Кипение - Изменение агрегатных состояний вещества

Цели: ознакомить учащихся с явлением кипения; научить объяснять процесс кипения на основании молекулярно-кинетической теории; рассмотреть физические особенности кипения.

Демонстрации: наблюдение процесса нагревания и кипения воды в стеклянной колбе; кипение воды при повышенных и пониженных давлениях.

Ход урока

I. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Процесс кипения. Демонстрация кипения.

2. Температура кипения.

3. Температура кипения при пониженном давлении.

1. Урок можно начать с объяснения нового материала. Но поскольку вопросы парообразования и кипения тесно связаны, сначала нужно напомнить 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. Эго - 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.

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

2. 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.

3. 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 °С.

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).

Подводя итог урока, следует обратить внимание учеников на выполнение домашнего экспериментального задания на с. 113: необходимо объяснить наблюдаемые явления в опытах.

II. Закрепление изученного

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

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

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

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

Домашнее задание

1. § 18 учебника; вопросы и упражнения к параграфу.

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