Какие свойства водяного пара 3 класс

Изучение теплофизических свойств воды и водяного пара помогает понять, почему происходит испарение. Благодаря динамическому равновесию газообразного и жидкого состояния Н2О осуществляется круговорот воды в природе. Атмосфера планеты служит защитным колпаком, в ней происходят те же термодинамические процессы, что и в закрытой емкости с водой. Зависимость давления пара от температуры, плотности соответствует уравнению Менделеева-Клапейрона. С помощью формул можно вычислить, чему будет равна плотность пара в пузырьках, поднимающихся к поверхности воды, или при какой температуре закипит вода, если подняться на гору, где давление воздуха ниже.

Вода превращается в пар при температуре

Понятие «водяной пар» характеризует свойство жидкости
улетучиваться. Начало испарения — отрыв частичек воды от поверхности воды. Из
жидкого агрегатного состояния молекулы переходят в газообразное. Превращение в
газовую фазу происходит до момента насыщения, когда возникает равновесие между
жидкой или твердой субстанцией и газом. Молекула воды не в силах оторваться от
поверхности, если плотность достигает максимальной величины, газ становится
насыщенным. Определить величину давления насыщения водяного пара можно для
любой температуры. Даже лёд обладает способностью испаряться.

Когда говорят об испарении, уточняют градусы Цельсия, при которых начинается парообразование. При 100°С жидкость закипает только при атмосферном давлении 760 мм рт. столба. Чем ниже давление, тем свободнее отрываются частицы воды от поверхности, насыщая воздух. Снижение давления до 0,006 атмосфер (тройная точка) приводит к тому, что вода одновременно присутствует в трех фазовых состояниях: жидком, твердом, газообразном. Кипение воды в лабораторных условиях достигается без перехода в жидкое состояние. Происходит вскипание твердой фазы, процесс называется возгонкой. Лед трансформируется в газообразное состояние при температуре –0,1°С под давлением ниже тройной точки. Величину давления и плотности насыщенного водяного пара при различной температуре устанавливают экспериментальным путем.

Способность паров насыщать воздух характеризуется
влажностью. Упругость водяного пара определяют прибором для измерения
влажности, он называется психрометром. Измеряется парциальное давление водяных
паров, находящихся в атмосферном воздухе.

Насыщенный водяной пар

Вернемся к эксперименту. Итак, у нас в закрытой банке
жидкость. Что происходит? Испарение воды. Процесс начинается при низкой
плотности воздуха. Благодаря пару, давление на поверхность жидкости возрастает,
оно препятствует движению молекул. Их все меньше и меньше отрывается от воды.
Наступает момент, когда образуются капли влаги. Этот процесс называется
«конденсация». Когда скорость образования пара равна скорости конденсации,
возникает термодинамическое равновесие. Пар в этот момент считается насыщенным.
Жидкость и газ уравновешивают друг друга. Такое состояние достигается при
определенных условиях, важные параметры:

1. Температура, изменение на долю градуса нарушает равновесие. При повышении парообразование ускоряется, при понижении увеличивается процесс конденсации влаги.
2. Давление, при его понижении молекулы жидкой фазы свободнее передвигаются, отрываются от поверхности, начинается испарение воды.

Почему не учитывается объем банки? Он не меняет термодинамических свойств воды и водяного пара в состоянии насыщения. Допустим, крышка экспериментальной банки опустилась ниже, объем уменьшился. К чему это приведет? Пар будет ускоренно конденсироваться до момента равновесия. При увеличении объема ускорится парообразование, но замкнутая система опять придет в равновесное состояние.

Изучая термодинамику, легко понять, почему пар обжигает
сильнее воды той же температуры. Что такое кипение? Состояние, при котором
жидкая фаза активно превращается в парообразное состояние. Следовательно,
происходит обратный процесс конденсации, он сопровождается выделением теплоты.
За счет этого ожог от пара сильнее.

Удельная теплоемкость возрастает, если повышается температура
воды. Процесс парообразования виден в момент кипения. При повышении давления
температура газов достигает 200°С, это свойство используется в теплотехнике,
горячим, вязким паром заполняют теплообменники.

Давление насыщенного водяного пара

Формула p=nkT указывает на прямую зависимость давления
идеального газа (p) и его температуры (Т). Параметр n –число молекул,
содержащихся в заданном объеме, характеризует плотность пара. Постоянная
Больцмана k устанавливает взаимосвязь температуры с энергией образования
вещества (энтальпия).

Пар нельзя сравнивать с идеальным газом. Его давление при
повышении температуры растет быстрее из-за повышения плотности. Концентрация
частиц в неизменном объеме возрастает. Эти особенности свойств водяного пара
необходимо учитывать при расчетах давления насыщенного водяного пара. Если в
идеальном газе возрастает энергия ударов молекул о стенки сосуда, то в
насыщенном паре существенно возрастает число ударов за счет увеличения
концентрации активных частиц.

Плотность насыщенного водяного пара

Плотностью называется отношение массы вещества к его объему.
Этот параметр характеризует расстояние между отдельными молекулами. В жидкой
фазе они сцепляются между собой, в твердой расположены симметрично относительно
друг друга. В газообразном находятся на произвольном удаленном расстоянии, чем
объясняется отличие плотности водяного пара от плотности воды.

Теперь подробно рассмотрим, какое влияние оказывает на
плотность насыщенных водяных паров изменение температуры. Она непостоянна из-за
изменения массы газообразной фазы:

• при повышении температуры она возрастает за счет
  ускорения испарения;
• при понижении – падает, вода активно
  конденсируется.

По сути, она должна постоянно меняться, так как частицы воды
непрерывно движутся, переходят из одного агрегатного состояния в другое. Но при
динамическом равновесии концентрация неизменна: сколько молекул испарится,
столько же конденсируется. Показатели устанавливаются экспериментально для
каждой температуры. Их значения сведены в таблицы.

Урок окружающего мира

3 класс

УМК «Перспективная начальная школа»

Учитель: Сухова Анна Павловна

ТЕМА: «Свойства воды в жидком состоянии.»

Цель: Изучить свойства воды в жидком состоянии.

Задачи: Познакомить со свойствами воды в жидком состоянии. Развивать память, речь, мышление, внимание, воображение. Воспитывать уважение, любовь к окружающей природе, самостоятельность, интерес к предмету.

Планирование результатов обучения: освоение предметных знаний. Свойства воды при нагревании и охлаждении, проведение опытов и фиксация их результатов.

УУД: Ставить несложные опыты, используя простейшее лабораторное оборудование, следовать инструкциям, делать выводы на основании полученных результатов. использовать дополнительный материал в интернете.

Средства обучения: учебник, тетрадь на печатной основе, колбы с подкрашенной водой, в которые вставлены стеклянные трубки, лед, фломастеры, карточки с правилами проведения опытов.

ХОД УРОКА

1. Организационный момент

У: Вы слыхали о воде?

Говорят, она везде!

В луже, в море, океане,

И в водопроводном кране.

Как сосулька, замерзает,

В лес туманом заползает.

Ледником в горах зовется,

Лентой серебристой вьется.

Средь высоких стройных елей

Рушится потоком селей.

На плите у вас кипит,

Паром чайника шипит,

Растворяет сахар в чае.

Мы ее не замечаем,

Мы привыкли, что вода –

Наша спутница всегда.

Без нее нам не умыться,

Ни наесться, ни напиться!

Смею вам я доложить:

Без воды нам не прожить

– Итак, о чем вы узнали из стихотворения?

2. Актуализация знаний

У: Посчитайте с соседом по парте сколько свойств воды вы можете перечислить?

– В каком состоянии может находиться вода?

– Вы, правильно отметили, что вода может быть в трех состояниях: жидком, твердом и газообразном.

Итак, давайте же узнаем, какова тема сегодняшнего урока?

3.  Самоопределение к деятельности. Постановка учебной задачи.

У: Сегодня мы проводим первое в этом году заседание клуба «Мы и окружающий мир». Сейчас я сообщу вам имя председателя.(Председатель записывает тему заседания на доске (Раздел: вода и ее свойства.

Тема: свойства воды в жидком состоянии.) и предлагает обучающимся подготовить к следующему уроку доклад о свойствах воды.)

У:Сегодня на основании опыта мы определим свойства воды при нагревании и охлаждении.

4. Открытие нового знания

Председатель зачитывает доклад Маши Ивановой «Что мы знаем о воде?» (Параграф «Свойства воды в жидком состоянии».)

У:Вода – это необыкновенное вещество, так как может находиться в одном месте в трёх разных состояниях: жидком, твёрдом, газообразном.

От чего это зависит, как вы думаете?

Д: Всё зависит от того, насколько сильно связаны между собой молекулы. Молекулы – это маленькие частицы, из которых состоят все вещества (справка для второклассников). Во льду молекулы сильно связаны между собой. В воде – слабее, а у водяного пара они свободны друг от друга. Поэтому лёд сохраняет свою форму, вода принимает форму сосуда, а водяной пар занимает весь объём.

У: Правильно, а сейчас мы вами побудем в роли экспертов, проведем опыт и определим основные свойства воды в жидком состоянии.

У вас на столе, есть все необходимое для проведения опыта. Но для начала вспомним Т. Б.

Как нужно вести себя?

Д: Правила поведения при проведении опытов: 

1. Необходимо бережно относиться ко всем приборам Их можно не только разбить, ими можно и пораниться.

2.Во время работы можно не только сидеть, но и стоять.

3.Опыты проводятся поочерёдно каждым учеником группы.

4.Когда опыт проводит один из учеников, остальные молча наблюдают.

5.Обмен мнениями по результатам проведённого опыта начинается только после того, как экспериментатор разрешает его начать.

6.Переговариваться друг с другом нужно тихо, не мешая остальным.

У: Прежде чем проводить опыт, изучите в группах порядок его проведения на стр. 59 учебника, теперь можно приступить к опытам.

У: какой вывод можно сделать исходя из этого опыта?

Д: При нагревании вода расширяется, а при охлаждении – сжимается.

У: Точно сформулировать вывод и узнать причину наблюдаемых явлений вам поможет учебник, стр. 60.

Д: При нагревании воды частицы, из которых она состоит, движутся быстрее. Они сталкиваются, отталкиваются и отскакивают друг от друга. Расстояние между молекулами увеличивается, и они занимают больший объём. Поэтому вода при нагревании расширяется.

У: Тогда как объяснить, почему при охлаждении вода занимает в трубке меньше места, т.е. сжимается?

Д: При охлаждении воды частицы, из которых она состоит, движутся медленнее, меньше сталкиваются и меньше отскакивают друг от друга. Расстояние между ними уменьшается, поэтому вода занимает меньше места, т.е. сжимается.

У: В учебнике найдите ответ, только ли вода обладает такими свойствами расширяться при нагревании и сжиматься при охлаждении?

Д: Такими свойствами обладает не только вода, но и другие жидкости (спирт, ртуть, керосин, бензин).

Теперь понятно, почему уровень спирта в трубочке термометра то опускается, то поднимается: когда на улице становится теплее, то спирт расширяется, поэтому он опускается, а когда, наоборот, становится холоднее, то спирт сжимается, поэтому он поднимается.

У: запишем результаты проведённого опыта в Тетрадь для самостоятельной работы (задание №32).

Физминутка

А теперь немого отдохнем, … проведет зарядку.

Садитесь. Сейчас мы с вами познакомимся со свойствами воды при замерзании, послушаем сообщение Станислава.

У: К какому выводу пришёл Станислава?

Д: к выводу: вода при замерзании расширяется.

У:Верно, выскажите предположение, где может пригодиться знание свойств воды при замерзании?

Д: Знания о свойствах замерзающей воды используются строителями при прокладке к домам водопроводных труб. Их утепляют. Если этого не сделать, то в сильные морозы вода превратится в лёд и разорвёт трубы.

У: Растениям замерзающая вода тоже приносит немало бед. Иногда зимой во время лыжных прогулок по лесу или парку можно услышать треск. Иной раз даже вздрогнешь от неожиданности. Это древесный сок, который остался с лета в стволах деревьев, замерзает, превращается в лёд и разрывает древесину. И внутри обращается трещина. Впоследствии глубокая рана на дереве долго не заживает. Края её сильно вздуваются, набухают. И когда она, наконец, зарастает. На стволе остаётся длинный выступающий гребень, словно большая складка, которая идёт по стволу на значительном протяжении. Этот “шрам”, конечно, снижает качество древесины и уродует дерево.

Свойство воды расширяться при замерзании используют люди, когда хотят расширить тесную обувь. В полиэтиленовый пакет они наливают воду, кладут пакет в туфли и помещают их в морозильную камеру. Вода превращается в лёд, который занимает больший объём. Лёд расширяет обувь.

5. Закрепление нового материала.

У: А теперь, давайте обсудим контрольные вопросы:

1. Почему нельзя оставлять на морозе бутылки с питьевой водой?

2.Почему вода, замерзающая в земле, ведёт к образованию трещин на асфальтированных дорогах? (Вода при замерзании расширяется).

3. Почему опасно нагревать полную до краёв кастрюлю с водой на газовой плите? (Вода при нагревании расширяется и выливается из налитой до краёв кастрюли на газовую плиту)

4. Следует ли беречь воду, следить за её чистотой?

У: Воды на Земле одновременно и много, и мало. Ее много в морях и океанах, но морская соленая вода не пригодна для питья, а также дл многих технических производств и сельского хозяйства.

Пресной воды существенно меньше и треть населения Земли испытывает в ней острый недостаток. Основные запасы пресной воды сосредоточены в полярных льдах. Ограниченные запасы пресной воды еще больше сокращаются из-за их загрязнения.

В последние столетия помимо естественного загрязнения природных источников частицами почвы, горными породами, минеральными солями и т. д. возникла проблема коммунального, промышленного, сельскохозяйственного загрязнения воды.

6. Итог урока, рефлексия

У: что нового вы сегодня узнали? Интересно ли вам было на уроке? Что именно вам понравилось?

поднимите зеленый смайлик, если вам было интересно на уроке, вы все поняли

поднимите желтый смайлик, если у вас возникали трудности в процессе работы

поднимите красный смайлик, если с большей частью заданий вы не справились и вам необходима помощь в освоении этой темы.

А сейчас запишем Д/З С. 57- 62 пересказ, проведение опыта Станислава.