Разработка урока по теме "Насыщенный пар. Зависимость насыщенного пара от температуры."
методическая разработка на тему

Тема урока: «Насыщенный пар. Зависимость насыщенного пара от температуры».

Тип урока: урок изучения новых знаний

Оборудование: учебники Г.Я. Мякишева, Б.Б.Буховцева «Физика. 10 класс», задачники Рымкевича, волосной гигрометр и психрометр (изображения), таблицы.

Цель урока: сформировать у студентов научное представление о влажности воздуха 

Задачи урока:

Образовательные

1. дать понятие насыщенного и ненасыщенного пара, влажности воздуха, точки росы;
2. исследовать зависимость давления насыщенного пара от температуры;
3. познакомиться с принципами действия приборов для измерения влажности воздуха.

Воспитательные

1. формировать навыки работы в парах;
2. прививать интерес к предмету через различные компоненты воспитательного процесса.

Развивающие

1. развивать умение анализировать, сравнивать, систематизировать информацию;
2. устанавливать причинно – следственные связи;
3. делать выводы.

I. Проверка домашнего задания.  

Беседа по вопросам.

1. При каких условиях происходит испарение жидкости?  Ответ:

2. От каких факторов зависит скорость испарения? 

Ответ:

3. Почему кипение происходит при постоянной температуре в отличие от испарения? 

Ответ:

4. Как изменится температура кипения, если нагревание производить в закрытом сосуде? 

Ответ:

5. Что можно предпринять для скорейшего испарения данного количества жидкости? Ответ:
  
II. Изучение нового материала 

1. Определение насыщенного и ненасыщенного пара. 

Испарение жидкости в закрытом сосуде при неизменной температуре приводит к постепенному увеличению концентрации молекул испаряющегося вещества в газообразном состоянии. Через некоторое время после начала процесса испарения концентрация вещества в газообразном состоянии достигает такого значения, при котором число молекул, возвращающихся в жидкость в единицу времени, становится равным числу молекул, покидающих поверхность жидкости за то же время. Устанавливается динамическое равновесие между процессами испарения и конденсации вещества.

2. Зависимость давления насыщенного пара от температуры

При увеличении температуры увеличивается не только скорость молекул, но и их концентрация. График зависимости давления насыщенного пара от температуры является не линейным.

3. Изотермы реального газа

Давление насыщенного пара p0 данного вещества зависит только от его температуры и не зависит от объема. Поэтому изотермы реальных газов на плоскости (p, V) содержат горизонтальные участки.
Изотермы реального газа. Область I – жидкость, область II – двухфазная система «жидкость + насыщенный пар», область III – газообразное вещество. А – критическая точка.
При повышении температуры давление насыщенного пара и его плотность возрастают, а плотность жидкости уменьшается из-за теплового расширения. При температуре, равной критической температуре Ткр  для данного вещества, плотности пара и жидкости становятся одинаковыми. При T > Tкр  исчезают физические различия между жидкостью и ее насыщенным паром. Если изотермически сжимать ненасыщенный пар при T < Tкр, то его давление будет возрастать, пока не станет равным давлению насыщенного пара.
При дальнейшем уменьшении объема на дне сосуда образуется жидкость и устанавливается динамическое равновесие между жидкостью и ее насыщенным паром. С уменьшением объема все большая часть пара конденсируется, а его давление остается неизменным (горизонтальный участок на изотерме).
Когда весь пар превращается в жидкость, давление резко возрастает при дальнейшем уменьшении объема вследствие малой сжимаемости жидкости. Из газообразного состояния в жидкое можно перейти, минуя двухфазную область. Для этого нужно совершить процесс в обход критической точки K.
а) Если температура газа выше критической, то ни при каком давлении газ не перейдет в жидкое состояние.
б) Если температура газа равна критической, то  газ  перейдет в жидкое состояние, минуя состояние насыщенного пара.
в) Если температура газа ниже критической, то изотермическое сжатие переводит его сначала в состояние насыщенного пара, а затем в жидкость.

4. Влажность воздуха

Две трети поверхности нашей планеты занято водоёмами. Поэтому в атмосферном воздухе всегда присутствует водяной пар. Несмотря на непрерывное испарение воды с поверхности морей и океанов, водяной пар в атмосфере Земли остаётся  в большинстве своём ненасыщенным. За год в атмосферу Земли испаряется 4,25онн воды и около ? этой воды выпадает в виде осадков на сушу. Количество водяного пара , содержащегося в воздухе, имеет важнейшее значение для процессов в атмосфере.
Обобщая вышесказанное, заметим, что необходимо ввести какую-либо физическую величину, характеризующую влажность воздуха.
Для количественной оценки содержания водяного пара в воздухе вводят понятие абсолютной и относительной влажности воздуха.

• Абсолютная влажность  
• Абсолютной влажностью воздуха называется количество водяных паров, содержащихся в единице объема воздуха (1м3), т.е. плотность паров воды, содержащихся в воздухе. Абсолютная влажность воздуха определяется по формуле:

Обычно используемая единица абсолютной влажности — грамм на метр кубический, г/м?.
Абсолютная влажность определяется по точке росы.       

• Относительная влажность? - относительная  влажность воздуха - показывает, как далёк пар от насыщения (%)
  Относительная влажность воздуха – это отношение абсолютной влажности воздуха к плотности насыщенного пара при той же температуре, выраженное в процентах.

определяется по таблице

5. Точка росы  

Если влажный воздух охлаждать, то находящийся в нем пар можно довести до насыщения, и далее он будет конденсироваться.
Сухость или влажность воздуха зависит от того, насколько близок его водяной пар к насыщению.
Признаком того, что пар насытился, является появление первых капель сконденсировавшейся жидкости - росы.
Температура, при которой пар, находящийся в воздухе, становится насыщенным, называется точкой росы. 
Эту температуру определяют экспериментально. Данные для различных условий можно найти в справочной таблице.

6. Приборы для определения относительной влажности воздуха.

а) Волосной гигрометр 

Принцип действия волосного гигрометра основан на свойстве обезжиренного волоса (человека или животного) изменять свою длину в зависимости от влажности воздуха, в котором он находится. Если есть возможность – прибор лучше показать. Подышите на него, влажность и изменится.
б) Конденсационный гигрометр

в) Психрометр 

В психрометре есть два термометра. Один - обычный, его называют сухим. Он измеряет температуру окружающего воздуха. Колба другого термометра обмотана тканевым фитилем и опущена в емкость с водой. Второй термометр показывает не температуру воздуха, а температуру влажного фитиля, отсюда и название увлажненный термометр. Внимательно рассмотреть психометрическую таблицу.
Рассказываю как пользоваться психометрической таблицей.

Практическая работа. Определите относительную влажность воздуха в аудитории.

в) конденсационный гигрометр 
С его помощью определяют точку росы. Это наиболее точный способ измерения относительной влажности.
Студент делает сообщение о значении влажности воздуха в жизни человека. .
Определяем зону комфорта для человека в нашей аудитории.

Может ли влажность меняться в пределах одного помещения, почему?

III. Закрепление материала.

Интересные явления, связанные с водяным паром в воздухе  

а) Облака — взвешенные в атмосфере продукты конденсации водяного пара, видимые на небе с поверхности земли. Облака состоят из мельчайших капель воды и/или кристаллов льда (называемых облачными элементами).Капельные облачные элементы наблюдаются при температуре воздуха в облаке выше ?10 °C; от ?10 до ?15 °C облака имеют смешанный состав (капли и кристаллы), а при температуре в облаке ниже ?15 °C — кристаллические.

б) Туман — атмосферное явление, скопление в воздухе мельчайших продуктов конденсации водяного пара (при температуре воздуха выше ?10° это мельчайшие капельки воды, при ?10…-15° — смесь капелек воды и кристалликов льда, при температуре ниже ?15° — кристаллики льда, сверкающие в солнечных лучах или в свете луны и фонарей).Относительная влажность воздуха при туманах обычно близка к 100 % (по крайней мере, превышает 85-90 %).

в) Роса— вид атмосферных осадков, образующихся на поверхности земли, растениях, предметах, крышах зданий, автомобилях и других предметах.  Из-за охлаждения воздуха водяной пар конденсируется на объектах вблизи земли и превращается в капли воды. Это происходит обычно ночью. В пустынных регионах роса является важным источником влаги для растительности.

г) Иней — один из видов    нарастающих твёрдых атмосферных осадков. Представляет собой тонкий слой кристаллического льда различной мощности. Кристаллы инея, при слабых морозах имеют форму шестиугольных призм, при умеренных - пластинок, а при сильных - тупоконечных игл. Иней образуется путём десублимации водяного пара из воздуха на различных поверхностях.

Вопросы на закрепление материала.

а) Давление насыщенного пара при нагревании возрастает гораздо быстрее, чем давление идеального газа. Почему?
Ответ: Растет не только температура, но и концентрация.

б) Является ли насыщенным пар над поверхностью туалетной воды в закрытом флаконе при постоянной температуре?
Ответ: Да

в) Насыщенный водяной пар находится при температуре 100 0С. Как изменится давление пара, если его объем изотермически уменьшить вдвое?
Ответ: При изменении объема насыщающего пара его давление не изменится, так как давление насыщающего пара при постоянной температуре не зависит от объема.

г) Что легче: сухой воздух объемом 1 куб.м или влажный воздух тоже объемом 1 куб.м?
Ответ: Влажный, так как его плотность меньше плотности сухого воздуха. Парадоксально, но при одинаковом давлении и температуре 1 кубометр влажного воздуха не тяжелее, а легче, чем кубометр сухого воздуха! Дело в том, что давление каждой составной части газовой смеси меньше её общего давления, которое и для сухого и для влажного воздуха одинаковое. А при уменьшении давления уменьшается и вес единицы объема газа.

д) Почему может возникнуть ощущение изнурительной жары при температуре воздуха 25 °С и относительной влажности 80—90%, в то время как при температуре 30 °С и влажности 30% самочувствие может быть хорошим?
Ответ: Чтобы не перегреться, организму в жару надо сильно потеть. Однако при высокой влажности пот не будет высыхать и не даст охлаждения тела.

Итоги урока. 

1. Газ, находящийся в термодинамическом равновесии с жидкостью, называют насыщенным паром этой жидкости. Давление, при котором газ переходит в жидкое состояние при данной температуре, называют давлением насыщенного пара.
2. изотермическое сжатие ненасыщенного пара переводит его сначала в состояние насыщенного пара, а затем - в жидкое состояние;
3. давление насыщенного пара увеличивается с ростом температуры, причем зависимость эта, в отличие от идеального газа, нелинейная. Когда ненасыщенный пар охлаждается до определенной температуры, называемой точкой росы, пар становится насыщенным. При дальнейшем охлаждении насыщенного пара происходит его конденсация;
4. относительная влажность воздуха определяется отношением парциального давления содержащегося в воздухе водяного пара к давлению насыщенного пара при той же температуре.

IV. Домашнее задание.

§ 73, 74
Задача. При температуре 25 градусов С относительная влажность воздуха 81,5%. При какой температуре влажность воздуха будет 50%?

Подготовить сообщения по темам :

2. «Влажность в метеорологии».
3. «Влияние влажности в промышленном производстве».

V. Решение задач (решаем на доске)

Задача № 1
Воздух при температуре 250С имеет точку росы 130С. определить абсолютную и относительную влажности воздуха.

Задача № 2
Относительная влажность воздуха при 270С равна 40%. Определить относительную влажность этого воздуха, если его температура понизится до 200С. Ответ: 59,6%

Задача 3
В комнате объёмом 100 м3 при температуре 20оС относительная влажность воздуха составляет 60%. Определите массу водяного пара в этом воздухе.