WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 |

«Прикладные вопросы математики Фазовые переходы воды: зависимость температуры кипения воды и температуры плавления льда от концентрации соли в растворе Антропова ...»

-- [ Страница 1 ] --

Краевой конкурс учебно-исследовательских и проектных работ учащихся

«Прикладные вопросы математики»

Прикладные вопросы математики

Фазовые переходы воды: зависимость температуры кипения воды

и температуры плавления льда от концентрации соли в растворе

Антропова Екатерина,

Никонов Михаил,

МОУ «Гимназия №2»

г. Соликамска, 9 кл.

Львова Татьяна Вячеславовна, учитель физики МОУ «Гимназия №2»

1 Оглавление I. Введение

II. Теоретическая часть работы

1. Кинетическая и потенциальная энергии молекул

2. Объяснение фазовых переходов 1-го рода на основании молекулярнокинетической теории:

В учебнике названы температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении - 1000С и температура кристаллизации льда - 00С. Эти значения при нормальном атмосферном давлении служат реперными точками температурной шкалы термометра Цельсия.

А) Молекулярная картина кипения и конденсации

Б) Молекулярная картина плавления и кристаллизации

I. Экспериментальная часть работы

1. Изучение зависимости температуры кипения воды от концентрации соли в ней при постоянном атмосферном давлении

2. Изучение зависимости температуры плавления льда от концентрации соли в нём при постоянном атмосферном давлении

IV.Заключение

v. Библиографический список

VI. Приложения

Лабораторная работа для физического практикума в 11-ом классе по теме «Определение зависимости температуры кипения воды от концентрации соли в ней»

Лабораторная работа для физического практикума в 11-ом классе по теме «Определение зависимости температуры плавления льда от концентрации соли в нём»

Фотографии экспериментальной установки

I. Введение Роль воды в жизни нашей планеты удивительна и, как ни странно, раскрыта еще не до конца. Но давно известно, что самим появлением жизни на нашей планете мы обязаны воде.

Вся практическая деятельность человека, с самой глубокой древности, связана с использованием воды и водных растворов и для приготовления пищи, и для других житейских надобностей. Природная вода не бывает совершенно чистой.

Наиболее чистой является дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных веществ, которые захватывает из воздуха.

Вода - на первый взгляд, простое химическое соединение водорода и кислорода, но именно она является универсальным растворителем значительного количества веществ. Особенно ярко свойства растворителя проявляются в морской воде, в ней растворяются почти все вещества. Около семидесяти элементов Периодической системы содержатся в ней в обнаруживаемых количествах. Даже редкие и радиоактивные элементы находятся в водах морей и океанов. В наибольшем количестве содержатся: хлор, натрий, магний, сера, кальций, калий, бром, углерод, стронций, бор. Одного только золота растворено в водах океана по 3 кг на душу населения Земли.

По содержанию растворенных в ней веществ вода делится на 3 класса: пресная, соленая и рассолы. Наибольшее значение в быту имеет пресная вода. Хотя вода покрывает три четверти поверхности Земли, запасы ее огромны и постоянно поддерживаются кругооборотом воды в природе, но проблема обеспечения пресной водой во многих районах земного шара не решена и с развитием научнотехнического прогресса обостряется.

Плотность соленой воды превышает плотность дистиллированной воды и зависит от состава растворенных солей и общей солености S. Общая соленость морской воды не превосходит 4%, тогда как в соленых озерах она достигает 25 — 30%.

Вода так называемых пресных озер и рек всегда немного минерализована. Например, концентрация солей воды озера Байкал составляет 0,0697кг/м3. Поэтому для природных озер и искусственных водохранилищ температура наибольшей плотности воды всегда немного меньше 4°С.

Очевидно, что с увеличением солёности воды, т.е. с увеличением процентного содержания соли в ней, каким–то образом должны изменяться её физические свойства: теплопроводность и электропроводность, теплоёмкость, температуры фазовых переходов и другие. Достаточно большой интерес вызывает, в частности, давно укоренившееся мнение о том, что в процессе приготовления пищи добавлением соли в воду можно добиться более быстрого её закипания. Причиной этого считается понижение температуры кипения воды при увеличении её солёности.

Но так ли это на самом деле? Вопрос этот оказался настолько актуальным для многих, что вызвал нешуточный спор по этой теме на интернет-форумах, в которых приняли участие не только домохозяйки и кулинары, но и люди, всерьёз занимающиеся наукой. Мы решили проверить высказанное выше мнение об изменении температуры кипения воды от её солёности.

Большой практический интерес вызывает также вопрос об изменении температуры замерзания воды при увеличении её солёности. Это связано с аномальным расширением воды при охлаждении в определённом интервале температур – вблизи значения 4°С. Необходим строгий учёт этого явления, в частности, в системе водоснабжения. Зависимость температуры замерзания воды (или плавления льда) от солёности мы также решили выяснить.

Гипотеза: температуры фазовых переходов воды (вода – пар и вода – лёд) зависят от содержания солей:

1. Растворение поваренной соли в воде приводит к образованию новых электромагнитных связей между молекулами воды и ионами натрия и хлора, но при этом, возможно, уменьшаются силы взаимодействия (водородные связи) между отдельными молекулами воды. Если в целом потенциальная энергия молекул при этом увеличивается, то, как следствие, должна быть увеличена и кинетическая энергия, необходимая для разрыва связей между молекулами, то есть температура кипения с повышением концентрации рассола возрастёт. И наоборот: если в целом потенциальная энергия взаимодействия молекул с появлением ионов натрия и хлора уменьшается, то и температура кипения станет ниже.



2. Привнесение в кристаллическую решётку льда ионов натрия и хлора (при растворении соли в воде) изменяет силу электромагнитного взаимодействия молекул и, как следствие, внутреннюю энергию вещества. При этом температура плавления льда также должна измениться в ту или иную сторону - в зависимости от того, становятся ли связи между молекулами в ней более прочными или наоборот ослабевают.

Цель работы: оценить изменения, происходящие во взаимодействии молекул воды и льда, при повышении концентрации содержащихся в них солей, исследуя зависимость температуры фазовых переходов воды от концентрации рассола.

1. Теоретическое описание взаимодействия молекул в зависимости от расстояния между ними, изучение процессов фазовых переходов вещества с точки зрения молекулярно-кинетической теории.

2. Получение исследовательских навыков - экспериментальное выяснение зависимости температуры кипения воды и температуры плавления льда от содержания в них поваренной соли, объяснение полученных результатов, оформление экспериментальных данных, в том числе и графическое представление информации, с учётом погрешностей измерения.

3. Разработка лабораторных работ для физического практикума в 11-ом классе по темам «Определение зависимости температуры кипения воды от концентрации соли в ней» и «Определение зависимости температуры плавления льда от концентрации соли в нём».

Предмет исследования: физические свойства воды.

Объект исследования: процессы кипения воды и плавления льда.

Методы исследования: физический эксперимент, изучение учебной и научно-популярной литературы.

1. Кинетическая и потенциальная энергии молекул Поскольку молекулы всегда находятся в движении, каждая из них обладает кинетической энергией Ек. В силу своего взаимодействия молекулы обладают также и потенциальной энергией П. Соотношение этих энергий и определяет в конечном итоге прочность молекулярных связей и, следовательно, температуру фазового перехода.

Силы отталкивания условились считать положительными, а силы притяжения – отрицательными. На рис. а) показан график изменения равнодействующей сил отталкивания и притяжения между двумя молекулами А и Б в зависимости от расстояния rмежду их центрами. При расстоянии между центрами молекул, равном а, молекулы находятся в устойчивом равновесии, так как равнодействующая молекулярных сил в этом случае равна нулю. При сближении молекул равнодействующая представляет собой силу отталкивания (положение 2), а при удалении (положение2) – силу притяжения.

Как известно, устойчивому положению соответствует минимум потенциальной энергии.

На рис. б) показан график зависимости потенциальной энергии взаимодействия молекул от расстояния между ними. Часть этого графика вблизи минимального значения потенциальной энергии называется потенциальной ямой, а величина наименьшей энергии – глубиной ямы.

Представим себе, что молекула А находится в точке О, а молекула Б – в точке б. При движении молекулы Б влево (уменьшениеr) её кинетическая энергия резко убывает, при этом возрастает потенциальная энергия, и сближение молекул прекращается. При движении молекулы Б вправо (увеличение r) её кинетическая энергия тоже будет переходить в потенциальную, и если Ек будет больше Пмин, то молекулы А и Б могут разойтись как угодно далеко.

Другими словами, кинетическая энергия молекулы Б достаточна для преодоления потенциального барьера Пмин, и молекула может выйти из потенциальной ямы.

Если же Екбудет меньше Пмин, то молекула будет двигаться внутри потенциальной ямы, например между точками 1 и 2, и не сможет уйти за её пределы, т.е. будет совершать колебательное движение. Чем больше будет энергия Ек, тем правее будет находиться точка Г, около которой происходят колебания молекулы Б, т. е. больше будет среднее расстояние r между молекулами А и Б. Поэтому с нагреванием тел и, следовательно, с увеличением средней кинетической энергии молекул происходит тепловое расширение большинства веществ. Объясняется это тем, что с изменением расстояния r силы отталкивания меняются быстрее, чем силы притяжения (график силы слева от точки б идёт вверх круто, а справа – опускается более полого).

2. Объяснение фазовых переходов 1-го рода на основании молекулярно-кинетической теории:

В курсе физики 8-го класса в теме «Тепловые явления» мы изучаем фазовые переходы 1-го рода - переходы вещества из одного агрегатного состояния в другое.

В учебнике названы температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении - 1000С и температура кристаллизации льда - 00С. Эти значения при нормальном атмосферном давлении служат реперными точками температурной шкалы термометра Цельсия.

Однако при измерении этих температур в классе мы получили другие величины, и решили выяснить, в чём причина отличий. Причин оказалось две: вопервых, давление атмосферы у нас на Урале зачастую меньше нормального, т.к.

наш край расположен выше уровня моря, а во-вторых, в нашей соликамской водопроводной воде большое содержание солей.

Водопроводная вода города Соликамска довольно сильно минерализована.

Лабораторные исследования показали, что в одном кубическом дециметре нашей воды содержится:

Ионов кальция – 61 мг Гидрокарбонат-ионов – 220 мг Сульфатов – 25 мг Ионов магния – 17 мг Ионов хлора – 16,8 мг Нитратов – 13,4 мг Ионов натрия - 2,8 мг Ионов калия – более 1 мг Аммиака и аммония – более 0.1 мг Нитритов – более 0, 005 мг Мы не будем затрагивать в нашей работе медицинских и иных проблем, связанных с повышенной минерализацией нашей воды. Однако нам было любопытно сравнить температуры кипения и плавления льда, полученного из дистиллированной воды и воды водопроводной. Измерения проводились при атмосферном давлении 765 мм рт.ст. с помощью температурных датчиков. Были получены такие значения:



Pages:     || 2 | 3 |
 



Похожие работы:

«XII Международная учебно методическая конференция “Современный физический практикум”, Москва, 25–27 сентября 2012 года Программный комитет Сопредседатели: Ж.И. Алферов, акад. РАН, СПб ФТНОЦ РАН; О.Н. Крохин, акад. РАН, ФИАН, проф. МИФИ. Зам. Председателя: А.А. Александров, д.т.н, профессор, ректор МГТУ им. Н.Э.Баумана. М.Б. Шапочкин, проф., председатель правления МФО. Члены программного комитета: А.Д. Гладун, проф., МФТИ (ТУ); В.О. Гладышев, проф., декан факультета ФН МГТУ им. Н.Э. Баумана;...»

«АЭРОЛОГИЯ Часть II ФИЗИКА СВОБОДНОЙ АТМОСФЕРЫ.Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебного пособия ' для студентов университетов и гидрометеорологических вузов БИБЛИОТЕКА Ланинградского 'Гидрометеоролог, ческого Ино^тута ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО Ленинград • 1965 УДК 551.510.536 АННОТАЦИЯ В книге дано систематическое изложение современных данных о составе воздуха и его изменениях с высотой, о радиационном и тепловом режиме атмосферы, о...»

«МОСКВА МАКС ПРЕСС 2001 ББК 22.3г + 22.311 + 22.654.1 + 26.823 + 63.2 + 63.3(0) + 63.3(2) + 63.3(7) + 63.5 + 81 + 82 + 86.2 + 87.21 Б87 УДК 39 + 398 + 51-7 + 519.763 + 519.765 + 530.1 + 530.11 + 550.3 + 551.1 + 551.4 + 801.54 + 903.7 + 930.9 + 980 Научное издание Братков Ю.Н. Б87 Теория гиперобъектов. – М.: МАКС Пресс, 2001. – 108 с. ISBN 5-317-00277-Х На многочисленных примерах показано, что за древними мифологическими конструкциями стоит теоретическая физика высокого уровня. Дальнейшее...»

«rравиметрия Перевод с английского канд. техн. наук Г. А. Шанурова под редакцией канд. техн. наук А. П. Юзефовича Москва Мир 1999 УДК528.2 ББК26.11 Т59 Topre В. Т59 Гравиметрия: Пер. с англ.- М., Мир, 1999.- 429 с., ил. ISBN 5-03-002809-9 В книге известиого немецкого специалиста, основанной на курсе лекций в Уннверсиrете Ганновера, рассматрнваются все основные разделы гравиметрии: теория гравитационного поля Земли и его пространствеино-временная стр}'К'I)'Ра, измерения силы тяжести и вгорых...»

«ПРОГРАММА МЕЖДУНАРОДНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ И НЕЛИНЕЙНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕДАХ 6-9 сентября 2000 г. Конференция проводится при поддержке Министерства науки и технологий Российской Федерации и Российского фонда фундаментальных исследований (код проекта 00-02-26122) Махачкала 2000 посвящается памяти академика Бориса Борисовича Кадомцева Борис Борисович Кадомцев (1928 – 1998) 2 Организационный комитет: Сопредседатели: академик РАН К.С. Александров, Россия чл.-корр. РАН И.К....»

«РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ Московского физико-технического института (государственного университета) в 2011 году МОСКВА МФТИ 2012 Под редакцией Н.Н. Кудрявцева, Т.В. Кондранина, Ю.Н. Волкова, Л.В. Ковалевой Результаты работы Московского физико-технического института (государственного университета) в 2011 году. – М.: МФТИ, 2012. – 286 с. © федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский физико-технический институт (государственный...»

«ESC GUIDELINES DESK REFERENCE ESC Committee for Practice Guidelines To improve the quality of clinical practice and patient care in Europe COMPENDIUM OF ESC GUIDELINES 2007 Москва 2008 КЛИНИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ЕВРОПЕЙСКОГО ОБЩЕСТВА КАРДИОЛОГОВ-2007г. М., 2008 - 186 с. Книга издана при участии Всероссийского научного общества кардиологов, Национального научно-практического общества скорой медицинской помощи, ЗАО МЕДИ Экспо. Перевод с английского. ISBN 978-5-94943-034-7 ©МЕДИ Экспо, 2007...»

«Редакционный совет книги выражают искреннюю благодарность за ценную помощь в подготовке и издании книги: Линик Людмиле Ниловне, Ершову Михаилу Аркадьевичу, Стороненко Майе Геннадьевне, Федяниной Ирине Анатольевне, Ильину Евгению Васильевичу, Науменко Ольге Васильевне, а также руководству и сотрудникам компаний и общественных организаций, при участии и поддержке которых было выпущено данное издание: Mobility Working Group of The European Council of Doctoral Candidates and Junior Researchers, ООО...»

«Вл. П. ВИЗГИН МАРТОВСКАЯ (1936 г.) СЕССИЯ АН СССР: СОВЕТСКАЯ ФИЗИКА В ФОКУСЕ* Несмотря на свою крайнюю сжатость., программа сессии охватила в концентрированном виде всю физику. Этот лаконизм программы позволил развернуться и вглубь и вширь дискуссии, самокритике и критике. На сессии, несомненно, удалось очень отчетливо выяснить достоинства и недостатки нашей физики. С. И. Вавилов [1, с. 4] Сессия АН СССР, состоявшаяся в марте 1936 г. и посвященная отчету ведущих физических институтов и...»

«Аннотация Клосар резко ушел вниз и, процарапав разбитыми рубками обшивку крейсера, устремился к главному судну горгов. Олесь тотчас ощутил ужас и отчаяние твари. Теперь гибели не избежать никому. Спустя мгновение два корабля слились воедино. Яркая вспышка осветила густой мрак космоса. Битва завершена. Через восемь лет, сосредоточив всю власть в своих руках, Тино провозгласил себя императором. Немногочисленные вступления сторонников демократии были безжалостно подавлены. Народ устал от интриг,...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.