Зміст:
УРОКИ ФІЗИКИ У 10 КЛАСІ.
МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА І ТЕРМОДИНАМІКА
Мета: вдосконалити знання учнів про насичену й ненасичену пару; дати поняття про вологість повітря й способи її вимірювання, пояснити роботу психрометра; розвивати логічне мислення учнів та цікавість до вивчення даного матеріалу, уміння творчо використовувати здобуту інформацію.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.
Обладнання: психрометр, гігрометр, таблиці, підручник.
I. Актуалізація опорних знань
1. Вікторина за запитаннями
— Що має більшу внутрішню енергію: вода за 100 °С або така ж маса водяної пари за тієї ж температури?
— Чи залежить тиск насиченої пари від об’єму?
— У герметично закритій посудині міститься вода і водяна пара. Як зміниться концентрація молекул водяної пари під час нагрівання посудини?
2. Робота з картками
Картка № 1. Визначте середню кінетичну енергію поступального руху молекул газів повітря, якщо тиск складає 105 Па. Концентрація молекул повітря 2,7·1025 м3. Яка пара називається насиченою?
Картка № 2. Яка температура 1,6·10-2 кг кисню, який перебуває під тиском 105 Па і займає об’єм 1,6·10-3 м3? Молярна маса кисню 0,032 кг/моль. Назвіть властивості випаровування.
Картка № 3. Визначте температуру газу, якщо тиск складає 100 кПа і концентрація молекул 1025 м-3. Які властивості насиченої пари?
II. Вивчення нового матеріалу
Слово вчителя. У повітрі завжди є певна кількість водяної пари, яка в більшій частині атмосфери ненасичена. Її вміст, тобто вологість, характеризується:
1) абсолютною вологістю (густиною), тобто кількістю грамів водяної пари в 1 м3 повітря — ρ;
2) парціальним тиском, тобто тиском, який чинила б водяна пара, коли б не було інших газів:
Пару часто характеризують не концентрацією, а її парціальним тиском, який називають пружністю пари.
Парціальний тиск водяної пари виражають в одиницях тиску — Па або мм рт. ст.
Але за абсолютною вологістю (чи парціальним тиском) ще не можна встановити, наскільки повітря сухе чи вологе, бо дана кількість водяної пари може виявитись або близькою до насичення (за низьких температур), або ні (за високих температур).
Ступінь вологості, тобто характеристику наближення стану пари в повітрі до стадії насичення (у разі насичення припиняється випаровування води), показує відносна вологість.
Відносною вологістю повітря ф називають величину, яка вимірюється відношенням абсолютної вологості до кількості пари, необхідної для насичення 1 м3 повітря за тієї самої температури.
Відносну вологість виражають у %:
Оскільки р ~ р, то відносною вологістю повітря ф називають виражене в % відношення парціального тиску водяної пари, яка міститься в повітрі за даної температури, до тиску насиченої пари за тієї самої температури:
Якщо температура повітря знижується і при сталому вмісті водяної пари відносна вологість зростає, бо чим нижча температура повітря , тим більше водяна пара наближається до стану насичення. Нарешті, за якоїсь певної температури відносна вологість дорівнює 100 %; далі зниження температури веде до конденсації водяної пари. Виникає туман, «запотівають» вікна, на траві осідають краплинки роси.
Температуру, за якої пара стає насиченою, або, що те саме, за якої відносна вологість повітря дорівнює 100 %, називають точкою роси.
Точку роси легко визначити, повільно охолоджуючи металевий стакан, наприклад кидаючи в нього грудочку льоду і записуючи температуру, за якої стакан запотіває.
Знаючи точку роси, можна визначити тиск водяної пари і вологість повітря — абсолютну і відносну. Виміряти абсолютну вологість, пропустивши пару через певну речовину, що її поглинає, складно, тому відносну вологість вимірюють гігрометрами та психрометрами.
Основна частина приладу — знежирена людська волосина, що має здатність видовжуватись при збільшенні відносної вологості повітря. Волосина В накручена на ролик Р і утримується в натягнутому стані тягарцем М. Якщо вологість змінюється, довжина волосини теж змінюється, ролик Р повертається і рухає стрілку С. Поділки шкали показують відносну вологість. Якщо одночасно вимірюють і температуру повітря, то можна визначити абсолютну вологість повітря і тиск водяної пари.
Психрометр складається з двох однакових термометрів. Резервуар одного з термометрів А обгорнутий клаптиком чистого батисту, нижній край якого опущений у невелику скляночку з дистильованою водою. Вода змочує батист і випаровується на кульці термометра, якщо водяна пара у повітрі не є насичувальною. Унаслідок втрати тепла на випаровування кулька термометра охолоджується і змочений термометр показує меншу температуру, ніж сухий термометр. Різниця між показаннями термометрів тим більша, чим більше відрізняється тиск водяної пари, що міститься в повітрі, від тиску насиченої пари. За показаннями сухого і змоченого термометрів і за допомогою особливих психрометричних таблиць знаходять тиск водяної пари і відносну вологість повітря.
Значення вологості в нашому житті
а) Від вологості залежить інтенсивність випаровування вологи з поверхні шкіри людини, яке має велике значення для підтримання сталої температури тіла. Відносна вологість впливає на самопочуття людини, її фізіологічний стан. За надмірної вологості і високої температури людина перегрівається, а за низької температури — переохолоджується. Найсприятливіша для людини відносна вологість за кімнатної температури складає 60-70 %.
б) За зміною вологості в метеорології передбачають зміну погоди: якщо ф зменшується, можна сподіватись на антициклон, певний час стійкої погоди без опадів, часто без хмар. Якщо φ 100 %, різко зростатиме ймовірність опадів, що може свідчити про наближення циклону.
в) Пара води — «пальне» атмосферних процесів. Під час випаровування енергія поглинається, під час конденсації — виділяється.
г) Підтримання сталого рівня вологості необхідне на багатьох підприємствах (особливо ткацьких, тютюнових, кондитерських, оборонних), у сховищах, архівах, лікарнях, бібліотеках.
III. Узагальнення матеріалу
1. Чому після дуже хмарної ночі не утворюються іній і роса? (Якщо дуже хмарна погода, частина теплового випромінювання Землі відбивається від хмар до ґрунту, що запобігає сильному (до точки роси ) зниженню температури земної поверхні й повітря.)
2. Чи впливає вітер на показання термометра? (Вітер — це переміщення повітря над поверхнею Землі. Якщо температура рухомого повітря така сама, як і в навколишнього середовища, а термометр сухий, то вітер не впливає на показання термометра. В інших випадках вітер буде впливати на показання термометра.)
Розв’язування задач (біля дошки)
1. Якою є відносна вологість повітря при 20 °С, якщо точка роси становить 15 °С?
2. Яким є показання вологого термометра психрометра, якщо відносна вологість в кімнаті 60 %, а сухий термометр показує 22 °С?
IV. Підсумок уроку
Інтерактивна вправа «Метод ПРЕС»
V. Домашнє завдання
1. Скільки води треба випарувати, щоб відносна вологість повітря в кімнаті за 20 °С підвищилась від 25 до 65 %? Об’єм кімнати 60 м3.
2. Якою є відносна вологість повітря, у 10 л якого за температури 30 °С міститься 0,2 г водяної пари?
Використовуючи сайт ви погоджуєтесь з правилами користування
Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.
Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.
Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.
Ми приєднуємось до закону про авторське право в цифрову епоху DMCA прийнятим за основу взаємовідносин в площині вирішення питань авторських прав в мережі Інтернет. Тому підтримуємо загальновживаний механізм “повідомлення-видалення” для об’єктів авторського права і завжди йдемо на зустріч правовласникам.
Копіюючи матеріали во повинні узгодити можливість їх використання з авторами. Наш сайт не несе відподвідальність за копіювання матеріалів нашими користувачами.
§ 32. Вологість повітря
Чому повітря в тропосфері вологе. В повітрі тропосфери завжди є певна кількість води. Найчастіше вона перебуває у формі водяної пари, тобто у газуватому стані, тому ми не здатні її побачити. Навіть у найбільш посушливих пустелях у повітрі завжди є певна кількість водяної пари. Отже, вологість повітря – це величина, яка показує його насиченість водяною парою. 86 % води в атмосферу надходить унаслідок випарування з поверхні Світового океану. Решта – з поверхні річок, озер, боліт, ґрунту тощо. Вологість повітря – істотна характеристика стану повітря, яка впливає на погодні умови. Для розуміння кількості водяної пари в повітрі існує дві характеристики: абсолютна та відносна вологість (мал. 185).
Мал. 185. Показники вологості повітря
Мал. 186. Максимальна вологість повітря залежно від температури
Завдання. 1. За малюнком з’ясуйте,: а) яку максимальну кількість водяної пари може увібрати повітря при температурі -10 °С, 0 °С, +20 °С; б) яку ви помітили залежність між максимальною абсолютною вологістю повітря та його температурою. 2. Поміркуйте: а) за аналогією з пластиковою пляшкою певної ємкості, чи може повітря містити за даної температури кількість водяної пари: меншу, ніж зазначена; більшу, ніж зазначена; б) за якої умови повітря здатне увібрати більше води, ніж є на певний момент часу; в) що станеться з водяною парою, яка є в повітрі при зниженні температури? 3. Розрахуйте, якою є відносна вологість повітря, якщо при температурі +30 °С в ньому фактично міститься водяної пари: а) 18 г/м 3 ; б) 9 г/м 3 ; в) 27 г/м 3 ? При якому з цих значень найкомфортніше себе почуває людина?
Абсолютна вологість повітря. Загальна маса води в повітрі величезна й вимірюється трильйонами тон. Для зручності сприйняття визначають скільки грамів водяної пари міститься в кожному кубічному метрі повітря (г/м 3 ). Це й є абсолютна вологість повітря (мал. 186, завд. 1, 2). Вона напряму залежить від температури: чим вона вища, тим більше водяної пари здатне увібрати в себе повітря. Тому вміст води в атмосфері над різними ділянками планети неоднаковий. Найменше всього води в холодному повітрі Антарктиди, найбільше – в районі екватора.
Відносна вологість повітря. Вміст водяної пари в повітрі рідко буває максимальним. Тому абсолютна вологість не дає ясної картини про те, наскільки насичене вологою повітря порівняно з максимально можливою кількістю. Для цього існує поняття відносна вологість повітря – відношення фактичного вмісту водяної пари в повітрі до максимально можливого при певній температурі й виражається у відсотках.
У прогнозах погоди повідомляють саме про відносну вологість повітря. Наприклад, якщо оголосили, що температура становить – 5 °C, а відносна вологість повітря – 66 %, це означає, що у кожному кубометрі повітря за цієї температури міститься 2 г води, тобто лише дві третини від максимально можливої кількості. Комфортними можна вважати погодні умови, при яких відносна вологість повітря становить 40-60 % (див. мал. 186, завд. 3). У пустелях цей показник може бути значно меншим. Якщо відносна вологість повітря зменшується до 30 %, умови життя людини значно погіршуються. Насиченим водою є повітря з відносною вологістю 100 %. У ньому вода починає конденсуватися, тобто переходити з газуватого в рідкий стан. Так виникають роса та туман. Якщо відносна вологість не досягає 100 %, повітря вважається ненасиченим.
Як змінюється відносна вологість повітря протягом дня. Відносна вологість повітря поблизу земної поверхні, як правило, більша зранку, коли ще прохолодно. З підвищенням температури вдень вона зменшується, навіть коли абсолютна кількість пари в ній залишається незмінною. Наприклад, якщо зранку при температурі -5 °С у повітрі міститься 3 г/м 3 води, це означає, що відносна вологість становить 100 %, тобто повітря насичене вологою. Коли вдень температура зросла до 0 °С, а кількість води в повітрі залишилася незмінною, відносна вологість становить лише 60 % – повітря стало ненасиченим.
Як визначають відносну вологість повітря. Відносну вологість повітря визначають приладом, який має назву гігрометр (від. грец. – «рідкий» та «вимірюю»). Існує багато його конструкцій. Одна з найдавніших, відома ще з XVII ст. – волосяний гігрометр (мал. 187). Цей прилад набагато точніший ніж нинішні його аналоги. Сучасні гігрометри використовують електронні датчики для вимірювання вологості, мають цифрове або механічне табло (мал. 188).
Мал. 187. Принцип дії волосяного гігрометра: 1 – знежирена людська волосина: реагує на коливання відносної вологості повітря, змінюючи свою довжину; зі збільшенням вологості воно витягується, зі зменшенням – коротшає: 2 – шкала від 0 до 100 %; 3 – стрілка
Мал. 188. Сучасний електронний гігрометр
Завдання. 1. Зніміть показники відносної вологості повітря з волосяного та електронного гігрометра. 2. Роздивіться, які ще дані показує електронний гігрометр.
«Вірю – не вірю»: перевіряємо інформацію
• Винахід унікального вагового гігрометра приписують видатному вченому, винахідникові та художникові епохи Відродження, який називають на його честь «кульки Леонардо да Вінчі». Він узяв 2 кульки однакової маси: одну з воску, другу – з сухої вати. Остання є гігроскопічною, тобто здатна вбирати в себе вологу з навколишнього повітря. Якщо їх покласти на ваги, спочатку вони будуть урівноважені. З підвищенням вологості, вата ставатиме важчою й чаша терезів гойднеться в її сторону. По суті справи ми маємо ваги-гігрометр.
ОЦІНЮЄМО СВОЇ ДОСЯГНЕННЯ • усього 12 балів
1 бал • 1. Що називають вологістю повітря? 2. Поясніть своїми словами, чому повітря в тропосфері вологе? 2 бали • 3. Поясніть різницю між поняттями «абсолютна» та «відносна вологість повітря». Яка з них легша для сприйняття пересічної людини? 4. Розрахуйте, якою є відносна вологість повітря при температурі +20 °С, якщо в ньому фактично міститься 11,9 г водяної пари при максимально можливій кількості 17 г/м 3 ? 3 бали • 5. Поясніть, як та чому змінюється відносна вологість повітря протягом дня навіть, якщо абсолютна вологість залишається незмінною. 6. Оцініть практичне значення для людини знань про вологість повітря. Чим може загрожувати людині підвищена та знижена вологість повітря?
Вологість повітря
Вологість повітря — вміст водяної пари в повітрі, характеризується пружністю водяної пари, відносною вологістю, дефіцитом вологи , точкою роси, — є одним з найважливіших параметрів атмосфери, що визначає погоду, а також те, наскільки комфортно почуває себе людина в цей момент часу.
Є два способи кількісної оцінки вологості:
- Абсолютна вологість — маса водяної пари, що утримується в одиницях об’єму повітря.
- Відносна вологість — відношення абсолютної вологості до її максимального значення при заданій температурі. При 100 % відносній вологості в повітрі може відбутися конденсація водяної пари з утворенням туману, випаданням води. Температура, при якій це трапляється, називається точкою роси.
Оптимальна для людини вологість 40-60 %
Наочний приклад рідкого і твердого стану вологи в атмосфері — хмари, що складаються з дрібних крапельок води, кристаликів льоду або їхньої суміші. Необхідна умова утворення хмар — насичення водяної пари до стану конденсації (перетворення пари у воду) або сублімації (перетворення пари в крижані кристали, минаючи рідку фазу) і зниження температури повітря до критичної. Крім того, у повітрі мають бути так звані ядра конденсації (або сублімації). Звичайно такими ядрами є кристалики солі, що зриваються вітром із гребенів морських хвиль, або мікроскопічний пил, піднятий з поверхні землі, частки гару над виробничими об’єктами. Оскільки над сучасними містами пилу і гару завжди багато, погода в містах завжди гірша ніж за містом. Особливо це виявляється в приморських містах.
Гарне самопочуття людини залежить не тільки від температури, але і від вологості, сонячного випромінювання, сили вітру і співвідношення цих параметрів. Для оцінки рівня комфортності в місцях зі спекотним кліматом застосовують індекс «температура-вологість» (ІТВ), що обчислюється за формулою 2/5 суми показань сухого і вологого термометрів +15. ІТВ, рівний 98.2, був двічі зареєстрований у Долині Смерті, штат Каліфорнія, США; 27 липня 1966 (49° С і 37 % вологості) і 12 серпня 1970 (47.5° С і 37 % вологості)
Найвологіше місце
За рівнем опадів, що випадають за рік, найвологішим місцем у світі є Черрапунджі — 11 770 мм у рік, це майже 12 метрів. Якщо врахувати, що холод, як і спеку, при підвищеній вологості переносити значно важче, це місце можна визнати найвологішим на Землі. Річ у тім, що наявність вологи в повітрі різко змінює його теплопровідність і теплоємність. Тому спека і холод в умовах високої вологості переносяться значно важче. Узимку при високій вологості людина більше мерзне, а обмороження можуть наступити вже при +4 °C. У спеку, в тропічному кліматі піт, що виділяється людським організмом, через велику вологість повітря не може ефективно випаровуватися і знижувати температуру тіла. Це призводить до великих втрат води та порушення терморегуляції організму і перегріву. Вологість повітря визначається кількістю в ньому водяної пари. Джерелом вологи в повітрі є вода, що випаровується з відкритих водних поверхонь, землі та рослин. В атмосфері волога може перебувати в трьох станах: газоподібному — у вигляді пари, рідкому — у вигляді різної величини крапель і твердому — у вигляді снігу або граду.