилась роса?

Дано:
φ = 60%
t₁= 16°C

Решение:

В этой задаче нам нужно найти точку росы – температуру, при которой пар, находящийся в воздухе, станет насыщенным. Именно при этой температуре предмета на нем начнут образовываться капельки росы.

Запишем формулу относительной влажности воздуха:
φ = ∙ 100%

Выразим отсюда абсолютную влажность ρ – плотность водяных паров:

ρ = .

ρ₀ – это плотность насыщенного водяного пара при той же температуре, т.е. при 16°С. Из таблицы («Давление и плотность насыщенных паров воды при различных температурах») мы видим, что при температуре 16°C плотность насыщенного пара будет равна

ρ₀ = 13,6 .

Теперь мы можем рассчитать абсолютную влажность:

ρ = = 8,16 .

И снова используем таблицу («Давление и плотность насыщенных паров воды при различных температурах»). Теперь нам нужно, чтобы водяной пар такой плотности стал насыщенным. Смотрим ближайшее значение – ρ = 8,3 . Такой плотности насыщенного пара соответствует температура 8°C.

Значит, чтобы на поверхности металлического предмета появились капельки росы, нужно охладить его до t₂ ≈ 8°C.

t₂ - ?

Ответ: t₂ ≈ 8°C.

4. В некотором закрытом сосуде при температуре 10 ℃ относительная влажность воздуха равна 75%. В этом же сосуде при температуре 25 ℃, относительная влажность воздуха равна 28%. Найдите отношение давления насыщенного пара при температуре 25 ℃ к давлению насыщенного пара при температуре 10 ℃.