Агрегатные состояния вещества
план-конспект урока по физике на тему

Тема 5. Изменение агрегатных состояний вещества

Агрегатные состояния вещества

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

План работы:

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

• Три агрегатных состояния вещества;
• 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 сосуд плотно закрыт крышкой. Очевидно, что температура смеси примерно равна 0°С. Т.е. возможна такая ситуация, когда вещество одновременно находится в твердом, жидком и газообразном состоянии.

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

- Что же отличает одно агрегатное состояние вещества от другого?

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

На примере моделей кристаллических решеток видно, что в твердом состоянии положение молекул упорядочено. Они не могут свободно перемещаться 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. Жидкости обладают текучестью.

Молекулы газа еще слабее связаны друг с другом и поэтому перемещаются 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 расположение атомов и молекул различно;

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

Аморфные тела, это тела, которые обладают свойствами твердых тел (прочность, хрупкость, твердость) и свойствами жидкостей (текучесть, не сохраняют формы с течением 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 вещество поглощает тепло, и кинетическая энергия движения молекул возрастает, т.е.:  v       , U > 0.

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

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

Процесс перехода из твердого состояния в газообразное,  называется сублимацией или возгонкой. Сублимирует 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 кристаллизацией. 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 переходит  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 понижении температуры жидкого гелия после точки кипения (до  2,2 К) кипение жидкости внезапно прекращалось, ее поверхность становилась абсолютно гладкой, и дальнейшее испарение шло без признаков кипения. Кеезом назвал это явление сверхтеплопроводностью.

Советский ученый П.Л.Капица также заинтересовался удивительными свойствами жидкого гелия. Экспериментируя, он обнаружил 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 экспериментов 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 непонятнее, 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 показывает... (.. какое количество теплоты необходимо для нагревания 1 кг вещества на 1 °С).

2. Количеством теплоты называется... (… энергия, которую тело получает или отдает при теплопередаче).

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

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

5. Переход из жидкой фазы в газообразную 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.)

4. Под острым гребнем из металла

Сосна и липа застонали. (Пила)

Почему при распиле древесины пила нагревается? Может ли железо быть в газообразном состоянии? (Механическая работа превратилась 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 увеличилась, внутренняя энергия увеличилась.)

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

Задачи с техническим содержанием

1. Резервуары для хранения нефти и нефтепродуктов имеют клапаны для выхода газов. Откуда в резервуарах появляются газы? (Испаряются с поверхности жидкости)

2. Поршень отливают из алюминия. Одинакова ли внутренняя энергия алюминия в жидком и твердом состояниях, если в том и другом случае температура вещества 660 °С? (В жидком состоянии внутренняя 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 охлаждается и затвердевает. Процесс испарения с поверхности замерзшей воды будет продолжаться, но более медленно)

Кроссворд

Вопросы:

1. Процесс превращения вещества из жидкого состояния в твердое.

2. Мельчайшая частица вещества.

3. Один из видов теплопередачи.

4. Величина, характеризующая способность тела совершать работу.

5. Прибор для измерения 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 — термометр, 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.