Опыт №2

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Малокирменская ООШ»
На районный конкурс проектных и исследовательских работ
среди учащихся школ Мамадышского района
Секция: (Физика)
научно-исследовательская работа по физике на тему:
«Исследование процесса испарения».
Мухаметшин Булат Марсович
МБОУ «Малокирменская ООШ», 8 класс
Мамадышский район
Научный руководитель
Учительница английского языка
Фархуллин Раиф Сунгатович
Мамадышский район, Малые Кирмени 2013
1
Содержание
Введение. .................................................................................................................. 3
Цель работы: ............................................................................................................ 4
Задачи: ...................................................................................................................... 4
Методы исследования. ............................................................................................ 4
Теоретическая часть. ............................................................................................... 4
Заключение .............................................................................................................. 6
Выводы: .................................................................................................................... 6
Литература. .............................................................................................................. 7
Приложение ............................................................................................................. 8
Практическая часть. ................................................................................................ 8
Опыт №1 .......................................................................................... 8
Опыт №2 .......................................................................................... 8
Опыт №3 .......................................................................................... 9
Опыт №4 .......................................................................................... 9
Опыт №5 ........................................................................................ 10
Опыт №6 ........................................................................................ 11
Опыт №7 ........................................................................................ 11
Опыт №8 ........................................................................................ 11
Опыт №9 ........................................................................................ 12
Испарение. Пособие для лабораторных работ. .................................................. 13
2
Введение.
В современном мире тепловые явления встречаются ежедневно практически во всех
областях жизнедеятельности человека, поэтому каждому из нас необходимо изучить их с
точки зрения физики и ее законов. В данной работе внимание хотелось бы уделить
процессу испарения. В течение года с поверхности Земли испаряется в среднем 518 600
км3 воды. Этого количества воды достаточно чтобы покрыть всю поверхность земного
шара слоем осадков большим, чем 1м.
Велика роль испарения в животном и растительном мире. Для терморегуляции
организма важную роль играет потоотделение, оно обеспечивает постоянство
температуры тела человека или животного. За счет испарения пота уменьшается
внутренняя энергия, благодаря этому организм охлаждается.
Для нормального существования растительной клетки необходимо ее насыщение
водой. Масштабы испарения воды растениями, следуют из следующих данных: за один
вегетационный период одно растение подсолнечника или кукурузы испаряет до 200 кг и
более воды. Интересны растения пустынь. У кактусов незначительная поверхность при
большом объеме, толстые покровы, мало проницаемые для воды и водяного пара, с
немногочисленными почти всегда закрытыми устьицами. Поэтому даже сильную жару
кактусы испаряют мало воды.
Процесс испарения – это очень интересное физико-химическое явление, его
интересно наблюдать и оно часто встречается в нашей жизни.
Настоящим поклонникам физики очень нравится решать сложные задачи,
углубленно изучать темы уроков. Я решился создать пособие для такого изучения,
ориентированное на школьника, которое можно было бы использовать, как и для
расширения кругозора, углубления и укрепления полученных знаний. Я думаю, что наука
еще не раз направит процесс испарения для пользы человека и нашей планеты.
Актуальность темы:
Все знают, что если развесить выстиранное белье, то оно высохнет. И так же очевидно,
что мокрый тротуар после дождя обязательно станет сухим. У меня возникли вопросы:

Как именно и почему это происходит?

От каких факторов зависит?

Можно ли выделить вещества из раствора?

Каким образом можно выделить вещества из раствора?
Я решил найти ответы на все эти вопросы.
Проблемы темы:
 От чего зависит скорость испарения?
 Влияет ли оно на жизнь человека и планеты в целом?
Объект темы:

Процесс испарения веществ
Предмет темы:

Жидкости и пары
3
Методы исследования: Определить причины изменения скорости испарения жидкости и
сравнить скорости испарения жидкости при помощи анализа литературных источников,
проведения опытов, обработки полученных экспериментальных данных и теоретического
обобщения.
Гипотеза исследования: Если существуют теоретические утверждения зависимости
испарения от физических параметров, то проведенные исследования должны это
подтвердить или опровергнуть. Процесс испарения зависит от площади поверхности, рода
вещества, температуры, скорости ветра. Процесс испарения влаги из почвы зависит от
метеорологических условий, физического и химического состава почвы.
Цель работы:
1. Описать процесс испарения;
2. Объяснить причины возникновения процесса испарения, как физико-химического
явления.
3. Исследовать процесс испарения в бытовых условиях.
Задачи:
1. Изучить различные источники информации по теме испарение и условия его
протекания.
2. Провести исследования зависимости испарения от физических параметров.
3. Обработать результаты исследования, сделать выводы.
4. Создать пособие по лабораторному практикуму и дополнительные задания.
Методы исследования.
Теоретические
Эмпирические
Сравнение и сопоставление
Наблюдение
Обобщение и анализ
Исследование
Систематизация
Теоретическая часть.
Испарение – это процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное.
Обычно под испарением понимают переход жидкости в пар, происходящий со свободной
поверхности жидкости. Испарение происходит с поверхности воды, почвы,
растительности, льда, снега и т.д. за счет энергии, получаемой Землей от Солнца.
Испарение идет тем интенсивнее, чем больше разница между количеством пара,
которое может содержаться в воздухе при данной температуре, и его фактическим
содержанием в воздухе. Конденсация водяного пара - превращение водяного пара,
содержащегося в атмосфере, в воду. Переход из твердого состояния в газообразное, минуя
жидкое, называется сублимацией или возгонкой.
Механизм протекания процесса испарения можно объяснить следующим образом.
Молекулы поверхностного слоя жидкости испытывают меньшее притяжение со стороны
соседних молекул, чем молекулы нижних слоев, поскольку над поверхностью жидкости
4
имеется газ, молекулы которого взаимодействуют с молекулами поверхностного слоя
жидкости значительно слабее. Поэтому некоторые молекулы поверхностного слоя
жидкости с достаточной кинетической энергией могут преодолеть притяжение соседних
молекул жидкости и покинуть ее, т.е. перейти в пар. Быстрее испаряются жидкости,
молекулы которых притягиваются друг к другу с меньшей силой. При увеличении
площади поверхности жидкости увеличивается возможность большему числу молекул
покинуть ее. Некоторые молекулы пара, двигаясь хаотично и оказавшись достаточно
близко от поверхности жидкости, могут быть втянуты обратно в жидкость силами
притяжения большого количества молекул жидкости. При движении воздушных масс над
поверхностью жидкости интенсивность процесса испарения возрастает, так как
происходит дополнительное «вырывание» молекул с поверхности и удаление уже
испарившихся. При испарении жидкость охлаждается (если нет подвода энергии от
окружающих тел), так как ее покидают молекулы с наибольшей кинетической энергией.
Если же число вылетевших и вернувшихся молекул в среднем одинаково в единицу
времени, наступает динамическое (подвижное) равновесие между жидкостью и ее паром,
пар становится насыщенным. Это возможно при испарении в закрытом сосуде. Скорость
испарения резко снижается при нанесении на поверхность жидкости достаточно прочной
плёнки нелетучего вещества. Испарение жидкости в газовой среде, например в воздухе,
происходит медленнее, чем в разреженном пространстве (вакууме), так как вследствие
соударений с молекулами газа часть частиц пара вновь возвращается в жидкость
(конденсируется).
Испарение играет огромную роль в:
1. Растительном мире:
Улавливая лучи солнца, тонкая и нежная пластинка листа подвергается сильному
нагреванию. Сорванный с деревьев лист на солнце очень быстро высыхает, а листья на
дереве свежие, сочные. Клетки листа всегда наполнены водой, поступающей по сосудам
жилок, черешка веток, ствола, корня. В листьях ели – 66,2% воды, а в листьях березы –
63,7%, а листьях салата – 94,3%. Вода из почвы, поступая в корень, непрерывно по тонким
сосудам ствола поднимается вверх к листьям. В листьях вода не только наполняет клетки,
и соединившись на свету с углекислым газом, входит в состав сахара, но и распыляясь в
межклетниках, испаряется через устьица в воздух. Испарение воды в солнечный день
охлаждает листья
2. Животном мире:
Для уравновешивания неизбежной потери воды за счет испарения многие животные
всасывают ее через покровы тела в жидком или газообразном состоянии (амфибии,
насекомые, клещи). В теплорегуляции птиц большую роль играют воздушные мешки. В
жаркое время с поверхности воздушных мешков испаряется влага, что способствует
охлаждению организма. В связи с этим в жаркую погоду птицы открывают клюв.
3. В жизни человека:
Организм человека, с помощью испарения охлаждается. На производстве испарение
применяется для сушки деталей. В технике испарение применяется как средство для
очистки веществ или разделения жидких смесей перегонкой ( получение бензина,
керосина). Процесс испарения также лежит в основе двигателей внутреннего сгорания,
холодильных установок, а также в основе всех процессов сушки в сушильных камерах.
5
Заключение
Актуальность данной работы состоит в том, что данная проблема имеет место не
только в курсе физике, но и напрямую относится к жизни людей, растений и животных.
Эффективность и простота методов позволяют провести самостоятельно данные
эксперименты и проверить истинность, выявленных в ходе моего исследования, значений
и сравнить свои выводы с теоретическими, представленными в данной работе. Проделав
данную работу, я сделал для себя много открытий касательно процесса испарения.
Благодаря проведению различных экспериментов, сумел еще больше развить свои
исследовательские навыки, научился лучше работать с различными источниками
информации, анализируя полученные результаты и делая определенные выводы. Смогла
сама составить пособие по физике с задачами, интересными фактами и цитатами.
Проанализировав результаты опытов я сделал следующие выводы.
Выводы:
На основе экспериментального исследования доказал, что процесс испарения, в
самом деле, зависит от:
1. Площади поверхности. (С увеличением площади свободной поверхности жидкости
увеличивается скорость протекания процесса испарения и наоборот)
2. Рода вещества. (Скорость протекания процесса зависит от рода жидкости)
3. Температуры (Скорость протекания процесса зависит от температуры)
4. Скорость ветра. (Скорость протекания испарения увеличивается вместе с
увеличением движения скорости воздушных масс).
5. Поверхности, с которой жидкость испаряется ( Скорость испарения одного и того
же вида жидкости меняется при изменении вида почвы, с которой она испаряется.
В работе раскрыт процесс испарения, объяснены причины его возникновения
как физико-химического явления, исследован процесс испарения в бытовых
условиях. Автор определила, как испарение влияет на жизнь человека и планеты в
целом, выявила условия возникновения испарения и опытным путем доказала, как
происходит процесс испарения под влиянием различных условий.
6
Литература.
1.
Касаткина И.Л. Репетитор по физике. Теория.,Ростов-на-Дону, Феникс, 2006
2.
Перельман Я.И. Занимательная физика, кн.2 «Слово», Уфа, 1993
3. М.С. Полякова, Н.В. Нетребко, С.С. Чесноков. Физика. Справочник для
старшеклассников и поступающих в вузы., Москва, НТЦ «Университетский», «АСТПРЕСС», 1999
4. И.Г. Власова , Решение задач по физике. Справочник школьника. Филологическое
общество «СЛОВО», Москва 1997
5. Л. А. Аксенович. Физика. Практические занятия: Учебное пособие, Минск,
«Вышэйшая школа», 1999
6.
Классная физика для любознательных (http://classfizika.ru/8_13.htm)
7.
Глоссарий (http://www.glossary.ru/)
8.
ПрофиСтарт (http://www.profistart.ru/ps/blog/4870.html)
9.
Цитаты (http://citaty.info/)
10. Википидия (http://ru.wikipedia.org/)
11. Вся физика (http://allphysics.ru/phys/isparenie)
12. Фестиваль (http://festival.1september.ru/articles/595690/)
13. Журнал «Квант»
7
Приложение
Практическая часть.
Опыт №1
Зависимость испарения от площади поверхности.
(Подсчитано по формуле
S1=56,71см2
Вещество
)
Кол-во
вещества
Площадь
поверхности
Начало
испарения
Конец
испарения
Общее
время
Вода
2 мл
56,71см2
15:40
21:30
5ч. 50
Спирт
2 мл
56,71см2
15:45
19:20
3ч. 35
Масло
2 мл
56,71см2
21:52 7.09
52ч.
Перекись
водорода
2 мл
56,71см2
15:13
01:52
10.09
23:15
8ч. 02
S2=19,62см2
Вещество
Вода
Спирт
Масло
Кол-во
вещества
2 мл
2 мл
2 мл
Площадь
поверхности
19,62см2
19,62см2
19,62см2
Начало
испарения
15:40
15:45
21:52
7.09
15:40
Конец
испарения
00:00
20:07
18:52
11.09
00:49
Общее
время
8ч. 20
4ч. 22
93ч.
Перекись
2 мл
19,62см2
9ч. 20
водорода
Вывод: чем больше площадь поверхности, с которой испаряется вещество, тем
быстрее происходит испарение этого вещества.
Опыт №2
Зависимость испарения от рода вещества.
Вещество
Кол-во
вещества
Начало
испарения
Конец
испарения
Общее время
Вода
2 мл
15:40
21:30
5ч. 50
Спирт
2 мл
15:45
19:20
3ч. 35
Масло
2 мл
21:52 7.09
01:52
10.09
52ч.
8
Перекись
водорода
2 мл
15:13
23:15
8ч. 02
Вывод: испарение зависит от рода вещества.
Опыт №3
Зависимость испарения от температуры.
t1= +26°С (в помещении)
Вещество
Кол-во
вещества
Начало
испарения
Конец
испарения
Общее время
Вода
2 мл
15:40
21:30
5ч. 50
Спирт
2 мл
15:45
19:20
3ч. 35
Масло
2 мл
2 мл
01:52
10.09
23:15
52ч.
Перекись
водорода
21:52
7.09
15:13
8ч. 02
t2=+3°С (в холодильнике)
Вещество
Кол-во
вещества
Начало
испарения
Конец
испарения
Общее
время
Вода
2 мл
15:40
00:00
7ч. 30
Спирт
2 мл
15:45
20:15
4ч. 30
Масло
2 мл
2 мл
03:54
12.09
21:45
10.09.11
102ч. 02
Перекись
водорода
21:52
7.09
22:07
9.09.11
23ч. 38
Вывод: чем выше температура вещества, которое испаряется, тем быстрее
происходит процесс испарения.
Опыт №4
Зависимость испарения от скорости ветра.
υ1= 0 м/с (в помещении)
Вещество
Кол-во
вещества
Начало
испарения
Конец
испарения
Общее
время
Вода
2 мл
15:40
21:30
5ч. 50
9
Спирт
2 мл
15:45
19:20
3ч. 35
Перекись
водорода
2 мл
15:13
23:15
8ч. 02
υ2=2 м/с (фен)
Вещество
Кол-во
вещества
Начало
испарения
Конец
испарения
Общее
время
Вода
2 мл
21:08
21:23
0ч. 15
Спирт
2 мл
21:08
21: 18
0ч. 10
Перекись
водорода
2 мл
21:08
21: 32
0ч. 24
Вывод: при ветре испарение происходит быстрее.
Опыт №5
Вещество + перманганат калия
Вещество
Кол-во
вещества
Начало
испарения
Конец
испарения
Общее
время
Вода
2 мл
15:40
21:30
5ч. 50
Спирт
2 мл
15:45
19:20
3ч. 35
Перекись
водорода
2 мл
15:13
23:15
8ч. 02
Вещество + марганцовка.
Вещество
Кол-во
вещества
Начало
испарения
Конец
испарения
Общее
время
Вода
2 мл
20:52
03:32
5ч. 48
Спирт
2 мл
20:57
00:20
3ч. 23
Перекись
водорода
2 мл
20:50
04:50
8ч.
Вывод: испарение вещества не зависит от содержащегося в нем перманганата калия или
других солей.
10
Опыт №6
Зависимость испарения от слоя растительного масла на поверхности жидкости.
Вещество
Кол-во
вещества
Начало
испарения
Конец
испарения
Общее
время
Вода
2 мл
15:40
21:30
5ч. 50
Спирт
2 мл
15:45
19:20
3ч. 35
Перекись
водорода
2 мл
15:13
23:15
8ч. 02
Вещество + растительное масло
Вещество
Кол-во
вещества
Начало
испарения
Конец
испарения
Общее
время
Вода
2 мл
21:40
11:45
14ч. 05
Спирт
2 мл
21:40
03:00
5ч. 20
Перекись
водорода
2 мл
21:40
14:00
16ч. 20
Вывод: скорость испарения вещества при наличии растительного масла на поверхности
снижается.
Опыт №7
Зависимость испарения влаги с поверхности почв от вида почвы
Почва
Кол-во воды
Начало
испарения
Конец
испарения
Общее
время
Песок
25 cм3
12.02 21:00
13.02 16:00
19ч
Чернозем
25 cм3
12.02 21:00
13.02 21:00
24 ч.
Глина
25 cм3
12.02 12:20
14.02 07:15
44ч. 55
Вывод: испарение жидкости с поверхности песка происходит быстрее, чем с поверхности
чернозема и глины.
Опыт №8
Зависимость испарения влаги с поверхности почв от метеорологических условий (ветер)
υ1= 0 м/с (в помещении)
11
Почва
Кол-во воды
Начало
испарения
Конец
испарения
Общее
время
Песок
25 cм3
12.02 21:00
13.02 16:00
19ч
Чернозем
25 cм3
12.02 21:00
13.02 21:00
24 ч.
Глина
25 cм3
12.02 12:20
14.02 07:15
44ч. 55
Почва
Кол-во воды
Начало
испарения
Конец
испарения
Общее
время
Песок
25 cм3
12.02 12:20
12.02 22:10
9ч 50
Чернозем
25 cм3
12.02 12:20
13.02 02:10
13ч. 50
Глина
25 cм3
12.02 12:20
13.02 03:17
14ч. 57
υ2= 2 м/с (фен)
Вывод: испарение жидкости с почв зависит от метеорологических условий, в частности
от скорости ветра.
Опыт №9
Зависимость испарения влаги с поверхности почв от температуры почвы
t1= -19°
Почва
Кол-во воды
Начало
испарения
Конец
испарения
Общее
время
Песок
25 cм3
12.02 21:00
13.02 16:00
19ч
Чернозем
25 cм3
12.02 21:00
13.02 21:00
24 ч.
Глина
25 cм3
12.02 12:20
14.02 07:15
44ч. 55
Почва
Кол-во воды
Начало
испарения
Конец
испарения
Общее
время
Песок
25 cм3
12.02 21:30
12.02 11:00
13ч 30
Чернозем
25 cм3
12.02 21:30
12.02 13:00
15ч 30
t2=+30°
12
Глина
25 cм3
12.02 12:00
13.02 04:00
16ч
Вывод: испарение жидкости с почв зависит от метеорологических условий, в частности
от температуры почвы.
Испарение. Пособие для лабораторных работ.
13
14