Изменение агрегатных состояний вещества

Цель урока: Изучить физические особенности в строении и свойствах различных веществ.

План работы:

1. Анализ результатов контрольной работы;
2. Изучение нового материала:

1. Три агрегатных состояния вещества;
2. Виды перехода из одного агрегатного состояния в другое;

3. Закрепление изученного материала.

Демонстрации:

1. Модели кристаллических решеток;

2. Наблюдение за процессами испарения, плавления и кристаллизации;

3. Набор кристаллических и аморфных тел.

Ход урока

I. Анализ результатов контрольной работы

II. Изучение нового материала

1. Три агрегатных состояния вещества

Демонстрация: в прозрачном сосуде с водой плавают кусочки льда, и со суд плотно закрыт крышкой. Очевидно, что температура смеси примерно равна 0°С. Т.е. возможна такая ситуация, когда вещество одновременно находится в твердом, жид ком и газообразном состоянии.

Любое вещество, состоящее из атомов или молекул, может находиться в одном из трех агрегатных состояний: а) твердом; б) жидком или в) газооб разном.

- Что же отличает одно агрегатное состояние вещества от дру гого?

- Каковы особенности молекулярного строения газов, жидкостей и твердых тел?

На примере моделей кристаллических решеток видно, что в твердом со стоянии положение молекул упорядочено. Они не могут свободно переме щаться по телу.

Молекулы жидкости не имеют такой структуры в расположении, силы взаимодействия у них меньше, чем у молекул твердых тел, и поэтому даже под действием небольших внешних сил они легко перемещаются. Жидко сти обладают текучестью.

Молекулы газа еще слабее связаны друг с другом и поэтому переме щаются по всему объему с большими скоростями. При этом они часто сталкиваются друг с другом. На примере распространения запаха духов комнате это можно наблюдать.

Вывод: 

во-первых, в разных агрегатных состояниях располо жение атомов и молекул различно;

во-вторых, внутренняя энергия одина ковых масс твердого тела, жидкости и газа при одинаковых температурах различна.

Аморфные те ла, это тела, которые обладают свойствами твердых тел (прочность, хрупкость, твердость) и свойствами жидкостей (текучесть, не сохраняют формы с те чением времени). Примеры аморфных тел: куски затвердевшей смолы, янтарь, изделия из стекла.

2. Виды перехода из одного агрегатного состояния в другое

Процесс перехода вида «твердое вещество —» жидкость —» газ» связан с увеличением внутренней энергии. Значит, в таких превращениях вещест во поглощает тепло, и кинетическая энергия движения молекул возрастает, т.е.:  v       , ΔU > 0.

Процесс перехода вида «газ —» жидкость —» твердое вещество» идет с выделением тепла. При этом скорость молекул и внутренняя энергия уменьшаются, т.е.: v       , ΔU < 0.

Иногда бывает так, что вещество из данного агрегатного состояния сра зу переходит в иное, минуя жидкую фазу.

Процесс перехода из твердого состояния в газообразное,  называется сублимацией или возгонкой. Субли мирует кусочек льда в морозный день. Сырое белье замерзает на ветру в мороз, а через сутки становится сухим - ледяная корка исчезает. Также сублимирует угольная кислота в брикетах. Вообще любое тело в твердом состоянии, если оно имеет запах, сублимирует.

Процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое, называется плавлением. Оно идет с поглощением тепла.

Процесс превращения жидкости в пар, называется парообразованием. Это тоже требует количества теплоты извне.

Процесс превращения жидкости в твердое тело называется кристалли зацией. При этом вещество часть тепла отдает в окружающую среду.

Процесс превращения пара в жидкость, называется конденсацией.

Очень интересным процессом является процесс, обратный сублимации, - десублимация. При этом вещество из газообразного состояния сразу пе реходит  в твердое.

Таким образом, есть шесть процессов, которые определяют варианты перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое (рис. 1): плавление,  кристаллизация, парообразование, конденсация, сублимация, десублимация.

Интересный факт

Гелий - газ, который сжижается при 4 К, т. е. при температуре, близкой к абсолютному нулю. Жидкий гелий замечателен тем, что, как бы ни понижали температуру при нормальном давлении, он не переходит в твердое состояние. Это единственное вещество с такой особенностью. Другое замечательное свойство жидкого гелия в 1932 г. открыл нидерландский физик Биллем Хендрик Кеезом. При пони жении температуры жидкого гелия после точки кипения (до ≈ 2,2 К) кипение жидкости внезапно прекращалось, ее поверхность станови лась абсолютно гладкой, и дальнейшее испарение шло без призна ков кипения. Кеезом назвал это явление сверхтеплопроводностью.

Советский ученый П.Л.Капица также заинтересовался удиви тельными свойствами жидкого гелия. Экспериментируя, он обнару жил сверхтекучие свойства жидкого гелия. Петр Леонидович о своем открытии говорил так: «Мне в жизни в первый раз удалось найти такое фундаментальное свойство вещества. Я много делал экспери ментов в разных областях, но это уже вопрос везения или невезения. Когда такой случай подвернулся, нельзя было его упускать. Таких интересных явлений в природе еще немало. Чем явление непонят нее, чем больше оно противоречит современным взглядам, тем оно значительнее. Распутывать эти явления и должна передовая наука». В 1978 г. П. Л. Капице была присуждена Нобелевская премия.

III. Закрепление изученного материала

1. Удельная теплоемкость пока зывает... (.. какое количество теплоты необходимо для нагре вания 1 кг вещества на 1 °С).

2. Количеством теплоты называ ется... (… энергия, которую тело получает или отдает при тепло передаче).

3. Переход из твердой фазы в жидкую фазу называется…(...плавлением).

4. Переход из твердой фазы в га зообразную фазу называется…(...сублимацией).

5. Переход из жидкой фазы в га зообразную фазу называется… (…испарением).

6. Переход из газообразной фазы в жидкую фазу называется… (…конденсацией) .

Задачи для любителей литературы

По загадкам

1. Над водою - ушко,

      Под водою – брюшко. (Айсберг)

О каких состояниях воды идет речь в загадке? (О твердом и жидком)

2. Через нос проходит в грудь

И обратный держит путь.

Он невидимый, и все же

Без него мы жить не можем. (Воздух)

Может ли воздух быть в твердом и жидком состояниях? (Да)

3. Добывают на дне морском из водорослей, хорошо лечит ранки, а дети его боятся. (Йод)

В каком состоянии может находиться йод: в твердом, жидком или газообразном? (Во всех трех.)

1. Под острым гребнем из металла

Сосна и липа застонали. (Пила)

Почему при распиле древесины пила нагревается? Может ли же лезо быть в газообразном состоянии? (Механическая работа превра тилась во внутреннюю энергию. Железо может быть в твердом, в жидком и газообразном состояниях.)

Качественные задачи и вопросы

1. Могут ли быть в жидком состоянии кислород и водород? (Да.)

2. Могут ли быть в газообразном состоянии железо и золото? (Да.)

3. Кусок свинца нагрели, и он перешел в жидкое состояние. Как при этом изменились скорость движения молекул, их расположение, внутренняя энергия вещества? (Скорость движения молекул увели чилась, внутренняя энергия увеличилась.)

4. Воду испарили. Как при этом изменились скорость движения молекул, расстояние между ними, внутренняя энергия воды? (Ско рость движения молекул, расстояние между молекулами, внутрен няя энергия воды увеличились.)

Задачи с техническим содержанием

1. Резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов имеют кла паны для выхода газов. Откуда в резервуарах появляются газы? (Ис паряются с поверхности жидкости)

2. Поршень отливают из алюминия. Одинакова ли внутренняя энергия алюминия в жидком и твердом состояниях, если в том и дру гом случае температура вещества 660 °С? (В жидком состоянии внут ренняя энергия больше.)

3. Что произойдет, если космонавт, выйдя из корабля в открытый космос, откроет сосуд с водой? (При малом давлении вода начнет кипеть и быстро испаряться, при этом вода в сосуде резко охлаж дается и затвердевает. Процесс испарения с поверхности замерз шей воды будет продолжаться, но более медленно)

Кроссворд

Вопросы:

1. Процесс превраще ния вещества из жидко го состояния в твердое.

2. Мельчайшая частица вещества.

3. Один из ви дов теплопередачи.

4. Величина, характери зующая способность тела совершать работу.

5. Прибор для измере ния температуры.

6. Процесс интенсивного испарения вещества по всему объему жидкости.

7. Величина, характеризующая быстроту движения.

8. Процесс, обратный кристаллизации.

Ответы: 1 - отвердевание, 2 — атом, 3 — излучение, 4 — энергия, 5 — тер мометр, 6 - кипение, 7 - скорость, 8 — плавление.

Ключевое слово: возгонка.

Домашнее задание

1. § 37 учебника; вопросы и задания к параграфу;

2. Сборник задач В.И.Лукашика, Е.В.Ивановой: № 1012, 1013.