Молекулы горячей и холодной воды: чем отличаются молекулы горячей и холодной воды

Молекулы горячей и холодной воды: чем отличаются молекулы горячей и холодной воды

Содержание

Чем теплая вода отличается от холодной


Вода необходима для поддержания жизнедеятельности любого организма на нашей планете. С точки зрения физики данное вещество обладает рядом характерных свойств. В процессе изучения тепловых явлений многие задаются вопросом: а чем отличается теплая вода от холодной? Попробуем найти ответ в этой статье. 


Каждому ребенку известно, что при нагревании вода становится теплой, а потом горячей. И, наоборот, при охлаждении жидкость становится холоднее и замерзает. Таким образом, наблюдается изменение тепловых состояний воды. Величиной, характеризующей данный процесс, является температура. Разумеется, температура теплой воды выше, чем холодной.


Если говорить о молекулярном составе вещества, то частицы теплой и холодной воды идентичны. Однако высокая температура сказывается на скорости диффузии. Поэтому в теплой воде растворение происходит быстрее, чем в холодной.


Установлено, что температура вещества определяется кинетической энергией молекул. Так при нагревании тел средняя кинетическая энергия молекул увеличивается, и они начинают двигаться быстрее; при охлаждении энергия молекул уменьшается, и они начинают двигаться медленнее.


В воде всегда содержатся растворенные газы. С повышением температуры их растворимость понижается и они выделяются в виде мельчайших пузырьков, что проявляется помутнением воды. Следовательно, можно говорить о том, что холодная вода прозрачнее теплой. Кроме того, те же растворимые газы влияют на вкусовые качества воды. Чем выше температура, тем сильнее выражены примеси в воде. Поэтому бытует мнение, что холодная вода вкуснее теплой.


Интересные факты:


  • В 10 раз больше воды содержится в мантии Земли, чем на ее поверхности – в мировом океане.

  • Всего 3% общего количества воды на нашей планете – пресная вода. И треть ее запасов пригодна для употребления, остальная же часть находится в ледниках.

  • Вода в океанах имеет синий оттенок из-за рассеянного потока света в ее водах.

  • В Антарктике лед самый холодный – минус 60 градусов, в Гренландии – минус 28 градусов, в Альпах – всего 0 градусов.

  • Известная всем химическая формула воды h3О существует лишь на бумаге. Но такой чистой воды в природе просто не существует.


Выводы:


  1. Температура теплой воды выше, чем холодной.

  2. Молекулы теплой и холодной воды идентичны.

  3. Диффузия в теплой воде происходит быстрее.

  4. Средняя кинетическая энергия молекул в теплой воде выше, чем в холодной.

  5. Холодная вода прозрачнее теплой.


 

Промежуточный контроль по физике для 7 класса

2 варианта для проведения контрольной работы.

pm-f7.docx

Часть А

А1. Что является основной единицей времени в Международной системе?
А. Сутки;
Б. Минута;
В. Часы;
Г. Секунда;
Д. Год.

А2. Сколько миллиграммов в одном грамме?
А. 10;
Б. 100;
В. 1000;
Г. 0.01;
Д. 0,001.

А3. Выберите верное утверждение:
А. только твердые тела состоят из молекул;
Б. только жидкости состоят из молекул;
В. Только газы состоят из молекул;
Г. Все тела состоят из молекул.

А4.Есть ли отличия между молекулами холодной и горячей воды?
А. Молекулы холодной воды больше, чем молекулы горячей воды;
Б. Молекулы холодной воды меньше, чем молекулы горячей воды;
В. Молекулы одинаковы.

А5. Изменение положения тела относительно других тел с течением времени называют:
А. Пройденным путем;
Б. Траекторией;
В . Механическим движением.

А6. Земля вращается вокруг Солнца со скоростью 108000км/ч. Выразите эту скорость в м/с.
А. 30000м/с;
Б. 1800000м/с;
В. 108м/с;
Г. 180м/с;
Д. 30м/с.

А7. Поезд движется со скоростью 60км/ч. Какое расстояния он пройдет за 1,5ч?
А. 120км;
Б. 80км;
В. 90 км;
Г. 150 км.

А8.Какое из приведенных ниже выражений используется для вычисления плотности тела?
А. ρ •V;
Б. m/ρ;
В. m/V;
Г. V/m.

А9. Плотность бетона 2200кг/м3. Это означает, что:
А. 2200кг/м3 бетона имеют объем 1м3
Б. 2200кг/м3 бетона имеют объем 2200м3
В. 1 кг бетона имеет объем 2200кг/м3

А10. Цистерна вместимостью 20 м3 наполнена керосином, масса которого 16000 кг. Вычислите плотность.
А. 320000 кг/м3 Б. 800 кг/м3 В. 0,05 кг/м3 Г. 320 кг/м3

А11. Весом тела называют силу, с которой:
А. тело притягивается к Земле;
Б. тело действует на другое тело, вызывающее деформацию;
В. Тело вследствие притяжения к Земле действует на опору или подвес.

Часть В

В1. Трактор за первые 5мин проехал 600м. Какой путь он проедет за 0,5ч, двигаясь с той же скоростью?

В2. Какова масса мёда (ρ=1400 кг/м3), если он заполняет банку вместимостью 0,5л?

Ответы

1. г
2. д
3. г
4. в
5. в
6. а
7. в
8. в
9. а
10. б
11. в

B1. 3600м
B2. 0,7кг

Каким образом тепло распространяется в жидкостях?

 

Нагревание любой среды, например, воды или воздуха, заставляет ее расширяться и становиться легче. И наоборот, охлаждение — заставляет ее сжиматься и становиться тяжелее. Комбинация этих разнонаправленных физических воздействий формирует явление, называющееся конвекцией и представляющее собой один из процессов передачи теплоты в больших объемах жидкостей и газов.

Когда сосуд с водой расположен над работающей горелкой, вода над пламенем поглощает энергию. Эта энергия заставляет молекулы воды отодвигаться друг от друга, в результате чего она становится менее плотной. Нагретая вода поднимается вверх; на рисунке серая краска на дне сосуда делает это движение видимым. В то же самое время более холодная и плотная вода опускается вниз, чтобы занять место поднявшейся вверх теплой воды. Когда теплая вода поднимается, она отдает часть своей энергии окружающей воде и немного охлаждается. Тем временем более теплая вода продолжает подниматься, отодвигая в стороны слои остывшей воды. Конвекция прекратится только тогда, когда пламя погаснет и вся вода примет одинаковую температуру.

Конвекция при подведении теплоты

Нагревание дна пробирки увеличивает температуру нижних слоев воды. В результате теплая вода поднимается вверх, а более тяжелая холодная вода опускается вниз и также нагревается. Со временем вся вода становится горячей. Нагревание верхней части пробирки приводит к повышению температуры только верхних слоев воды, так как более легкая горячая вода остается над холодной.

Конвективное движение воды

Поднимаясь со дна стоящего на огне сосуда, нагретая вода постепенно теряет теплоту. Оказавшись на поверхности, эта вода расходится в стороны под действием поднимающегося столба более теплой воды. Охлаждаясь, вода становится более плотной и опускается вниз.

Конвекция в газовой среде

Струйки дыма позволяют проследить формирование конвективных токов в воздухе комнаты (рисунки вверху). Процесс начинается с подъема вверх теплого воздуха (левый рисунок). Достигнув потолка (средний рисунок), этот воздух расходится в стороны под действием поднимающихся более теплых воздушных струй, после чего, потеряв теплоту, опускается вниз к полу и под действием спускающихся сверху струй охлажденного воздуха (рисунок справа) снова перемещается к источнику теплоты, нагревается и поднимается вверх.

Нагревание и охлаждение воздуха в комнате

Воздушный кондиционер охлаждает комнату наиболее эффективно при размещении около потолка (верхний рисунок под текстом), так как охлажденный воздух (на рисунке синий) опускается вниз и затем распространяется по комнате в результате конвекции. И наоборот, воздухонагреватель работает лучше всего, когда размещен у пола (нижний рисунок). Теплый воздух (на рисунке оранжевый) поднимается вверх и затем циркулирует по комнате.

Диффузия

Это явление окружает нас абсолютно везде, но мало кто знает о
нём. Ароматный кофе в чашке, или шлейф от маминых любимых
духов — это диффузия. Смог над промышленным районом, или на
МКАД — диффузия. Мы чувствуем запахи, благодаря диффузии, у нас
получается вкусная пища и напитки — благодаря ей же. Мы видим
загрязнённую природу в городе и наблюдаем экологические
катастрофы тоже из-за диффузии.

Процесс диффузии происходит в нашей жизни постоянно и везде. Даже
когда мы спим! Очень тонкий слой нашей кожи остаётся на
поверхности простыни, а также в неё впитывается пот. Именно
поэтому, постельное бельё и одежда требуют регулярной стирки.
Кстати, пролитый лимонад на футболку, как вы уже
догадались, тоже диффузия. 

Дальше больше! Мы все появляемся на свет благодаря тому, что
молекулы яйцеклетки и сперматозоида диффундируют, в результате
чего появляется зародыш. Процесс оплодотворения осуществляется
также благодаря диффузии. Вы знали?

Как вы поняли, процесс диффузии может оказывать на нашу жизнь как
положительный, так и отрицательный эффект.

Проведём эксперимент.

Нам понадобятся:

  • Стакан с горячей водой
  • Стакан с холодной водой
  • Любой краситель (мы взяли пищевой, а можно, например,
    марганцовку)
  • Шприц без иглы

Ход опыта:

1. Стаканы заполняем водой одинаково. С помощью
шприца капаем краситель одновременно в стакан с горячей и
холодной водой.

2. Наблюдаем, что происходит.


Название видео

Итог: Горячая вода окрашивается быстрее и
равномернее холодной.

Объяснение: 

Так что же такое диффузия? Если просто и одним словом —
смешивание. Если по википедии, диффузия — процесс
взаимного проникновения молекул или атомов одного вещества между
молекулами или атомами другого, приводящий к самопроизвольному
выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму. 

Агрегатное состояние вещества — важнейший фактор. В каждом
агрегатном состоянии молекулы движутся с определённой
скоростью. Чем выше температура вещества, тем быстрее
движутся молекулы. Следовательно, процесс смешивания происходит
быстрее при высоких температурах. Что мы и увидели из нашего
опыта.

 

МБОУ «Лицей №55» Потапова И.А. 6ая городская научно-практическая конференция исследовательских работ младших школьников «Влияние температуры на скорость диффузии»

Городская конференция исследовательских работ и творческих проектов младших классов
«Я исследую мир»

 

 

 

 

 

 

 

 

«Влияние температуры на диффузию»

 

 

 

 

 

 

Работу выполнил: Казанцев Константин
Ученик 3 «А» класса МБОУ «Лицей № 55»
Научный руководитель: Потапова Ирина Анатольевна,

Учитель начальных классов

 

 

Пенза 2014

 

Содержание

 

Введение    

1.Понятие диффузии 
2. Диффузия в газах и жидкостях

3. Влияние температуры вещества на диффузию

4. Явление диффузии в природе и ее применении в технике

Заключение

Используемая литература

Введение

В своей жизни человек часто сталкивается с различными физическими явлениями. И часто даже не задумывается об этом. Одному из таких явлений, а именно диффузии, посвящен эта работа.

Говоря научным языком, диффузия – это распространение молекул или атомов одного вещества между молекулами или атомами другого.

В повседневной жизни мы сталкиваемся с этим явлением, когда завариваем чай, солим пищу или используем освежитель воздуха. Даже в поговорке это явление нашло свое отражение. В физическом смысле поговорка «Ложка дегтя в бочке меда», говорит о том, что деготь – это смолистое жидкое вещество, которое проникает в другое жидкое вещество – мед и придает ему неприятный вкус. Явление диффузии используется везде – в кулинарии, в медицине, в технике, поэтому очень важно представлять закономнрности этого явления.

Цель работы: исследовать такое физическое явление, как диффузия.

Задачи работы:

— изучить физические основы  диффузии;

— провести опыт, доказывающий влияние температуры на диффузию;

— описать роль диффузии в жизни человека.

Гипотеза: температура влияет на скорость протекания диффузии.

1.      Понятие диффузии.

В  соответствии  с  современными  представлениями,  атомы  и  молекулы,  из  которых  состоит  вещество,  находятся  в  беспрерывном  хаотическом движении.  Такое движение называется тепловым.

Тепловое  движение  невозможно  увидеть  невооруженным  глазом,  ведь размеры молекул  очень малы.

Однако существует много физических явлений,  объяснить которые можно только опираясь на тот факт,  что молекулы постоянно двигаются.

Бесспорным  доказательством  движения  молекул  служит  физическое явление,  которое называется диффузия (от лат.  diffusio —  распространение,  растекание). Диффузией  называют  взаимное  проникновение  соприкасающихся веществ друг в друга, происходящее в результате теплового  (хаотического)  движения молекул  (атомов).

Так как частицы движутся и в газах, и в жидкостях, и в твердых телах, то в этих веществах возможна диффузия.Наиболее быстро диффузия происходит в газах, медленнее в жидкостях и медленнее всего в твёрдых телах.

Диффузия объясняется так. Сначала между двумя телами чётко видна граница раздела двух сред (рис.1а). Затем, вследствие своего движения отдельные частицы веществ, находящихся около границы, обмениваются местами.

Граница между веществами расплывается (рис.1б). Проникнув между частицами другого вещества, частицы первого начинают обмениваться местами с частицами второго, находящимися во всё более глубоких слоях. Граница раздела веществ становится ещё более расплывчатой. Благодаря непрерывному и беспорядочному движению частиц этот процесс приводит в конце концов к тому, что вещество становится однородным (рис.1в).

 

2.                  Диффузия в газах и жидкостях

Всем хорошо известно, что если в комнату внести какое-либо пахучее вещество, например духи или нафталин, то запах вскоре будет чувствоваться во всей комнате. Распространение запахов происходит из-за того, что молекуле духов (или нафталина) движутся.

Возникает вопрос, почему же запах в комнате распространяется не мгновенно, а спустя некоторое время.

Дело в том, что движению молекул пахучего вещества в определенном направлении мешает движение молекул воздуха. Молекулы духов (или нафталина) на своем пути сталкиваются с молекулами газов, которые входят в состав воздуха. Они постоянно меняют направление движения и, беспорядочно перемещаясь, разлетаются по комнате. Это  значит,  что молекулы ароматного вещества,  двигаясь,  попадают  в  промежутки  между  молекулами  воздуха,  которым  заполнена  комната,  т.  е.  наблюдается диффузия.  Именно  в результате диффузии  в  газах мы ощущаем  запахи: запах вкусной еды  из  столовой  или  запах  прогретой летним солнцем травы.

Диффузию можно наблюдать и в жидкостях. Но в жидких веществах подобные процессы протекают значительно медленнее.Взаимопроникновение двух разнородных жидкостей друг в друга, растворение твердых веществ в жидкостях (например, сахара в воде) и образование однородных растворов – примеры диффузионных процессов в жидкостях. Многочисленные опыты  свидетельствуют,  что диффузия в жидкостях протекает  значительно медленнее,  чем  в  газах. 

 Еще  медленнее  происходит диффузия в твердых телах. Это происходит из-за особенностей расположения молекул газов, жидкостей и твердых  тел.

 

3.                  Влияние температуры вещества на диффузию

Довольно  сложные  эксперименты  показывают,  что  при любой  температуре  в  веществе  есть молекулы,  двигающиеся  довольно  медленно, и молекулы,  скорость которых высока. Если  количество молекул вещества,  имеющих высокую скорость,  увеличивается,  т.  е.  увеличивается средняя скорость молекул, то это значит,  что температура вещества также увеличивается.

Обратимся к опыту, коорый проводил каждый из нас. В двух стаканах налита вода, но в одном холодная, а в другом – горячая. Опустим одновременно в стаканы пакетики с чаем. Нетрудно заметить, что в горячей воде чай быстрее окрашивает воду, диффузия протекает быстрее. Чем горячее вода, тем быстрее она приобретет характерный цвет и запах. Это наглядное подтверждение того, что температура влияет на диффузию. Скорость диффузии увеличивается с ростом температуры, так как молекулы взаимодействующих тел начинают двигаться быстрее.

В случае повышения  температуры скорость диффузии в  газах  также увеличивается.

Зависимость  скорости  диффузии  от  температуры  особенно  заметна  для  твердых  тел. Так, английский металлург Вильям Роберт Остин провел следующий опыт. Он наплавил тонкий  диск  золота  на  свинцовый  цилиндр  и  на несколько дней поместил  этот цилиндр в печь,  где поддерживалась температура около  400°С.  Оказалось,  что  золото  продиффундировало через весь цилиндр ; тем временем при комнатной температуре диффузия в металлах практически  не наблюдалась.

Для наблюдения за процессом диффузии можно использовать прозрачную емкость с водой и краситель. Если капнуть в воду жидкий краситель, цветные капли будут постепенно расплываться в воде. А через несколько часов раствор приобретет однородный цвет.

Для изучения диффузии и влияния температуры на нее был проведен следующий опыт.

1.                  В колбу налили чистую воду.

2.                  В стакане с теплой водой растворили желый краситель.

3.                  С помощью пипетки в колбу медленно капнули несколько капель желтого цвета.

В результате диффузии вода и краситель смешались и раствор в колбе стал желтым

4.                  В стакане с холодной водой растворили синий краситель, а в колбу с желтым раствором добавили лед.

5.                  С помощью пипетки капнули в колбу воду синего цвета.

При смешивании желтого и синего цветов, вода окрасилась в зеленый. Что наглядно показывает нам действие диффузии на практике. При этом окрашивание воды в желтый цвет с помощью теплого раствора происходило быстрее, чем смешивание желтого и синего растворов.

Для наблюдения за процессом диффузии в твердом веществе был использован кусечек сахара и жидкий криситель. На поверхность кусочка сахара капнули красителем. Сначала окрасилось только то место, куда попала капля. Но постепенно краситель проник в вещество, и окрашенной оказалась значительная часть сахара.

Таким образом, мы выяснили, что чем выше температура вещества,  тем быстрее происходит диффузия,  т.  к.  молекулы  быстрее двигаются.

 

4.                  Явление диффузии в природе и ее применении в технике

Явление диффузии широко используется и на практике. В повседневной жизни – заварка чая, консервирование овощей, изготовление варений. Явление диффузии очень распространено в  природе.  Благодаря  диффузии  углекислый газ  попадает  в  листву  растений;  питательные вещества впитываются в кишечнике;  кислород из легких попадает в кровь, а из крови — в ткани и т.  д.Большую роль играют диффузные процессы в снабжении природных водоёмов и аквариумов кислородом. Кислород попадает в более глубокие слои воды в стоячих водах за счёт диффузии через их свободную поверхность. Поэтому нежелательны всякие ограничения свободной поверхности воды. Так, например, листья или ряска, покрывающие поверхность воды, могут совсем прекратить доступ кислорода к воде и привести к гибели ее обитателей. По этой же причине сосуды с узким горлом непригодны для использования в качестве аквариума.

Диффузию  широко  применяют  в  технике. На явлении диффузии основана диффузионная сварка металлов. Метод диффузионной сварки позволяет соединять между собой металлы, неметаллы, металлы и неметаллы, пластмассы. Детали помещают в закрытую сварочную камеру с сильно разряженным воздухом, сдавливают и нагревают до 800 градусов. При этом происходит интенсивная взаимная диффузия атомов в поверхностных слоях контактирующих материалов. Диффузионная сварка применяется в основном в электронной и полупроводниковой промышленности, точном машиностроении.

Для извлечения растворимых веществ из твердого измельченного материала применяют диффузионный аппарат. Такие аппараты распространены, главным образом, в свеклосахарном производстве, где их используют для получения сахарного сока из свекловичной стружки, нагреваемой вместе с водой.

На явлении диффузии основан процесс металлизации – покрытия поверхности изделия слоем металла или сплава для сообщения ей физических, химических и механических свойств, отличных от свойств металлизируемого материала. Применяется для защиты изделий от коррозии, износа, повышения контактной электрической проводимости, в декоративных целя. Для повышения твердости и жаростойкости стальных деталей применяют цементацию. Она заключается в том, что стальные детали помещают в ящик с графитовым порошком, который устанавливают в термической печи. Атомы углерода вследствие диффузии проникают в поверхностный слой деталей. Глубина проникновения зависит от температуры и времени выдержки деталей в термической печи.

К сожалению, необходимо отметить и вредные проявления этого явления. Дымовые трубы предприятий выбрасывают в атмосферу углекислый газ, вредные вещества. В настоящее время общее количество выбросов газов в атмосферу превышает 40 миллиардов тонн в год. Избыток углекислого газа в атмосфере опасен для живого мира Земли, нарушает круговорот углерода в природе, приводит к образованию кислотных дождей. Процесс диффузии играет большую роль в загрязнении рек, морей и океанов. Годовой сброс производственных и бытовых стоков в мире равен примерно 10 триллионов тонн.

Загрязнение водоёмов приводит к тому, что в них исчезает жизнь, а воду, используемую для питья, приходится очищать, что очень дорого. Кроме того, в загрязненной воде происходят химические реакции с выделением тепла. Температура воды повышается, при этом снижается содержание кислорода в воде, что плохо для водных организмов. Из-за повышения температуры воды многие реки теперь зимой не замерзают. Для снижения выброса вредных газов из промышленных труб, труб тепловых электростанций устанавливают специальные фильтры, но установка их стоит очень дорого. Для предупреждения загрязнения водоемов необходимо следить за тем, чтобы вблизи берегов не выбрасывался мусор, пищевые отходы, навоз, различного рода химикаты.

Таким образом, значение диффузии в неживой природе очень велико, а существование живых организмов было бы невозможно, если бы не было этого явления. К сожалению, приходится бороться с отрицательным проявлением этого явления, но положительных факторов намного больше и поэтому мы говорим об огромном значении диффузии в природе.

Заключение

Изучив явление диффузии, можно сделать вывод, что диффузия – фундаментальное явление природы. Его проявления имеют место на всех уровнях организации природных систем на нашей планете, начиная с уровня элементарных частиц, атомов и молекул, и заканчивая геосферой. Оно широко используется в технике, в повседневной жизни. А так же проявляется во многих природных явлениях.

Исследование диффузии помогает лучше понять явления, с которыми мы сталкиваемся каждый день. Распространение запахов – наглядный пример диффузии в газах. А заваривание чая, приготовление рассола для овощей пример диффузии в жидкостях.

В результате проведенных экспериментов наглядно видно, что чем выше температура раствора, тем быстрее происходит диффузия.

Все это помогает лучше разобраться в окружающих нас физических процессах и их практическом применении.

 

Использованная литература

  1. Гершберг  А.Е. Физика в доме. – М.::Космосинформ, 2003.
  2. Пёрышкин А.В. Физика 7 класс. – М.: Дрофа, 2010.
  3. Перельман Я.И. Физика на каждом шагу. – М: АСТ, 2013

 

Вложение Размер
kazancev3a.pptx 1.62 МБ

Чем отличается теплоноситель от обычной воды горячего водоснабжения?


На схеме представленной ниже для пояснения этой самой разницы показана работа современной ИТП.


При открытой схеме горячего водоснабжения теплоноситель используется как на цели отопления, так и на цели горячего водоснабжения. То есть горячая вода в отопительных приборах, в кранах на кухне и в ванной одна и та же. Закрытая система (современные дома), предполагает что теплоноситель циркулирует по замкнутому кругу, расходуя тепловую энергию только на отопление. Горячее водоснабжение при этом осуществляется путём нагрева холодной воды этим же теплоносителем, но уже через специальное оборудование – пластинчатый теплообменник.



Для переноса тепловой энергии от генератора тепла (котла, бойлера, кипятильника) к потребителям энергии необходим теплоноситель. Существует три вида теплоносителя:

  • вода (или антифриз)
  • пар
  • воздух.


Самым распространенным теплоносителем в российском жилищном строительстве является вода, а система отопления, использующая этот теплоноситель, называется водяным отоплением.


Как видно из схемы в контуре отопления при нагревании молекулы солей и кислорода высвобождаются, что приводит к образованию на внутренних стенках труб солевых отложений — накипи, и завоздушиванию труб — пробками. Чем реже меняется вода в системе отопления, тем меньше будет отложения солей в трубах и воздушных пробок, в связи с этим воду необходимо подготавливать.


Таким образом получается, что горячая вода для повседневных нужд (контур ГВС) это сырая вода + теплоэнергия от теплообменника. Другими словами когда открываешь кран горячей воды и делаешь свои дела она утекает, взамен ушедшей приходит сырая вода ХВС (неподготовленная) и она снова нагревается в теплообменнике до нужной потребителю температуры.


Горячая вода которая используется в системе отопления это теплоноситель (вода) прошедшая  специальную водоподготовку (добавление различных примесей, солей)+ теплоэнергия.

Почему холодная вода весит больше, чем горячая вода в фиксированном объеме?

Ну, чтобы создать сцену, давайте предположим, что это идентичные ведра, и оба они заполнены тем же чистым H 2 O; получить дистиллированную воду из продуктового магазина, если вы на самом деле пытаетесь это сделать, так как краны и большая вода в бутылках содержат другие химикаты, которые полезны для питьевой воды, тем более для научных экспериментов. Давайте также предположим еще пару вещей: мы положили воду в ведра после , чтобы получить воду до желаемых температур, и что мы запечатываем вершины ведер, как только мы их заполняем.

Предположения:

  1. Идентичные ковши
  2. Pure H 2 O
  3. Горячая вода была нагрета до заполнения ковша.
  4. Запечатывают ведра сразу после их заполнения.

Таким образом, у нас есть два идентичных запечатанных ведра, наполненных водой, с той лишь разницей, что мы наполнили его горячей водой, а другая — холодной водой. Как уже сказал Sparr , нагрев большинства из них приведет к его расширению; молекулы будут выделяться больше, и что (за исключением нескольких градусов до того, как он замерзает) справедливо и для воды!

Когда мы наполнили два ведра, хотя казалось, что мы вносим одинаковое количество воды ( объем ) в обоих из них, мы фактически вписываем больше молекул воды в холодное ведро, чем в горячем потому что молекулы в горячей воде более разнесены, чем в холодной воде. А поскольку масса массы любой молекулы воды (H 2 O) одинакова (все они используют одни и те же основные строительные блоки), ведро, в которое мы могли бы вписаться больше молекул воды в холодном ковше — будет тяжелее.

Чтобы еще раз продемонстрировать этот эффект, вы можете позволить горячему ведру остыть до температуры холодного ведра. Если что-то пойдет не так, как только горячее ведро охладится до температуры холодного ведра, если вы снимете крышку, вы увидите, что ведро больше не заполнено до краев. Конечно, такое же количество молекул все еще находится в ковше, — где еще они могли бы исчезнуть, если бы ведро было запечатано? — но когда вода охладилась, молекулы сблизились; плотность увеличилась. И холодная вода, которую нужно добавить, чтобы заполнить ее до краев, будет равна весу холодного ковша за вычетом веса горячего ведра.

горячих и холодных движений цианида и воды

Исследование украсило обложку журнала Physical Chemistry A от 3 сентября 2009 г.

(PhysOrg.com) — Ученые давно знали, что молекулы танцуют при повышении температуры, но теперь исследователи знают точные шаги, которые вода совершает с определенной молекулой. Результаты с небольшими электрически заряженными ионами цианида и молекулами воды показывают, что вода перемещается вокруг ионов в большей степени, чем ожидалось.Полученные данные улучшают наше понимание химического взаимодействия, важного для атмосферных наук.

«Одним из краеугольных камней исследований климата Министерства энергетики является фундаментальное понимание воды и ионов, одного из наиболее распространенных химических взаимодействий», — сказал химик Сюэ-Бинь Ван из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории и Университета штата Вашингтон.

«Мы разработали новый прибор для исследования динамики ионов в воде», — сказал Ван.«И мы объединили теорию и моделирование, чтобы разобраться в этих экспериментах, что дало нам более глубокое фундаментальное понимание того, что происходит с этой вездесущей молекулой — водой».

Ван, физико-химик PNNL Сотирис С. Ксантеас, физик-химик Лай-Шенг Ван из PNNL и WSU и их коллеги опубликовали результаты в журнале Journal of Physical Chemistry A . Журнал представил их работы на обложке номера от 3 сентября.

Ученые, занимающиеся атмосферой, хотят знать, как маленькие частицы порхают сквозь водяной пар в небе.Чтобы понять основы, они изучают более простое взаимодействие: вода и ионы, небольшие атомы или молекулы, которые имеют небольшой электрический заряд и существуют в природе повсюду.

Например, когда обычная поваренная соль — хлорид натрия — растворяется в воде, отрицательно заряженные ионы хлорида (Cl ) и положительно заряженные ионы натрия (Na + ) каждый по отдельности взаимодействуют с молекулами воды.

Предыдущая работа с ионами хлора и водой дала противоречивые результаты о том, как молекула воды (имеющая форму бумеранга) и ион хлорида (имеющая форму шара) сталкиваются друг с другом.Другие группы изучают ионы цианида в форме штанги, потому что многие молекулы, встречающиеся в природе в окружающей среде, содержат цианид. На химическое взаимодействие воды и хлорида или цианида влияют заряд и форма молекул, а также температура, в которой они находятся.

Но непосредственно наблюдать за тем, как температура влияет на взаимодействие воды и ионов цианида, было сложно. Таким образом, команда разработала уникальный инструмент, который позволил им точно контролировать температуру почти до абсолютного нуля или температуру, при которой все замерзает.Команда использовала фотоэлектронную спектроскопию с контролируемой температурой в EMSL, Лаборатории молекулярных наук Министерства энергетики в кампусе PNNL, чтобы определить, насколько тесно один ион цианида и от одной до трех молекул воды взаимодействуют при очень низкой температуре -438 ° F (12 Кельвинов). и снова при температуре окружающей среды 80 ° F (что эквивалентно 300 Кельвину).

Команда измерила энергию связи электронов молекул при низких и высоких температурах.Эта энергия является показателем того, насколько крепко молекулы держатся за свои электроны — чем крепче удерживание, тем сильнее связи, которые образуются между молекулами. Команда обнаружила, что при низкой температуре энергия связи электронов выше, чем при высоких температурах, как они и ожидали. Однако разница между двумя сценариями оказалась больше, чем ожидала команда.

Чтобы изучить неожиданную разницу в энергии, исследователи провели компьютерное моделирование на суперкомпьютере Chinook в EMSL.Это также позволило им определить, как вода в форме бумеранга и цианид в форме штанги сталкиваются друг с другом. Сначала они оценили, сколько энергии использовали молекулы для принятия различных конфигураций. Затем они сравнили компьютерные оценки с данными, собранными на их уникальном приборе при разных температурах.

Команда обнаружила, что молекулы ведут себя по-разному при низких и высоких температурах. При более низких температурах вода в форме бумеранга оставалась неподвижной, в то время как цианид балансировал на конце одного из двух рукавов воды.Там цианид перевернулся, иногда направляя атом углерода (C) в сторону рукава воды, а иногда указывая на азот (N). При самой холодной испытанной температуре, -438 ° F, молекулы замерзли, а цианид направил свой азотный конец на воду.

Однако при температуре окружающей среды цианид в форме штанги держался устойчиво, в то время как молекула воды раскачивалась и переворачивалась вокруг цианида. Хотя исследователи были удивлены тем, насколько сильно перемещалась вода, множество положений, которые она могла занять, объясняли, почему они увидели меньшую энергию связи электронов, чем ожидали при комнатной температуре: волнистая вода означает, что связь между молекулами не такая прочная.

«Вода может взаимодействовать с углеродом или азотом цианида и качаться вперед и назад на одном атоме», — сказал Ван. Он добавил, что детализация этого инструмента впечатляет. «Ученые годами знали, что атомы перемещаются при повышении температуры. Теперь они могут определить наиболее вероятное положение, в котором находится молекула при разных температурах».

Результаты также объясняют противоречивые результаты с ионами хлора и водой, по словам исследователей, из-за важности температуры для этого взаимодействия.

Исследователи планируют продолжить исследования, которые будут включать сразу много молекул и ионов воды, а также более сложные ионы, чем цианид.

Ссылка : Ван XB, JC Werhahn, LS Wang, K Kowalski, A Laubereau и SS Xantheas. 2009. «Наблюдение замечательного температурного эффекта в структуре водородных связей и динамике кластера CN- (h3O)». Журнал физической химии A, DOI 10.1021 / jp
02

Предоставлено Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией (новости: в Интернете)


Горячие и холодные движения цианида и воды


Ссылка :
Горячие и холодные движения цианида и воды (8 сентября 2009 г.)
получено 4 октября 2021 г.
с https: // физ.org / news / 2009-09-hot-cold-cyanide_1.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

молекул и температура

молекулы и температура

Молекулы и температура

Хайме Пенни и Линн Ратленд

30 сентября 1998 г.

1.Описание: этот урок представляет собой практическое занятие по изучению молекулярных концепций, в частности их
движение и их отношение к температуре.

2. Уровень класса: Это задание подходит для четвертого класса.

3. Общая информация: Молекулы есть во всем живом и неживом. Расположение
молекулы определяют три состояния вещества: твердое, жидкое и газообразное. В твердом теле молекулы
скреплены очень плотно.В жидкости молекулы расположены не так близко друг к другу, а даже дальше друг от друга.
в газе. Они определяются как наименьшая часть соединения, обладающая свойствами этого соединения.
Молекулы слишком малы, чтобы их можно было увидеть, но мы можем наблюдать за их движением, экспериментируя. Эти
молекулы всегда движутся. Температура — это мера того, насколько что-то горячее или холодное. Температура
определяется как среднее движение молекул; насколько что-то горячо или холодно; измеряется в градусах.
При нагревании температура чего-либо повышается, потому что молекулы в воде ускоряются.Как
температура снижается, ее температура падает. Это потому, что молекулы начинают замедляться.

4. Стандарты

-Standard # 20 (курс обучения в Алабаме) Студенты описывают наблюдаемые свойства состояний
иметь значение.

-Standard # 21 (курс обучения в Алабаме) Студенты описывают характеристики предметов: цвет,
гибкость, состав, форма, размер, текстура, вес и блеск.

5. Материалы и оборудование

Горячий как кубик льда Филиппа Балестриона, две прозрачные чашки на группу или ученика, пищевой краситель, глаз
капельницы вода (горячая и холодная)

6. Процедура

1. Прочитайте классу «Горячий как кубик льда » Филиппа Балестриона.

2. Кто-нибудь может назвать характеристику молекулы? Кто-нибудь знает, что вызывает
изменить их температуру? В ваших экспериментах мы найдем ответы на эти вопросы.
вопросов.

3. Класс будет разделен на группы по два человека, и им будет напоминать о совместной работе.

4. Мы проинформируем класс о материалах, с которыми они будут работать (горячая вода, холодная вода, еда
окраска, и пипетка).

5. Находясь в этих группах, ученики будут делать прогнозы о том, что произойдет, когда еда
краситель опускается в горячую и холодную воду. Затем их прогнозы будут записаны на
лист наблюдения по одному члену каждой группы.

6. Затем ученики проведут эксперимент, уронив равное количество (одну каплю) еды.
окраска в горячую и холодную воду.

7. Регистратор группы запишет наблюдения за завершенным экспериментом.

8. Студенты образуют кружок для обсуждения на коллоквиуме. Они принесут свой лист наблюдений
с ними в круг.

— Учитель инициирует обсуждение, спрашивая:

-Как прошел ваш эксперимент?

-Какую разницу вы заметили в движении пищевого красителя в горячей и холодной воде?

— Как вы думаете, почему пищевой краситель перемещался быстрее в горячей воде и медленнее в холодной?

9.Затем учеников попросят определить молекулы и температуру на основе того, что они видели в
эксперимент. Если ученики не могут немедленно ответить учителю, мы разрешим соответствующие
подождите, а затем дайте некоторые подсказки относительно того, что это за определение, пока студент не вставит ответ в свой
или ее собственные слова.

7. Оценка: учащиеся представят эксперимент. Они начнут притворяться
молекулы в замороженной воде, и они будут действовать как молекулы в кипящей воде.(Это похоже на
что мы делали в классе) Если ученики могут правильно выполнять пантомиму, то можно сделать вывод, что
они усвоили концепции.

— Студенты также напишут описательный параграф, описывающий, как молекулы реагируют на различные
температуры. Эта письменная форма оценки также будет сопровождаться иллюстрацией, показывающей, что
они написали.

8. Интернет Источник:

Адрес-http: // bellnet.tamu.edu/res_grid/elemtry/temperat.htm

Резюме — это урок, позволяющий студентам попрактиковаться в изучении того, как читать термометр, а затем закончить
Учитель спрашивает учеников, какая одежда должна быть теплой, чтобы в ней было прохладно или тепло.

9. Технологические навыки:

— Дети будут делать прогнозы о том, как их эксперименты пройдут.

— Дети делают выводы на основании увиденного в эксперименте.

— Дети записали свои данные на основе своих групповых наблюдений.

— Дети сравнивают прогнозы своей группы с фактами, которые придумывает вся группа.

Критика уроков по молекулам и температуре

Линн Ратленд

Урок, который я провел по молекулам и температуре, мне не хотелось преподавать. Я наконец решил
попробуй, и я научил этому в самый последний день занятий.К моему удивлению, студенты разобрались с материалом и
урок полностью понравился.

Я хочу начать с упоминания, что этот урок очень продвинутый для третьего класса, и поэтому я не решался его преподавать.
После того, как я был со своим классом и увидел, что это за третьеклассники «выше среднего», я решил, что они определенно могут
понять эти концепции.

Я открыл урок с вопроса: «Может ли кто-нибудь назвать характеристику молекулы?» Это был не лучший урок
открывалка, потому что студенты еще не экспериментировали с молекулами, следовательно, у них действительно еще не было знаний
назвать любые характеристики.Было бы лучше использовать этот вопрос, чтобы «разжечь» дискуссию на коллоквиуме.

Ученики работали в парах, и каждой паре была горячая, холодная вода, пищевой краситель и капельница. С такими
минимальный материал, это сократило мое время подготовки примерно до десяти минут. Это было совсем не время по сравнению с моим уроком улитки
на подготовку ушло около тридцати минут. Этим парам также был выдан лист наблюдений, на котором они записывали
их прогнозы и результаты относительно того, что произойдет, если пищевой краситель опустить в горячую и холодную воду.

Когда студенты записывали свои предсказания, я обрадовался, что решил провести этот урок. В
большинство их прогнозов были точными, поэтому, проведя эксперимент, каждый ученик в паре одновременно отказался от
пищевой краситель в чашки с горячей и холодной водой. На этом этапе я думаю, что важно подчеркнуть учащимся, что если они
не «поняли» увиденное, им следует провести эксперимент еще раз. Более половины групп в моем классе не
«понять» то, что они видели в эксперименте, когда они впервые попробовали его.Позволив им провести эксперимент
во второй раз я увидел, как много лампочек перегорело.

Затем студенты записали свои наблюдения за финальным экспериментом. Затем они принесли свои таблицы данных и сформировали
коллоквиум. Я знаю, что многие из вас могут подумать, что это был короткий урок. Как я уже упоминал ранее, с этими уроками ‘
Поскольку содержание было несколько сложным, я подумал, что чем короче урок, тем легче будет понять материал.

Я вызвал обсуждение, задав вопрос: «Как прошел ваш эксперимент?» Я чувствую, что вопрос сформулирован лучше
например: «Что вы видели в эксперименте?» вызвало бы дальнейшее обсуждение.Еще раз я был
были поражены пониманием учащимися таких навыков, как: что такое материя, как она существует в разных состояниях, как молекулы
составляют материю, и как температура вещества изменяет движение его молекул. Пока на коллоквиуме
Я попросил студентов определить молекулы и температуру на основе того, что они видели в эксперименте. Я получил много откликов
но по большей части они были очень точными.

В конце урока ученики взяли на себя роль молекул в кипящей и замороженной воде.Они изобразили то, что у них было
видели происходящее в их эксперименте. Думаю, я поступил хорошо, выбрав студентов, которые, по моему мнению, все еще могли быть
немного запутался. Надеюсь, с помощью пантомимы их замешательство будет устранено

После пантомимы ученики вернулись к своим партам, чтобы выполнить письменную оценку, которая состояла из написания
описательный параграф об эксперименте и сопровождающий его иллюстрацией. Эта письменная оценка была очень
выгодный.Это было главным образом потому, что не у всех была возможность пантомимизировать, поэтому я мог оценить тех, кто этого не сделал, по
что они написали. Их ответы были точными и полезными для меня как учителя.

Тепло, холод и энергия — наука о льду

Мне действительно следовало написать этот пост в августе. Но как бы мы ни ненавидели соскабливать его с окон холодным утром или осторожно гулять по скользкой парковке, наука о льду — увлекательная вещь.

Например, знаете ли вы, что у льда есть 15 различных кристаллических форм? Или что на самом деле нет такой вещи, как сделать что-нибудь холоднее? Но я забегаю вперед; давайте начнем с самого начала.

Что такое температура?

Температура — это мера скорости (или энергии) атомов в данном веществе. Более формально, «температура — это мера среднего количества кинетической энергии, которой обладают частицы объекта». Атомы всегда в движении. Чем быстрее они двигаются, тем больше энергии в них содержится. Если вещество с быстро движущимися атомами (например, рука в эксперименте ниже) встречает вещество с более медленными атомами (кубик льда ниже), энергия быстро движущихся атомов хочет переместиться в вещество с более медленно движущимися атомами.Когда два вещества имеют одинаковую температуру, ученые называют это «тепловым равновесием».

Что такое тепло?

Тепло — это энергия, чистая и простая, но на самом деле это энергия в движении. «Тепло — это передача энергии от объекта с более высокой температурой к объекту с более низкой температурой». Вот простая демонстрация этого принципа, которую вы можете использовать в классе.

Вам понадобится:

  • Пакет с кубиками льда (достаточно для одного кубика льда на ученика)
  • Бумажные полотенца
  • Ванночка пластиковая (для сбора кубиков льда на конце)

Деятельность

Раздайте каждому ученику кубик льда и пару бумажных полотенец.Пусть они держат лед в руках и наблюдают, что происходит. Запишите их наблюдения на доске. Когда вы исчерпаете (полезные) наблюдения, соберите кубики льда в пластиковую ванну.

Вопросы для обсуждения:

  • Что случилось со льдом?
  • Что чувствовала ваша рука, когда таял лед?
  • Почему растаял лед?

Большинство студентов (и многие взрослые тоже) думают, что рука кажется холодной, потому что «холод» льда проникает в кожу.На самом деле рука кажется холодной, потому что тепло от руки покидает кожу и уходит в лед. Вот почему тает лед.

Что такое лед?

Это один из тех вопросов типа «ага». Лед — это замороженная вода. Молекулы воды состоят из одного атома кислорода, связанного с двумя атомами водорода. Они образуют то, что неспециалист назвал бы неглубокой буквой «V», с двумя атомами водорода снаружи и атомом кислорода посередине. При температуре примерно от 32 ° F до примерно 212 ° F вода находится в жидкой форме.В жидкой воде атомы водорода постоянно образуют и разрывают связи с другими атомами водорода. Эти связи достаточно сильны, чтобы вода не превратилась в пар, но достаточно рыхлые, чтобы молекулы свободно перемещались.

Если вы приложите тепло, молекулы поглощают энергию источника тепла и становятся все более энергичными. При температуре около 212 ° F связи между атомами водорода в молекулах воды разрываются, и молекулы уходят в воздух в виде водяного пара.

С другой стороны, замедлите молекулы примерно до 32 ° F, и атомы водорода сцепятся вместе, образуя узор, который образует кристалл.Эти кристаллы занимают больше места, чем свободно текущие молекулы жидкой воды, поэтому лед менее плотен, чем вода, и может плавать.

Вы можете немного развлечься с процессом кристаллизации воды. Как мы уже упоминали, вода беспрепятственно образует твердое вещество при температуре около 32 ° F. Однако, если другое вещество смешивается с водой, образуя раствор, атомы этого вещества могут мешать способности атомов водорода образовывать твердые связи. Это изменит температуру замерзания воды.

Вам понадобится:

  • 4 небольших контейнера одинакового размера (или набор из четырех контейнеров для каждой группы учащихся)
  • Малярная лента, опция (для маркировки контейнеров)
  • Способ измерения воды (я использовал мерный стакан на 1/3 стакана)
  • Соль поваренная
  • Ложка или палочка для перемешивания
  • Термометр (я использовал мгновенное считывание из моей кухни.)
  • Сахар (по желанию)
  • Мерные ложки
  • Противень или противень для печенья (способ легко перемещать контейнеры в морозильную камеру и из нее)
  • Вода!

Деятельность

  1. Обозначьте контейнеры A, B, C, D.
  2. Налейте равное количество воды в каждую емкость (около 1/3 стакана).
  3. Положите ½ чайной ложки. соли в емкость B. Положите 1 ч. соль в емкость С. Положить 2 ч. л. соль в контейнер D. (Не кладите соль в контейнер A.)
  4. Смешайте воду до растворения соли.
  5. Запишите температуру воды в каждой емкости.
  6. Поместите емкости на лоток и поставьте лоток в морозильную камеру.
  7. Регулярно проверяйте температуру каждой емкости.Вначале я проверял каждые полчаса, но в школе это может оказаться непрактичным.
  8. Запишите время, «состояние» воды (жидкая, начинает кристаллизоваться, в основном кристаллизованная, но еще можно вставить термометр, твердая и т. Д.) И температуру воды в каждом интервале.

Вопросы для обсуждения

  • Будет ли разница в скорости замораживания контейнеров? Почему или почему нет?
  • Что вы заметили в разнице температур между контейнерами во время эксперимента?
  • Кристаллы выглядят по-разному в разных контейнерах?
  • Что происходит с солью, когда вода остывает и начинает замерзать?

Как и многие другие естественные процессы, образование льда на самом деле сложнее, чем этот простой эксперимент (см. Процесс замораживания ниже).Тем не менее, этот эксперимент действительно демонстрирует, как другие вещества могут влиять на способность воды образовывать твердое тело. Я рекомендую попробовать упражнение второй раз (или одновременно) с сахаром. Сахарная вода образует самые разные кристаллы.

Steamy Science: Demonstrating Condensation — Scientific American

Ключевые концепции
Физика
Жидкости
Газы
Давление

Введение
Вы когда-нибудь задумывались, откуда берутся эти маленькие капли воды на внешней стороне вашей банки с содовой или бутылки с водой? Это конденсат! На холодных поверхностях водяной пар в воздухе может охлаждаться, конденсироваться и образовывать крошечные шарики жидкости.Молекулы в этих крошечных каплях воды сгруппированы гораздо ближе друг к другу, чем когда они были в газовой фазе, и оказывают меньшее давление — факт, который имеет довольно интересные физические последствия.

Возможно, вы видели классическую научную демонстрацию, где сваренное вкрутую яйцо «засасывается» в бутылку с помощью спички. Эффект определенно крутой, но понять, как он работает, сложно. Молекулы воздуха расположены по-разному и оказывают разное давление в зависимости от того, насколько они горячие или холодные.Это забавный эксперимент, в котором физика более заметна, эффект более драматичен, а пиротехника совершенно не нужна.

Фон
Молекулы, из которых состоит все вокруг нас, включая воздух, находятся в постоянном движении. Чем горячее становятся молекулы воды, тем быстрее они движутся, превращаясь из воды (их жидкая фаза) в пар (их газовая фаза). Когда жидкая вода превращается в газ, молекулы не только движутся намного быстрее, но и располагаются гораздо дальше друг от друга.Они распространяются настолько сильно, что создают давление , давя друг на друга и на все остальное, с чем они соприкасаются. Что произойдет, если мы уберем источник тепла от пара? Молекулы снова образуют жидкую воду. Это называется конденсацией.

Воздух в нашей атмосфере также представляет собой газ, который сам по себе оказывает довольно сильное давление. Этот эксперимент покажет, что может произойти, когда изменяющееся давление конденсируемого пара возрастает по сравнению с давлением воздуха, которое остается относительно постоянным.

Материалы
• Одна большая толстая пластиковая бутылка с широким горлышком (подойдет пустая бутылка из-под фруктового сока емкостью 64 унции или трехгаллонный кувшин для воды). Будьте осторожны с более тонкими пластиковыми контейнерами — горячая вода может заставить их таять; и избегайте стекла — кипящая вода может разбить стекло.
• Маленькие пустые шары для воды (на случай поломки держите под рукой несколько).
• Вода
• Плита
• Прихватка для духового шкафа
• Кастрюля или чайник для кипячения воды (при работе с горячей водой соблюдайте осторожность и помогайте взрослым.)

Процедура
• Поставьте чайник или кастрюлю с водой на плиту.
• Пока вы ждете, пока закипит вода, наполните воздушный шар водой с помощью крана или шланга. Не надувайте воздушный шар слишком сильно! Он должен быть слишком большим, чтобы проскользнуть через горлышко бутылки только под действием силы тяжести, но не настолько большим, чтобы он лопнул, если бы его протолкнули.
• Как только вода закипит, очень осторожно налейте ее в бутылку примерно на четверть.
• Поместите наполненный баллон с водой в горлышко бутылки.
• Отойдите и посмотрите, как воздушный шар втягивается в бутылку. Как вы думаете, почему, зная то, что мы знаем о давлении воды и пара?
Extra: Попробуйте нарисовать схему, которая будет включать иллюстрации того, как выглядят молекулы воздуха и воды на каждой стадии эксперимента. Прочтите «Наблюдения и результаты» ниже, чтобы получить некоторые подсказки.
Extra: Всасывание — понятие, вводящее в заблуждение.Конденсирующий пар не обладает собственной притягательной силой, как магнит. На самом деле он не втягивает и не всасывает воздушный шар в бутылку. Когда молекулы пара перестают выталкиваться из бутылки и перестают давить на воздушный шар, что-то еще за пределами бутылки становится достаточно сильным, чтобы протолкнуть воздушный шар в бутылку — и это не сила тяжести. Что это может быть?
Extra: Что произойдет, если воздушный шар окажется слишком большим? Почему?

Наблюдения и результаты
Когда вода нагревается, ее молекулы начинают быстро перемещаться, превращая часть воды в газовую фазу: пар.В газовой фазе молекулы воды расположены гораздо дальше друг от друга и занимают больше места. Давление внутри и снаружи бутылки достигает состояния равновесия, что означает, что они одинаковы. Почему? Когда горлышко бутылки не закрыто, расширяющийся пар может выходить изнутри бутылки в окружающий воздух.

Вот когда все меняется: когда пар в бутылке начинает остывать, и мы помещаем баллон в горлышко бутылки. Без тепла молекулы воды внутри бутылки начинают конденсироваться, то есть превращаться из пара обратно в жидкую воду.Когда вещество превращается из газовой фазы обратно в жидкую фазу, молекулы занимают гораздо меньше места и оказывают гораздо меньшее давление. Фактически, конденсирующийся пар создает частичный вакуум — область с гораздо более низким давлением, чем в окружающей атмосфере — внутри бутылки. Помните, что, в отличие от конденсирующегося пара, воздух снаружи бутылки не меняется и по-прежнему оказывает собственное давление. Мы называем результирующую разницу между этими двумя областями градиентом давления. Давление не может быть легко уравновешено, потому что баллон блокирует поток газов из одной области в другую.Так что же происходит? Газ снаружи (воздух) давит сильнее, чем газ изнутри (конденсирующийся пар), поэтому воздушный шар проталкивается — и втягивается — в бутылку.

Другой способ описать то, что произошло, — использовать слово «всасывание», потому что баллон с водой был втянут через горлышко в бутылку. Но всасывание может вводить в заблуждение! Когда мы говорим о «всасывании», мы на самом деле говорим о силе жидкости или газа, которая толкает что-то в отсутствие равной силы, отталкивающей назад.Вы можете погрызть пустую бутылку из-под воды, просто высосав из нее воздух. Внешнее давление воздуха — это то, что заставляет бутылку разрушаться, потому что вы удалили воздух изнутри, который давил обратно!

Дополнительные сведения для изучения
Уловка с воздушным шаром с конденсацией, с сайта ScienceFix.com
Сжать банку, с сайта Education.com
Воздушный шар в бутылке: эксперимент с давлением воздуха, с сайта Education.com
Магия воздушного шара с воздушным шаром, с сайта Education.com

Эта деятельность предоставлена ​​вам в сотрудничестве с Education.ком

% PDF-1.4
%
260 0 obj>
эндобдж

xref
260 355
0000000016 00000 н.
0000008544 00000 н.
0000007545 00000 н.
0000008853 00000 н.
0000008994 00000 н.
0000013809 00000 п.
0000013853 00000 п.
0000013930 00000 п.
0000014228 00000 п.
0000014474 00000 п.
0000014714 00000 п.
0000014750 00000 п.
0000014883 00000 п.
0000015372 00000 п.
0000015985 00000 п.
0000017266 00000 п.
0000018553 00000 п.
0000019736 00000 п.
0000020539 00000 п.
0000021471 00000 п.
0000022288 00000 п.
0000022510 00000 п.
0000022788 00000 п.
0000023025 00000 п.
0000023464 00000 п.
0000024429 00000 п.
0000025636 00000 п.
0000028306 00000 п.
0000035381 00000 п.
0000035612 00000 п.
0000035804 00000 п.
0000035955 00000 п.
0000036090 00000 п.
0000036254 00000 п.
0000036389 00000 п.
0000036562 00000 п.
0000036713 00000 п.
0000036892 00000 п.
0000037056 00000 п.
0000037239 00000 п.
0000037412 00000 п.
0000037593 00000 п.
0000037772 00000 п.
0000037954 00000 п.
0000038133 00000 п.
0000038319 00000 п.
0000038502 00000 п.
0000038685 00000 п.
0000038867 00000 п.
0000039050 00000 н.
0000039235 00000 п.
0000039419 00000 п.
0000039604 00000 п.
0000039789 00000 п.
0000039969 00000 п.
0000040150 00000 п.
0000040327 00000 п.
0000040516 00000 п.
0000040698 00000 п.
0000040884 00000 п.
0000041068 00000 п.
0000041247 00000 п.
0000041426 00000 п.
0000041608 00000 п.
0000041781 00000 п.
0000041966 00000 п.
0000042133 00000 п.
0000042290 00000 н.
0000042465 00000 п.
0000042616 00000 п.
0000042786 00000 н.
0000042959 00000 п.
0000043135 00000 п.
0000043302 00000 п.
0000043459 00000 п.
0000043641 00000 п.
0000043795 00000 п.
0000043965 00000 п.
0000044144 00000 п.
0000044286 00000 п.
0000044462 00000 п.
0000044646 00000 п.
0000044806 00000 п.
0000044986 00000 п.
0000045169 00000 п.
0000045342 00000 п.
0000045522 00000 п.
0000045703 00000 п.
0000045882 00000 п.
0000046064 00000 п.
0000046246 00000 п.
0000046430 00000 н.
0000046611 00000 п.
0000046795 00000 п.
0000046979 00000 п.
0000047167 00000 п.
0000047351 00000 п.
0000047534 00000 п.
0000047718 00000 п.
0000047904 00000 н.
0000048088 00000 п.
0000048274 00000 н.
0000048458 00000 п.
0000048640 00000 п.
0000048824 00000 н.
0000049004 00000 п.
0000049186 00000 п.
0000049370 00000 п.
0000049552 00000 п.
0000049734 00000 п.
0000049919 00000 н.
0000050101 00000 п.
0000050287 00000 п.
0000050466 00000 п.
0000050642 00000 п.
0000050826 00000 п.
0000051008 00000 п.
0000051178 00000 п.
0000051357 00000 п.
0000051539 00000 п.
0000051699 00000 п.
0000051881 00000 п.
0000052057 00000 п.
0000052202 00000 п.
0000052382 00000 п.
0000052552 00000 п.
0000052731 00000 н.
0000052891 00000 п.
0000053048 00000 п.
0000053221 00000 п.
0000053363 00000 п.
0000053533 00000 п.
0000053700 00000 п.
0000053876 00000 п.
0000054030 00000 п.
0000054212 00000 п.
0000054366 00000 п.
0000054547 00000 п.
0000054714 00000 п.
0000054893 00000 п.
0000055066 00000 п.
0000055251 00000 п.
0000055429 00000 п.
0000055612 00000 п.
0000055791 00000 п.
0000055977 00000 п.
0000056155 00000 п.
0000056338 00000 п.
0000056522 00000 п.
0000056706 00000 п.
0000056893 00000 п.
0000057079 00000 п.
0000057267 00000 п.
0000057448 00000 п.
0000057628 00000 п.
0000057813 00000 п.
0000057995 00000 п.
0000058180 00000 п.
0000058361 00000 п.
0000058545 00000 п.
0000058721 00000 п.
0000058906 00000 п.
0000059076 00000 п.
0000059258 00000 п.
0000059438 00000 п.
0000059576 00000 п.
0000059752 00000 п.
0000059922 00000 н.
0000060082 00000 п.
0000060227 00000 п.
0000060362 00000 п.
0000060516 00000 п.
0000060683 00000 п.
0000060856 00000 п.
0000061032 00000 п.
0000061211 00000 п.
0000061390 00000 п.
0000061572 00000 п.
0000061754 00000 п.
0000061892 00000 п.
0000062074 00000 п.
0000062231 00000 п.
0000062413 00000 п.
0000062577 00000 п.
0000062758 00000 п.
0000062928 00000 п.
0000063107 00000 п.
0000063283 00000 п.
0000063462 00000 п.
0000063644 00000 п.
0000063820 00000 п.
0000064002 00000 п.
0000064172 00000 п.
0000064353 00000 п.
0000064513 00000 п.
0000064695 00000 п.
0000064846 00000 п.
0000065029 00000 п.
0000065213 00000 п.
0000065400 00000 п.
0000065590 00000 н.
0000065760 00000 п.
0000065920 00000 п.
0000066065 00000 п.
0000066213 00000 п.
0000066373 00000 п.
0000066543 00000 п.
0000066719 00000 п.
0000066897 00000 п.
0000067091 00000 п.
0000067242 00000 п.
0000067424 00000 п.
0000067588 00000 п.
0000067770 00000 п.
0000067915 00000 п.
0000068085 00000 п.
0000068267 00000 п.
0000068446 00000 п.
0000068631 00000 п.
0000068798 00000 п.
0000068977 00000 п.
0000069157 00000 п.
0000069330 00000 п.
0000069511 00000 п.
0000069690 00000 п.
0000069869 00000 п.
0000070051 00000 п.
0000070227 00000 п.
0000070408 00000 п.
0000070589 00000 п.
0000070759 00000 п.
0000070941 00000 п.
0000071127 00000 п.
0000071291 00000 п.
0000071476 00000 п.
0000071659 00000 п.
0000071813 00000 п.
0000071998 00000 п.
0000072180 00000 п.
0000072365 00000 п.
0000072545 00000 п.
0000072728 00000 п.
0000072906 00000 н.
0000073087 00000 п.
0000073263 00000 п.
0000073442 00000 п.
0000073612 00000 п.
0000073788 00000 п.
0000073952 00000 п.
0000074122 00000 п.
0000074273 00000 п.
0000074437 00000 п.
0000074591 00000 п.
0000074742 00000 п.
0000074906 00000 п.
0000075076 00000 п.
0000075252 00000 п.
0000075454 00000 п.
0000075637 00000 п.
0000075820 00000 п.
0000076004 00000 п.
0000076199 00000 п.
0000076383 00000 п.
0000076553 00000 п.
0000076717 00000 п.
0000076862 00000 н.
0000077004 00000 п.
0000077164 00000 п.
0000077334 00000 п.
0000077513 00000 п.
0000077692 00000 п.
0000077872 00000 п.
0000078078 00000 п.
0000078275 00000 п.
0000078466 00000 п.
0000078645 00000 п.
0000078827 00000 н.
0000079007 00000 п.
0000079183 00000 п.
0000079353 00000 п.
0000079510 00000 п.
0000079645 00000 п.
0000079815 00000 п.
0000079991 00000 н.
0000080173 00000 п.
0000080352 00000 п.
0000080506 00000 п.
0000080690 00000 п.
0000080857 00000 п.
0000081040 00000 п.
0000081213 00000 п.
0000081398 00000 п.
0000081577 00000 п.
0000081762 00000 п.
0000081942 00000 п.
0000082122 00000 п.
0000082304 00000 п.
0000082487 00000 п.
0000082670 00000 п.
0000082853 00000 п.
0000083036 00000 п.
0000083221 00000 п.
0000083405 00000 п.
0000083588 00000 п.
0000083770 00000 п.
0000083952 00000 п.
0000084128 00000 п.
0000084313 00000 п.
0000084483 00000 п.
0000084667 00000 п.
0000084827 00000 н.
0000085007 00000 п.
0000085149 00000 п.
0000085329 00000 п.
0000085477 00000 п.
0000085653 00000 п.
0000085817 00000 п.
0000085987 00000 п.
0000086157 00000 п.
0000086321 00000 п.
0000086497 00000 п.
0000086645 00000 п.
0000086825 00000 п.
0000087012 00000 п.
0000087194 00000 п.
0000087391 00000 п.
0000087539 00000 п.
0000087724 00000 п.
0000087884 00000 п.
0000088071 00000 п.
0000088244 00000 п.
0000088429 00000 п.
0000088608 00000 п.
0000088791 00000 п.
0000088973 00000 п.
0000089153 00000 п.
0000089333 00000 п.
0000089513 00000 п.
0000089699 00000 н.
0000089878 00000 п.
00000

00000 п.
00000

  • 00000 п.
    00000

    00000 п.
    0000090594 00000 п.
    0000090778 00000 п.
    0000090960 00000 н.
    0000091151 00000 п.
    0000091335 00000 п.
    0000091518 00000 п.
    0000091699 00000 н.
    0000091877 00000 п.
    0000092050 00000 п.
    0000092217 00000 п.
    0000092371 00000 п.
    0000008364 00000 н.
    трейлер
    ] >>
    startxref
    0
    %% EOF

    262 0 obj> поток
    x ڔ SAkA ~ ;; Iwtd7 ՠ «+»: KCk
    9T t PVK` ט ր 9) ؠ «{IzRgŋo7

    Химические реакции в горячей воде | Исследования

    Растущее количество исследований показывает, что для ускорения реакции в воде и замены реагентов все, что нужно, — это немного тепла

    Китайские и японские химики подчеркнули способность горячей воды вызывать неожиданные реакции без каких-либо других реагентов или катализаторов.Эта работа должна расширить наше понимание того, как использовать физико-химические свойства воды, чтобы потенциально заменить более сложные реагенты и катализаторы.

    Выше критической точки при 374 ° C и 218 атм свойства воды меняются довольно резко, — объясняет Хиидзу Ивамура из Университета Нихон в Токио. Но даже ниже этой точки, когда вода нагревается, водородные связи и гидрофобные взаимодействия нарушаются. «Это означает, что органические соединения становятся более растворимыми, а соли становятся нерастворимыми в горячей воде под давлением», — говорит Ивамура.Он добавляет, что диссоциация воды на ионы гидроксида (OH ) и гидроксония (H 3 O + ) также увеличивается, поэтому доступны более высокие концентрации этих ионов, которые действуют как катализаторы реакций.

    Ивамура синтезировал молекулы триароилбензола для предыдущего проекта по молекулярным магнитам, используя катализируемые основанием реакции присоединения Майкла, когда он впервые заинтересовался, могут ли эти реакции работать в воде. Он объединился с коллегой-инженером-химиком Тошихико Хиаки, который больше знаком с работой при требуемых температурах и давлениях.Вместе они обнаружили, что 4-метокси-3-бутен-2-он может быть преобразован в 1,3,5-триацетилбензол в воде под давлением при 150 ° C без каких-либо других добавок (см. Схему реакции). 1

    Тем временем Цзинь Цюй и ее команда из Нанкайского университета в Тяньцзине изучали реакции с водным стимулированием при более низких температурах без необходимости использования сосудов под давлением, что, по словам Цюй, более доступно для многих исследователей и облегчает мониторинг реакций. «В 2008 году один из моих студентов обнаружил, что может гидролизовать эпоксиды в чистой воде при 60 ° C с выходом 90%», — объясняет она.«Сначала я подумал, что это не очень интересно, просто эффект водородной связи, но по мере того, как мы нашли больше примеров, я стал больше интересоваться».

    Больше, чем тепловой эффект

    Когда команда Ку гидролизовала эпоксид, сделанный из (-) -а-пинен, они обнаружили, что при комнатной температуре они получили (-) — собрерол, продукт, который они ожидали. Но при 60 ° C или выше собрерол начинает рацемизировать, давая смесь (+) — и (-) — форм (см. Схему реакции). «Сначала мы не могли понять, почему это происходило», — говорит Цюй, но со временем стало ясно, что группа аллильного спирта в собрероле, которая гораздо менее реактивна, чем эпоксид в пинене, также подвергалась гидролизу.Те же реакции происходят при комнатной температуре при добавлении кислоты, говорит Ку, но не происходят в пропаноле или других спиртовых и водородных растворителях, нагретых до тех же температур, так что это не просто тепловой эффект.

    Ку указывает, что эти наблюдения, наряду с наблюдениями группы Ивамуры, показывают, что молекулы, которые обычно считаются нереактивными в воде, могут претерпевать полезные превращения. И эти реакции могут происходить без других реагентов или растворителей, что приведет к образованию дополнительных потоков отходов.Кроме того, из-за пониженной растворимости молекул органических продуктов при охлаждении растворов до комнатной температуры их также часто легко очистить.

    Ивамура предполагает, что существует множество других простых реакций, катализируемых кислотой и основанием, которые могут быть подходящими для реакции в горячей воде. Однако реакции с термически нестабильными молекулами или реакции, требующие деликатной селективности, вряд ли будут столь эффективными при более высоких температурах, добавляет он. Он также проводит различие между работой Ку, в которой молекулы воды непосредственно участвуют в реакции, и работой своей собственной группы, в которой вода выступает в качестве реакционной среды и обеспечивает катализатор.«Наша реакция не происходила в воде, нагретой с обратным холодильником», — добавляет Ивамура.

    Однако Хиаки указывает, что потенциальные экологические выгоды от сокращения потоков отходов окажут небольшое влияние на промышленную химию, если реакции будут ограничиваться периодическими процессами. «Высокая температура и давление вредны для масштабирования до коммерческих химических заводов», — говорит он. По этой причине команда разрабатывает систему проточного микрореактора, которая должна быть более совместима с отраслью.

    Биологическая энергия

    Тепло и температура

    Термины «горячий» и «холодный» знакомы большинству людей; это субъективные ощущения, сопровождающие воздействие тепла разной степени.Кубик льда «холодный», а пламя «горячее». Наше тело быстро определяет разницу между днем ​​летом и днем ​​зимой, а наш рот по-разному реагирует на чашку теплого чая и чашку горячего чая.

    Температура — это шкала или степень «жара», которую мы обнаруживаем в объекте или ситуации, но температура — это больше, чем просто субъективное ощущение человеческого тела; температура также является важным свойством неодушевленных предметов. Горячий кусок железа длиннее, чем холодный кусок железа, и очень холодная вода является твердым телом, а очень горячая вода — газом.

    Одно свойство, которое изменяется при разной температуре, — это объем жидкости. Горячие жидкости имеют больший объем, чем холодные. Это изменение свойства дает нам способ измерения температуры. Если небольшое количество окрашенной жидкости заключено в длинную тонкую трубку, чтобы она могла расширяться и сжиматься, у нас есть способ точно определить температуру, окружающую трубку. По мере того, как окружающая среда нагревается, жидкость в трубке расширяется и заполняет большую часть трубки.Когда окружающая среда остывает, жидкость сжимается, и столб жидкости в трубке становится короче.

    Конечно, такая «мера тепла» была изобретена очень давно. Немецкий физик Габриэль Даниэль Фаренгейт сделал это в 1714 году. Он заключил ртуть в трубку с резервуаром на дне и очень узкой трубкой, выходящей из резервуара, по которой ртуть могла расширяться. Этот термометр может измерять температуру окружающей среды, реагируя на поглощаемое тепло.

    С помощью термометра стало возможным измерять зависящие от температуры явления, такие как расширение твердых тел, жидкостей или газов, и выяснять их поведение при изменении температуры. Эти исследования в конечном итоге привели к атомной теории структуры газа (закон Бойля) и к идее, что газы состоят из отдельных частиц (мы теперь называем их молекулами), которые находились в постоянном, свободном, случайном движении.

    Следовательно, температура является важным свойством объекта или системы.Но нельзя путать «температуру» и «тепло». Это не одно и то же.

    Возможно, естественно, но совершенно неверно предполагать, что стакан воды с температурой 90 градусов по Цельсию (шкала температур) имеет больше тепла, чем ванна с водой с температурой 30 градусов по Цельсию. Но дайте им обоим остыть, и стакан воды достигнет комнатной температуры задолго до ванны с водой. Для этого есть несколько причин, но одна из них заключается в том, что водяная ванна удерживает гораздо больше тепла, чем стакан с водой.

    Молекулы в воде движутся беспорядочно и с множеством различных скоростей, некоторые быстро, некоторые медленнее. Теплосодержание любого объема жидкости — это полная внутренняя энергия всех этих молекул, сложенных вместе (поскольку они находятся в движении, большая часть этой энергии находится в форме кинетической энергии). Но температура — это просто мера средней кинетической энергии отдельной молекулы.

    Если в данном объеме 10 молекул воды и они имеют кинетическую энергию 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10 единиц, количество тепла в этом объеме воды будет равно 1. + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 + 9 + 10, что равно 55 единицам.Однако температура этой воды будет средней из этих значений, которая составляет 55/10 или 5,5.

    Если мы удвоим количество молекул воды в нашем образце, так что две молекулы будут иметь кинетическую энергию 1 единицу, две — 2 единицы, две — 3 единицы и так далее, тогда количество тепла удвоится до 110 единиц для этой воды. , но температура, определенная расчетом 110/20, все равно держится на уровне 5,5 градуса.

    Тепло и температура — это связанные свойства объекта или системы, но это не одно и то же.

    .

  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *