Перейти к содержанию

Испарение и конденсация

Как частицы покидают свободную поверхность жидкости и возвращаются в неё, от чего зависит скорость испарения, почему жидкость охлаждается и как объяснить капли на холодной поверхности.

Открыт · Презентация · Методичка

Конспект урока

Лужа исчезает без кипения, мокрое бельё сохнет быстрее на ветру, а на холодном стакане появляются капли. Эти три наблюдения связаны с переходами между жидким и газообразным состояниями.

Лужа и бельё высыхают на открытом воздухе

Начинаем с вопросов

Попробуй ответить до чтения урока:

  1. Почему вода может исчезать при комнатной температуре, если она не кипит?
  2. Почему ветер ускоряет высыхание белья, даже когда воздух прохладный?
  3. Вода на внешней стенке холодного стакана прошла через стекло или пришла из воздуха?

Запиши гипотезы. В конце урока вернись к ним и уточни объяснения через движение частиц и передачу энергии.

Два противоположных перехода

Испарение — переход вещества из жидкого состояния в газообразное, происходящий со свободной поверхности жидкости. Испарение возможно при любой температуре, при которой вещество остаётся жидкостью.

Конденсация — обратный переход вещества из газообразного состояния в жидкое.

жидкостьиспарениепар,парконденсацияжидкость.\text{жидкость}\xrightarrow{\text{испарение}}\text{пар},\qquad \text{пар}\xrightarrow{\text{конденсация}}\text{жидкость}.

Не путай испарение с кипением. При испарении частицы покидают свободную поверхность при разных температурах. Кипение охватывает весь объём жидкости и будет изучаться отдельно.

Модель частиц

Частицы жидкости непрерывно и беспорядочно движутся. Их скорости различаются. Некоторые частицы у поверхности в данный момент обладают достаточной энергией, чтобы преодолеть притяжение соседей и покинуть жидкость.

Модель частиц у свободной поверхности жидкости

Рисунок — модель, а не микрофотография. Размеры, цвета, расстояния и количество частиц условны. Полезная часть модели — разные скорости частиц и возможность перехода через границу жидкости.

Пар не «исчезнувшая вода». Вещество сохраняется: изменяются расстояния между частицами и характер их движения.

От чего зависит скорость испарения

Чтобы сравнение было честным, в опыте изменяют только одно условие, а остальные сохраняют одинаковыми.

Четыре сравнения условий испарения

ФакторКак сравнитьОжидаемый результат
Род жидкостизаранее снятое учителем видео равных капель воды и 70% этанола при одинаковых условияхслед этанола исчезает раньше; скорость зависит от вещества
Температураодинаковые капли воды разной температурыболее тёплая обычно испаряется быстрее
Площадь поверхностиодинаковый объём в узком сосуде и блюдцебольшая свободная поверхность ускоряет испарение
Воздушный потокодинаковые капли при спокойном воздухе и слабом обдувепоток уносит пар и поддерживает испарение

Фраза «ветер сушит, потому что греет» неверна. Даже прохладный поток может ускорять испарение: он уносит водяной пар от поверхности.

Сравнение рода жидкости — только демонстрация или видеозапись учителя с указанными условиями. Самостоятельно разные и особенно летучие жидкости не сравнивают; ученики работают только с водой.

Безопасное мини-исследование

Понадобятся две одинаковые капли воды, две одинаковые тарелки и кусок картона.

  1. Нанеси по одной одинаковой капле воды на тарелки.
  2. Одну оставь неподвижно. Возле второй 30 секунд двигай картонкой, создавая слабый поток воздуха.
  3. Запиши, что было одинаковым, что изменили и какой след уменьшился быстрее.
  4. Сформулируй вывод в форме: «При усилении воздушного потока скорость испарения …, потому что …».

Не используй спирт, духи, нагревательные приборы или открытый огонь. Не наноси исследуемые жидкости на кожу и не пробуй их.

Почему испарение охлаждает

Жидкость чаще покидают более энергичные частицы. Поэтому средняя энергия оставшихся частиц уменьшается. Если жидкость не получает достаточно энергии извне, её температура понижается.

Два одинаковых температурных датчика, один из которых обёрнут влажной салфеткой

Сравним одновременные установившиеся показания двух одинаковых датчиков в одном потоке воздуха. Сухой датчик показывает TсухT_{\text{сух}}, а датчик с влажной салфеткой — TвлажT_{\text{влаж}}. Найдём разность показаний:

ΔT=TвлажTсух.\Delta T=T_{\text{влаж}}-T_{\text{сух}}.

Например, в заранее записанном опыте Tсух=22,4 CT_{\text{сух}}=22{,}4\ ^\circ\mathrm{C}, а Tвлаж=19,1 CT_{\text{влаж}}=19{,}1\ ^\circ\mathrm{C}. Тогда

ΔT=19,122,4=3,3 C.\Delta T=19{,}1-22{,}4=-3{,}3\ ^\circ\mathrm{C}.

Отрицательная разность показывает, что влажный датчик холоднее сухого. Это не «изменение одного датчика до и после». Нельзя говорить, что из жидкости «вышел холод»: испарение уносит энергию, а температура влажной поверхности понижается, если приток энергии извне не компенсирует этот унос.

Откуда капли на холодном стакане

Капли на внешней поверхности холодного стакана

В воздухе есть водяной пар. Возле холодной поверхности пар охлаждается, и часть вещества переходит в жидкое состояние. Так на внешней стенке образуются капли.

Проверка гипотезы: плотно закрытая холодная банка тоже покрывается каплями снаружи. Значит, вода не обязана проходить сквозь стенку. Источник капель — водяной пар окружающего воздуха.

Конденсация видна и на зеркале после душа, на холодном окне, утром в виде росы. Но туман не означает, что водяной пар сам видим: мы наблюдаем множество мельчайших жидких капель.

Связываем явления

НаблюдениеПроцессПричина и результат
Высыхает лужаиспарениечастицы покидают свободную поверхность
Бельё сохнет на ветруиспарениепоток уносит пар от ткани
Влажная кожа охлаждаетсяиспарениеболее энергичные частицы покидают жидкость
Запотевает зеркалоконденсацияводяной пар превращается в капли на холодной поверхности
Появляется росаконденсацияпар воздуха конденсируется на охлаждённой траве

Типичные ошибки

ОшибкаИсправление
«Испарение идёт только при кипении»Испарение идёт со свободной поверхности при любой температуре жидкости.
«Вода исчезает»Вещество переходит в газообразное состояние и остаётся веществом.
«Холодный стакан протекает»Пар воздуха конденсируется на холодной внешней поверхности.
«Ветер обязательно нагревает»Воздушный поток прежде всего уносит пар от поверхности.
«Все частицы испаряются одновременно»В каждый момент жидкость покидает часть наиболее энергичных частиц у поверхности.

Проверь себя

  1. Чем испарение отличается от кипения по месту протекания и температуре?
  2. Назови четыре фактора, влияющих на скорость испарения.
  3. Почему вода в блюдце обычно испаряется быстрее, чем такой же объём в узком стакане?
  4. Объясни охлаждение влажной поверхности через модель частиц.
  5. Откуда берутся капли на внешней стенке холодной банки?
  6. Сухой датчик показывает 24 C24\ ^\circ\mathrm{C}, влажный — 21 C21\ ^\circ\mathrm{C}. Найди ΔT=TвлажTсух\Delta T=T_{\text{влаж}}-T_{\text{сух}} и объясни знак.

Сначала ответь самостоятельно, затем открой ключ.


Ответы

  1. Испарение идёт со свободной поверхности при любой температуре жидкости; кипение охватывает весь объём при температуре кипения.
  2. Род жидкости, температура, площадь свободной поверхности и воздушный поток.
  3. В блюдце площадь свободной поверхности больше, поэтому больше частиц одновременно могут покинуть жидкость.
  4. Более энергичные частицы покидают поверхность; средняя энергия оставшихся уменьшается, поэтому температура понижается.
  5. Водяной пар окружающего воздуха конденсируется на холодной поверхности.
  6. ΔT=2124=3 C\Delta T=21-24=-3\ ^\circ\mathrm{C}; знак минус означает, что влажный датчик холоднее сухого.

Короткий итог

  • Испарение — переход жидкости в пар со свободной поверхности; оно возможно при любой температуре жидкости.
  • Скорость испарения зависит от рода жидкости, температуры, площади поверхности и воздушного потока.
  • При испарении жидкость может охлаждаться, потому что её покидают более энергичные частицы.
  • Конденсация — обратный переход пара в жидкость; капли на холодной поверхности образуются из пара окружающего воздуха.
  • Кипение, насыщенный пар, влажность воздуха и количественная формула теплоты парообразования относятся к следующим урокам.

Материалы урока

Скачать и открыть

Учителю

2 материала

Презентация · для учителей

Презентация «Испарение и конденсация»

Исследовательский урок об испарении и конденсации: модель частиц, четыре фактора скорости испарения, охлаждение, капли на холодной поверхности и формирующая проверка понимания.

Скачать PPTX

Методичка · для учителей

Поурочное планирование и опорная схема (РБ)

Испарение и конденсация: четыре честных сравнения факторов, модель частиц, охлаждение при испарении, рабочие листы, ключи, безопасность и формирующее оценивание.

Скачать DOCX

Поурочное планирование и опорная схема (РБ)

DOCX

Ученикам

1 материал

Комментарии

Войдите, чтобы оставлять комментарии.

Пока нет комментариев. Будьте первым!