Конспект урока "Влажность воздуха", 10 класс

Конспект урока по физике для 10 класса

на тему «Влажность воздуха»

Цели урока:

- Образовательная: сформировать понятие о влажности воздуха, ознакомить учащихся с методами и способами ее измерения.

- Воспитательная: экологическое воспитание учащихся на примере значения влажности воздуха для техники, сельского хозяйства, быта.

- Развивающая: развить понимание и познавательный интерес учеников средствами создания проблемной ситуации.

Оборудование и материалы: психрометр, стакан с водой, гигрометр водяной, эфир, термометр, дидактический материал, таблицы.

Демонстрации: устройство и применение психрометра и гигрометра.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Методы преподавания: проблемный.

Метод учебы: поисковый.

Домашнее задание: § 70, 71 изучить материал параграфов; стр. 237 задачи №4, 6 решить.

Ход урока:

I ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ МОМЕНТ

II ПОДГОТОВКА К ИЗУЧЕНИЮ НОВОГО МАТЕРИАЛА (7 мин)

Фронтальная беседа с учащимися.

1. Что такое испарение? (Процесс перехода жидкости в газообразное состояние (парообразование), происходящее с ее свободной поверхности)

2. Назовите основные факторы, определяющие процесс испарения.

а) испарение зависит от площади свободной поверхности жидкости (чем площадь, тем испарение);

б) испарение зависит от рода жидкости (эфир скорее испаряется, чем вода);

в) испарение зависит от температуры жидкости (чем тем скорее происходит процесс испарения);

г) испарение зависит от скорости движения воздушных масс над поверхностью воды ( в ветреную погоду испарение более интенсивное).

3. Как процесс испарения объяснить с точки зрения молекулярно-кинетической теории?

а) испарение зависит от площади свободной поверхности жидкости потому, что чем больше площадь поверхности, тем большее количество молекул находится на ее поверхности;

б) зависимость испарения от температуры объясняется тем, что чем более высокая температура тем большая скорость молекул, а следовательно их энергия. Поэтому самые быстрые молекулы, владея большей энергией, разрывают связь со своими менее быстрыми соседями и переходят из жидкого в газообразное состояние;

в) зависимость от рода вещества – в разных жидкостях взаимодействие между молекулами разное. То вещество испаряется быстрее, сила притяжения между молекулами, которого более мала. Это значит, что в эфире эти силы меньше, чем у воды;

г) для объяснения зависимости испарения от движения воздушных масс над поверхностью жидкости можно ответить так: самые более энергичные молекулы, вырвавшись с поверхности жидкости постепенно уменьшают свою скорость , а значит – энергию. Поэтому те, у кого скорость небольшая, могут опять вернуться в жидкость, что и происходит, если над поверхностью жидкости нет движения воздуха, а если есть, то молекулы жидкости устраняются с потоком воздуха.

4. Каким бывает пар?

(Насыщенный и ненасыщенный).

5. Что называется насыщенным паром?

(Газ, который находится в термодинамическом равновесии с жидкостью. Ненасыщенный пар – газ, который не находится в т/д равновесии с жидкостью).

6. Какие основные свойства насыщенного пара?

а) Давление насыщенного пара не зависит от объема, который занимает пар;

б) давление насыщенного пара разных веществ не одинаковое;

в) давление насыщенных паров зависит от температуры жидкости.

7. Подчиняется ли насыщенный пар газовым законам?

(Нет, газовые законы к насыщенному пару применить невозможно, так как его масса при переходе из одного состояния в другое изменяется).

8. Возможно ли применить уравнение Менделеева-Клапейрона к насыщенному пару?

(Да, в каком-нибудь состоянии к насыщенному пару возможно применять уравнение Менделеева-Клапейрона).

9. Возможно ли применить к ненасыщенному пару газовые законы?

(Да, возможно. Например, закон Шарля: если ненасыщенный пар охлаждать, его давление будет уменьшаться. Согласно с законом Шарля, зависимость р от Т будет линейной).

10. Эта зависимость всегда будет линейной?

(Нет. При достижении некоторой температуры Т над точкой росы пар становится насыщенным и последующее его охлаждение приводит к его частичной конденсации: на стенках сосудов появляется роса).

11. Что называется точкой росы?

(Температура, при которой пар переходит в состояние насыщения).

III ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА С ЗАКРЕПЛЕНИЕМ (23 мин)

- Кто даст объяснение: почему запотевают очки, когда человек входит с мороза в комнату? (Рымкевич А.П. № 556 (618)) (Стекла очков у человека, который вошел с мороза, имеют меньшую температуру, чем в комнате. Значит пар, который есть в комнате при сталкивании с холодным предметом конденсируется: на стенках очков появляется роса).

- Да, ответ верен, в воздухе всегда есть водяной пар. Он образуется с поверхности океанов, морей, озер, водоемов, рек. От количества водяного пара, который находится в воздухе, зависит погода, самочувствие человека, функционирование многих его органов, жизнь растений, а также сохранение технических объектов, архитектурных сооружений, произведений искусства. Поэтому очень важно следить за влажностью воздуха, уметь измерять ее.

(Предлагаю решить ряд задач, непосредственно связанных с оцениванием условий жизни и деятельности людей).

1. Как вы знаете, влажность играет важную роль в образовании нормальных условий жизни. Влажность, температура и скорость движения потоков воздуха определяют так называемые комфортные условия. Для человека комфортные условия такие: температура 18°С, относительная влажность воздуха 50 %. Почему повышенная или сниженная влажность воздуха ухудшает условия жизни?

2. В производственных помещениях автотранспортных предприятий наблюдается разная относительная влажность воздуха: - в сушильной камере – 10% при температуре 30°С, в моечных и шино - монтажных отделениях – 80% при температуре 20°С, в гальваническом – 95% при температуре 18°С.

Сколько граммов водяного пара вмещается в 1 м³ воздуха этих помещений? На сколько ее количество отличается от нормальных условий? Дайте экологическую оценку условиям труда на данном производстве.

3. Относительная влажность воздуха в мастерской объемом 100 м³ при температуре15°С составляет 30 %. Сколько воды необходимо выпарить для того, чтобы при этой же температуре получить относительную влажность 50 %?

- Как вы считаете, водяной пар, который содержится в воздухе насыщенный?

- (Ненасыщенный).

- Почему?

- (Если бы он был насыщенный, то поверхность Земли, все что на ней находится была бы покрыта капельками воды и никогда бы не высыхала.)

- А как объяснить, что иногда воздух очень сух?

- (Водяной пар, который находится в воздухе далек от насыщения.)

- Как вы считаете, одинаково ли давление насыщенного водяного пара в воздухе и ненасыщенного?

- (Обычно давление насыщенного водяного пара при данной температуре больше, чем давление ненасыщенного пара).

- Сравнив эти давления, судят о влажности воздуха при данной температуре. Для этой цели введена особенная величина, которая называется относительной влажностью воздуха.

- Запишите в тетради определение.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ:

- Относительной влажностью воздуха φ называют выраженное в процентах отношение давления водяного пара Р, который находится в воздухе, к давлению насыщенного пара Рн при данной температуре:

φ = ·100 %

Испарение воды из водоемов, с предметов, которые содержат влагу, из растений, из открытых слизистых оболочек организма происходит тем быстрее, чем меньше относительная влажность воздуха. Из вышесказанного можно сделать вывод, что для хорошего самочувствия и здоровья необходимо, чтобы относительная влажность была в границах от 40% до 60%. Но в домах и школах в зимние месяцы относительная влажность воздуха часто на превышает 10% или 20%. Такие условия вызывают быстрое испарение и высыхание слизистой оболочки носа, гортани, легких, что приводит к простудным и другим заболеваниям.

- Как помочь себе в таких условиях?

(В зимний период необходимо увлажнять воздух с помощью специальных устройств).

- Что необходимо сделать для того, чтобы определить влажность воздуха?

(Измерить температуру воздуха и по таблице найти давление насыщенного пара, соответствующего данной температуре. Определить точку росы и по этой же таблице найти давление водяных паров, какие содержатся в воздухе. По формуле определить относительную влажность).

- Для определения точки росы водяных паров, которые содержатся в воздухе, созданы специальные приборы — гигрометры. Наиболее простым из них является гигрометр Ламбрехта. Как видим, основной частью этого прибора является металлический сосуд в форме цилиндра, ось которого занимает горизонтальное положение. Внутрь цилиндра входит трубка, которая присоединяется к какому-нибудь воздуходувному устройству, например, в данном случае, к резиновой груше. Внутрь цилиндра наливают эфир. Продувая через эфир воздух, убыстряют его испарение. Испаряясь, эфир охлаждается и охлаждает цилиндр. Когда температура цилиндра становится равной температуре точки росы, что происходит с его поверхностью? (Ученики отвечают, согласно с наблюдением: его поверхность «запотевает»).

Для измерения температуры внутрь цилиндра вставим термометр. Для того, чтобы момент выпадения росы был заметнее, на цилиндр одевают блестящее кольцо, изолированное от него теплоизоляционной прокладкой.

- Давайте с помощью гигрометра и термометра определим относительную влажность по установленным правилам. Температура воздуха равняется 18°С, а точка росы, которая определена с помощью гигрометра, оказалась 10°С.

- Найдите по розданным вам таблицам, какое значение давления насыщенного пара отвечает данным температурам?

(2070 Па — 18°С

1230 Па — 10°С)

- Определите по формуле относительную влажность:

φ = ·100 %

φ = 59 %

- Относительную влажность можно найти не только путем определения точки росы, но и с помощью другого специального прибора — психрометра. (Демонстрирую прибор).

- Из чего состоит прибор?

(Из двух термометров, закрепленных на пластмассовой панели).

- Чем они отличаются один от другого?

(Резервуар одного из них обмотан тканью, нижняя часть которой опущена в сосуд с дистиллированной водой).

- Что регистрирует сухой термометр?

(Температуру воздуха).

- А влажный?

(Температуру испарения воды).

- При испарении воды ее температура снижается. Чем более сухой воздух (меньшая относительная влажность), тем интенсивнее испаряется вода из влажной ткани и тем ниже ее температура.

- Какой вывод можно сделать?

(Разница показателей сухого и влажного термометров зависит от относительной влажности воздуха).

-Зная разницу температур, определяют относительную влажность воздуха по специальным психрометрическим таблицам.

IV ОПЕРИРОВАНИЕ НОВЫМИ ЗНАНИЯМИ (13 мин)

- Ребята, давайте рассмотрим несколько задач для закрепления материала.

Задача №1

В 4 м³ воздуха при температуре 16°С находится 40 г водяного пара. Найти относительную влажность.

Дано: Решение:

V=4 м³ φ = ∙ 100 %;

t=16°С ρ = m/V

m= 40 г φ =( m/V∙ 100%) : p_н

ρ_н = 13,6 г/м³ φ = (∙100%) :13,6 г/м³

—————— φ = 74 %

φ -?

Ответ: 74 %

Задача №2

Относительная влажность в комнате при температуре 16°С составляет 65%. Как изменится она при понижении температуры на 4 К, если парциальное давление водяного пара остается таким же?

Дано: Решение:

t = 16°С φ₁=(р₁/р_н1)∙100%;

t = 12°С φ₂ = (р₁/р_н2)·100%;

φ₁ = 65% р₁= (φ₁∙р_н1) / 100%;

р_н1=1,81 кПа Δφ=φ₂ – φ₁;

р_н2=1,40 кПа р₁ = (65% · 1,81 г/м³) / 100%;

—————— р₁ = 1,18 кПа;

φ₂ - ? φ₂ =((1,18 кПа ) / 1,40 кПа) ∙ 100%;

Δφ - ? φ₂ = 84%;

Δφ = 84% - 65%;

Δφ = 19%.

Ответ: относительная влажность изменилась на 19 %.

Задача №3

Влажный термометр психрометра показывает 10°С, а сухой 14°С. Найти относительную влажность, парциальное давление и плотность водяного пара.

Дано: Решение:

t_в = 10°С φ = (р/р_н) ∙ 100%;

t_с = 14°С р = (φ∙р_н)/ 100%;

φ - ? р= (60% ∙ 1,6 кПа) / 100%;

р -? р= 0,96 кПа;

ρ- ? φ определяем по психрометрической таблице: φ= 60%;

ρ = (φ·р_н) / 100%;

ρ= (60% · 12,1 г/м³) / 100%;

ρ= 7,26 г/м³.

Ответ: φ= 60%; р= 0,96 кПа; ρ= 7,26 г/м³.

V. Подведение итогов. Оценивание учащихся.

Перед началом урока была проведена беседа с учениками. Ученикам были заданы следующие вопросы:

1. Что такое экология?

2. Какие вы знаете организации, которые занимаются охраной окружающей среды?

3. Имеет ли физика какое-нибудь отношение к экологии? Если имеет, то какое?

4. Какие экологические проблемы нашего района вам известны?

5. Делаете ли вы свой вклад в охрану окружающей среды?

9