Home » Misc » Газ это жидкость или воздух

Газ это жидкость или воздух


Глава 16. Свойства газов, жидкостей и твердых тел.Фазовые переходы. Влажность

Задачи и вопросы, в которых рассматриваются свойства газов, жидкостей и твердых тел, а также переходы между ними (фазовые переходы), входят в программу школьного курса физики и часто включаются в ЕГЭ.

Начнем со свойств трех агрегатных состояний вещества. Плотности жидкостей и твердых тел близки друг к другу, но сильно отличаются от плотности газа. Отсюда следует, что расстояния между молекулами в жидкости и твердом теле не сильно отличаются друг от друга, но гораздо меньше расстояния между молекулами в газе. Различие же молекулярного строения жидкостей и твердых тел заключается в том, что большинство твердых тел имеют кристаллическую структуру: их молекулы располагаются в определенном порядке, повторяя определенную структурную единицу, которая называется элементарной ячейкой. Различают моно- и поликристаллы. Монокристаллом называется такое кристаллическое тело, порядок в расположении молекул которого имеет место вдоль всего тела. Очень часто монокристаллическое тело обладает правильной геометрической формой. Поликристалл представляет собой совокупность связанных друг с другом, хаотически ориентированных по отношению друг к другу маленьких монокристаллов.

Из-за того, что разные направления в элементарной ячейке кристалла неэквивалентны, ряд его физических свойств, таких как прочность, электро- или теплопроводность неодинаковы в различных направлениях. Это свойство кристалла называется анизотропией. Конечно, это касается только монокристалла. Поликристаллы из-за различных ориентаций монокристаллических частей являются изотропными. Также изотропными являются жидкости, молекулы которых расположены беспорядочно.

Существуют, однако, такие тела, которые являются твердыми, но в расположении молекул которых нет кристаллического порядка. Такие тела называются аморфными. Аморфными являются биополимеры, стекло и ряд других веществ. Отсутствие порядка в расположении молекул проявляется в отсутствие у аморфных тел строго определенной температуры плавления (см. ниже).

Как показывает опыт, при изменении температуры и внешнего давления возможны переходы вещества из одного агрегатного состояния в другое. Переход кристаллического твердого тела в жидкое называется плавлением, обратный процесс — кристаллизацией. Переход жидкости в пар называется испарением (или кипением, если этот процесс сопровождается образованием пузырьков пара в жидкости), обратный процесс — конденсацией. Плавление и кристаллизация твердых (кристаллических) тел происходит при строго определенной для каждого вещества (при фиксированном давлении) температуре. При плавлении необходимо сообщить твердому телу энергию, которая расходуется не на нагревание тела, а на разрыв кристаллических связей между его молекулами. При кристаллизации эта дополнительная энергия выделяется. Плавление аморфных тел происходит по-другому: при увеличении температуры они плавятся постепенно (т.е. становятся более мягкими и пластичными), и невозможно указать такую температуру, ниже которой тело твердое, выше — жидкое.

При испарении жидкостей молекулы вылетают с их поверхности и переходят в газовую фазу. При этом из жидкости могут вылететь только самые быстрые молекулы, поэтому температура жидкости в процессе испарения понижается. Испарение может происходить при любой температуре (за исключением абсолютного нуля), однако с ростом температуры интенсивность испарения возрастает.

Благодаря хаотическому тепловому движению наряду с процессом испарения идет и обратный процесс — конденсация пара, — в результате которого молекулы пара могут вернуться в жидкость. Поскольку скорость процесса конденсации зависит от плотности пара над поверхностью жидкости, при определенной концентрации пара скорости процессов испарения и конденсации совпадают. В этом состоянии не происходит изменения количества жидкости и пара, и устанавливается динамическое равновесие между жидкостью и паром. Пар, находящийся в динамическом равновесии со своей жидкостью называется насыщенным. Насыщенный пар — это пар максимально возможной плотности (при фиксированной температуре). Действительно, если плотность пара станет больше плотности насыщенного пара, то скорость процесса конденсации станет больше скорости испарения — излишек пара сконденсируется, а оставшийся пар станет насыщенным. Пар, имеющий плотность, меньшую плотности насыщенного пара при данной температуре, называется ненасыщенным.

Поскольку скорость процесса испарения зависит от температуры жидкости, динамическое равновесие между жидкостью и ее паром при большей температуре установится при бóльших концентрациях пара. Это значит, что концентрация насыщенного пара возрастает с температурой, и, следовательно, его давление растет с ростом температуры быстрее, чем по линейному закону.

Характеристикой воздуха, в котором находятся водяные пары, является его относительная влажность , которая показывает какую долю парциальное давление данного пара (или его концентрация) составляет от давления (или концентрации) насыщенного пара при данной температуре :

(16. 1)

Если, например, парциальное давление водяного пара в воздухе при некоторой температуре равно , а давление насыщенного пара при этой температуре равно , то относительная влажность этого воздуха составляет 50 %. Очевидно, изменяя температуру и объем воздуха можно менять его относительную влажность. Поскольку концентрация насыщенного пара зависит от температуры, при нагревании воздуха, в котором находится неизменное количество водяных паров, будет убывать его относительная влажность, при охлаждении — возрастать. Если в последнем процессе относительная влажность достигает 100 %, излишек пара конденсируется и при дальнейшем охлаждении относительная влажность не изменяется. Процесс конденсации излишка пара при охлаждении можно наблюдать прохладными ночами летом, когда выпадает роса и образуется туман (маленькие капельки воды). Температура, при которой пар становится насыщенным и образуется конденсат, называется точкой росы этого пара. Также можно изменять относительную влажность воздуха, уменьшая или увеличивая его объем при неизменной температуре. В первом процессе растет концентрация пара (и, следовательно, его относительная влажность), во втором убывает. Конечно, в этих рассуждениях предполагается, что масса водяного пара не изменяется (т.е. не происходит дополнительного испарения воды или конденсации пара).

Процесс испарения жидкости с образованием пузырьков внутри нее называется кипением. Причина кипения заключается в следующем. Благодаря хаотическому тепловому движению в жидкости всегда образуются микроскопические пузырьки пара. Поскольку они очень малы, пар в них мгновенно становится насыщенным. Дальнейшая «судьба» этих пузырьков зависит от соотношения давлений: внутреннего, которое равно давлению насыщенного пара при данной температуре, и внешнего, которое равно давлению атмосферного воздуха (в пренебрежении гидростатическим давлением жидкости). Если внутреннее давление меньше внутреннего, пузырек пара пропадет, а пар из него перейдет в жидкость, если наоборот — пузырек будет расширяться, при этом за счет интенсивного испарения жидкости с поверхности пузырька, пар в нем будет оставаться насыщенным. Затем такие пузырьки всплывают, и пар из них уходит из жидкости. Таким образом, кипение жидкости происходит при такой температуре, при которой давление насыщенного пара этой жидкости равно атмосферному давлению.

В задаче 16.1.1 жидкому состоянию отвечает рисунок 2. На рисунке 1 представлена схема расположения молекул кристаллического тела (есть порядок в расположении молекул), на рисунке 3 — газ (малая по сравнению с двумя другими состояниями концентрация молекул). Поэтому в процессе перехода вещества из жидкого состояния в кристаллическое (кристаллизации) существенно возрастает упорядоченность в расположении молекул (задача 16.1.2 — ответ 4).

Горизонтальный участок графика в задаче 16.1.3 отвечает плавлению. Действительно, в течение процесса, которому отвечает горизонтальный участок графика, энергия телу сообщалась, а его температура не изменялась. Единственная возможность объяснить эту «потерю» энергии, это допустить, что сообщаемая энергия расходовалась на разрыв кристаллических связей между молекулами. Поэтому температура плавления вещества — 50 (ответ 3), при этом в начале горизонтального участка имеется только твердое вещество, в конце — только жидкость, в промежуточных состояниях — смесь твердого тела и жидкости. Таким образом, из этого опыта следует, что для превращения любого твердого тела при температуре плавления (например, льда при температуре ) в жидкость нужно затратить некоторую энергию (правильный ответ в задаче 16.1.4 — 2). Поэтому внутренняя энергия жидкости при температуре плавления больше внутренней энергии твердого тела при той же температуре (задача 16.1.5 – ответ 1).

По этой же причине в процессе кристаллизации, который является обратным плавлению, энергия выделяется. Например при превращении воды, имеющей температуру , в лед, имеющий ту же температуру, выделяется определенная энергия (задача 16.1.6 — ответ 1).

Металлы проводят электрический ток, причем проводимость металла осуществляется электронами, оторвавшимися от атомов металла (свободные электроны). А поскольку электроны заряжены отрицательно, в узлах кристаллической решетки металла находятся положительно заряженные ионы (задача 16.1.7 — ответ 3).

Как это описано во введении к настоящей главе, аморфное тело является твердым, но отличается от кристаллического тела отсутствием кристаллической структуры (задача 16.1.8 — ответ 1). Среди веществ, перечисленных в задаче 16.1.9, аморфным является только стекло (ответ 1). Аморфное тело отличается от монокристаллического отсутствием определенной температуры плавления и изотропией (задача 16.1.10 — ответ 2).

В задаче 16.2.1 на первый взгляд кажется, что влажный воздух тяжелее сухого, поскольку во влажном воздухе содержатся дополнительное количество воды. Это, однако, не так, ведь требуется сравнить массы сухого и влажного воздуха при одинаковых давлениях, а если добавить в сухой воздух молекулы воды, не убирая молекулы собственно воздуха, то давление смеси увеличится. По закону Дальтона (см. гл. 13) давление смеси определяется полным числом молекул газа независимо от их природы. Поэтому чтобы давление сухого и влажного воздуха было одинаковым, число молекул в сухом и влажном воздухе должно быть одинаковым. А поскольку молярная масса воздуха 29 г/моль больше молярной массы воды 18 г/моль, то каждая («усредненная») молекула воздуха тяжелее молекулы воды. Поэтому сухой воздух тяжелее влажного при одинаковых давлении и температуре (ответ 1).

Как отмечалось во введении, жидкости могут испаряться при любой температуре (задача 16.2.2 — ответ 4).

Диффузией называется процесс взаимного проникновения молекул двух разных газов или жидкостей благодаря хаотическому тепловому движению. Поэтому при повышении температуры из-за увеличения скорости теплового движения молекул процесс диффузии ускоряется (задача 16.2.3 — ответ 1).

При испарении из жидкости вылетают наиболее быстрые молекулы, т. е. молекулы, кинетическая энергия которых превышает среднюю кинетическую энергию молекул жидкости (задача 16.2.4 — ответ 2).

По определению насыщенный пар — это такой пар, который находится в динамическом равновесии со своей жидкостью (задача 16.2.5 — ответ 3).

При двукратном увеличении объема сосуда в задаче 16.2.6 при условии, что воды в сосуде нет, и дополнительного испарения не происходит, концентрация водяного пара уменьшается в два раза и, следовательно, составляет половину от концентрации насыщенного пара, каковым пар в сосуде был в начале процесса. Поэтому пар в сосуде перестанет быть насыщенным, его относительная влажность станет равна 50 % (ответ 3).

Наоборот, пар можно сделать насыщенным, либо увеличивая его концентрацию, либо уменьшая температуру при неизменной концентрации (поскольку при этом уменьшается давление насыщенного пара). В свою очередь концентрацию пара можно увеличить, испаряя в воздух дополнительное количество воды, либо уменьшая его объем. Поэтому из данных в задаче 16.2.7 ответов подходит только ответ 2.

Относительная влажность воздуха показывает, какую долю от давления насыщенного пара при данной температуре представляют собой давление паров воды в этом воздухе. Поэтому давление насыщенного пара в задаче 16.2.8 равно (ответ 1).

Давление водяного пара в воздухе в задаче 16.2.9 составляет одну двадцатую от давления насыщенного пара при данной температуре. Поэтому относительная влажность этого воздуха равна 5 % (ответ 2).

Кипение возникает, если давление насыщенного водяного пара совпадает с внешним давлением. Поэтому при увеличении внешнего давления кипение будет происходить при такой температуре, при которой возрастет давление насыщенного водяного пара. А поскольку давление насыщенного пара увеличивается при повышении температуры, то при увеличении внешнего воздействия температура кипения жидкости будет возрастать (задача 16. 2.10 — ответ 2).

PhysBook:Электронный учебник физики — PhysBook

Содержание

  • 1 Учебники
  • 2 Механика
    • 2.1 Кинематика
    • 2.2 Динамика
    • 2.3 Законы сохранения
    • 2.4 Статика
    • 2.5 Механические колебания и волны
  • 3 Термодинамика и МКТ
    • 3. 1 МКТ
    • 3.2 Термодинамика
  • 4 Электродинамика
    • 4.1 Электростатика
    • 4.2 Электрический ток
    • 4.3 Магнетизм
    • 4.4 Электромагнитные колебания и волны
  • 5 Оптика. СТО
    • 5.1 Геометрическая оптика
    • 5. 2 Волновая оптика
    • 5.3 Фотометрия
    • 5.4 Квантовая оптика
    • 5.5 Излучение и спектры
    • 5.6 СТО
  • 6 Атомная и ядерная
    • 6.1 Атомная физика. Квантовая теория
    • 6.2 Ядерная физика
  • 7 Общие темы
  • 8 Новые страницы

Здесь размещена информация по школьной физике:

  1. материалы из учебников, лекций, рефератов, журналов;
  2. разработки уроков, тем;
  3. flash-анимации, фотографии, рисунки различных физических процессов;
  4. ссылки на другие сайты

и многое другое.

Каждый зарегистрированный пользователь сайта имеет возможность выкладывать свои материалы (см. справку), обсуждать уже созданные.

Учебники

Формулы по физике – 7 класс – 8 класс – 9 класс – 10 класс – 11 класс –

Механика

Кинематика

Основные понятия кинематики – Прямолинейное движение – Криволинейное движение – Движение в пространстве

Динамика

Законы Ньютона – Силы в механике – Движение под действием нескольких сил

Законы сохранения

Закон сохранения импульса – Закон сохранения энергии

Статика

Статика твердых тел – Динамика твердых тел – Гидростатика – Гидродинамика

Механические колебания и волны

Механические колебания – Механические волны

Термодинамика и МКТ

МКТ

Основы МКТ – Газовые законы – МКТ идеального газа

Термодинамика

Первый закон термодинамики – Второй закон термодинамики – Жидкость-газ – Поверхностное натяжение – Твердые тела – Тепловое расширение

Электродинамика

Электростатика

Электрическое поле и его параметры – Электроемкость

Электрический ток

Постоянный электрический ток – Электрический ток в металлах – Электрический ток в жидкостях – Электрический ток в газах – Электрический ток в вакууме – Электрический ток в полупроводниках

Магнетизм

Магнитное поле – Электромагнитная индукция

Электромагнитные колебания и волны

Электромагнитные колебания – Производство и передача электроэнергии – Электромагнитные волны

Оптика.

СТО

Геометрическая оптика

Прямолинейное распространение света. Отражение света – Преломление света – Линзы

Волновая оптика

Свет как электромагнитная волна – Интерференция света – Дифракция света

Фотометрия

Фотометрия

Квантовая оптика

Квантовая оптика

Излучение и спектры

Излучение и спектры

СТО

СТО

Атомная и ядерная

Атомная физика. Квантовая теория

Строение атома – Квантовая теория – Излучение атома

Ядерная физика

Атомное ядро – Радиоактивность – Ядерные реакции – Элементарные частицы

Общие темы

Измерения – Методы решения – Развитие науки- Статья- Как писать введение в реферате- Подготовка к ЕГЭ - Репетитор по физике

Новые страницы

Запрос не дал результатов.

Определения свойств газа

Определения свойств газа

Аэродинамика включает в себя взаимодействие между предметом и окружающим воздухом. Чтобы лучше понять эти взаимодействия, нам нужно знать некоторые вещи о воздухе.

Характеристики воздуха
Вся материя состоит из атомов с конфигурацией атома (число протонов, число нейтронов..) определяющих вид присутствующая материя (кислород, свинец, серебро, неон...). Отдельные атомы могут соединяться с другими атомами, образуя молекулы. В частности, кислород и азот, являющийся основным компонентом воздуха, встречается в природе в виде двухатомных (2 атомных) молекул. В нормальных условиях вещество существует в твердом, жидком или газообразном состоянии. Воздух газ . В любого газа, у нас есть очень большое количество молекул, которые только слабо притягиваются друг к другу и свободно перемещаются в пространстве. Изучая газы, мы можем исследовать движения и взаимодействия отдельных молекул, или мы можем исследовать крупномасштабное действие газа в целом. Ученые ссылаются на крупномасштабное движение газ как макромасштаб и отдельные молекулярные движения как микромасштаб . Некоторые явления легче понять и объяснить на основе макромасштаба, в то время как другие явление легче объяснить на микроуровне. Масштаб макроса исследования основаны на вещах, которые мы можем легко наблюдать и измерить. Но микромасштабные исследования основаны скорее на простые теории, потому что на самом деле мы не можем наблюдать движение отдельной молекулы газа. Макромасштаб и микро масштабные исследования — это всего лишь два взгляда на одно и то же.

Крупномасштабное движение газа — макромасштаб
Воздух рассматривается как однородный газ с усредненными свойствами. из всех отдельных компонентов (кислород, азот, вода пар…). В макромасштабе мы имеем дело с крупными эффекты, которые мы можем измерить, такие как газ скорость, давление на окружающей среды или температуры газ. Газ не имеет фиксированной формы или размера, но расширяется до заполнить любую емкость. Поскольку молекулы могут свободно перемещаться в газ, масса газа обычно характеризуется плотностью. В макромасштабе свойства газа могут изменяться с высоте и зависят от термодинамического состояние газа. Состояние газа можно изменить термодинамические процессы.

Индивидуальное молекулярное движение газа — микромасштаб
На микромасштабе воздух моделируется кинетической теорией газы. Модель предполагает, что молекулы очень малы относительно к расстоянию между молекулами. Молекулы находятся в постоянном, случайное движение и часто сталкиваются друг с другом и с стенки любой емкости. Молекулы имеют стандартный физический свойства массы, импульса и энергии. И эти свойства связанные с макросвойствами плотности, давления и температура. Взаимодействия молекул вносят некоторые другие свойств, с которыми мы обычно не сталкиваемся при работе с твердые вещества. В твердом теле расположение молекул относительно каждой остальные остаются почти постоянными. Но в жидкости молекулы могут двигаться вокруг и взаимодействуют друг с другом и с их окружением в различные пути. Как упоминалось выше, всегда есть случайный компонент молекулярного движения. Но всю жидкость можно сделать двигаться также в упорядоченном движении. Когда молекулы движутся, свойства жидкости тоже меняются. Если свойства переносится случайным движением, процесс называется диффузия . (Примером диффузии является распространение запаха в совершенно тихой комнате). Если имущество перевозится упорядоченное движение, процесс называется конвекцией . (Пример конвекции — это порыв холода, принесенный из Канады). Если поток газа создает чистый угловой момент, мы говорим, что поток это вращение . (Чистый угловой момент в жидкости не ирротационный.)

Вязкость
Когда объект движется по воздуху, вязкость (липкость) воздуха становится очень важным. Молекулы воздуха прилипают к любому поверхность, создавая слой воздуха у поверхности (называемый пограничный слой ), что, по сути, изменяет форму объект. Чтобы сделать ситуацию еще более запутанной, пограничный слой может подняться. или «отделить» от тела и создать эффективную форму намного отличается от физической формы объекта. И сделать это даже более запутанным, условия течения в пограничном слое и вблизи него часто неустойчивая (изменяющаяся во времени). Пограничный слой очень важно при определении сопротивления и подъем объекта.

Сжимаемость
Когда объект движется по воздуху, сжимаемость воздух также становится важным. Молекулы воздуха движутся вокруг объекта, когда он проходит через. Если объект проходит с низкой скоростью (обычно меньше чем 200 миль в час), плотность жидкости остается постоянным. Но для высоких скоростей некоторые часть энергии объекта идет на сжатие жидкости, перемещение молекулы сближаются и изменяют плотность воздуха, что изменяет величину результирующей силы, действующей на объект. Этот эффект становится более важным по мере увеличения скорости. Рядом и за пределами скорости звука (около 700 миль в час), возникают ударные волны, которые воздействуют как на подъем и перетаскивание объекта.

Экскурсии с гидом
  • Модель стандартной атмосферы:
  • Газовая статика:

Наверх

Перейти к...

Домашняя страница руководства для начинающих

от Тома Бенсон
Пожалуйста, присылайте предложения/исправления по адресу: [email protected]

 

Воздух, он действительно есть | Глава 1: Материя — твердые тела, жидкости и газы

Вам это нравится? Не нравится ? Пожалуйста, найдите время, чтобы поделиться с нами своими отзывами. Спасибо!

Урок 1.5

Ключевые понятия

  • В газе молекулы очень слабо притягиваются друг к другу. Молекулы могут свободно перемещаться друг мимо друга с небольшим взаимодействием между собой.
  • Молекулы газа гораздо более рассредоточены и движутся независимо по сравнению с молекулами жидкостей и твердых тел.
  • Является ли вещество твердым, жидким или газообразным при определенной температуре, зависит от баланса между движением атомов или молекул при этой температуре и от того, насколько сильно их притяжение друг к другу.
  • Нагревание газа увеличивает скорость его молекул.
  • Охлаждение газа снижает скорость его молекул.

Резюме

Этот урок посвящен молекулярному движению в газах. Учащиеся сравнивают массу баскетбольного мяча в сдутом и надутом состоянии. Надутый мяч имеет большую массу, поэтому учащиеся могут сделать вывод, что газ является материей, потому что он имеет массу и занимает место. Затем учащиеся рассматривают, как нагрев и охлаждение влияют на молекулярное движение в газах. Они опускают горлышко бутылки в раствор моющего средства и наблюдают, как пузырек растет и сжимается, когда бутылку нагревают и охлаждают. Учащиеся узнают, что притяжение между молекулами газа настолько минимально, что притяжение нельзя использовать для объяснения поведения газов, как для жидкостей и твердых тел.

Задача

Основываясь на наблюдениях за демонстрациями и собственных экспериментах, учащиеся смогут описать газ как материю. Студенты также смогут описать на молекулярном уровне влияние нагревания и охлаждения на движение молекул газа.

Оценка

Загрузите лист с заданиями учащегося и раздайте по одному учащемуся, если это указано в задании. Рабочий лист будет служить компонентом «Оценить» каждого плана урока 5-E.

Безопасность

  • Убедитесь, что вы и учащиеся носите подходящие защитные очки.
  • Учащиеся должны соблюдать осторожность при обращении с горячей водой из-под крана.

Материалы для каждой группы

  • 2 прозрачных пластиковых стаканчика
  • Пластиковая бутылка на 8 унций
  • Раствор моющего средства в стакане
  • Горячая вода (около 50 °C)
  • Холодная вода

Материалы для демонстрации

  • Баскетбольный мяч, сильно сдутый
  • Весы в граммах
  • Насос
  • Баллон со сжатым газом (продается в любом канцелярском магазине)

  1. Обсудите со студентами, считают ли они газ веществом.

    Спросите учащихся о газах:

    Являются ли газы материей, как и газы в воздухе?
    У учащихся могут возникнуть вопросы о том, являются ли газы материей. У них также может быть очень смутное представление о том, что такое газы вообще. После того, как учащиеся ответят, объясните, что воздух вокруг них состоит из нескольких различных газов — азота, кислорода, углекислого газа, водяного пара и очень небольшого количества некоторых других. Скажите учащимся, что газы состоят из молекул, но молекулы находятся гораздо дальше друг от друга, чем молекулы в жидкостях или твердых телах. Поскольку молекулы газа имеют массу и занимают пространство, газ является материей.

    Если учащимся трудно принять или понять, что газ состоит из молекул, вы можете помочь им, дав им для размышления несколько чисел. Хотя эти числа огромны и могут быть трудными для понимания, по крайней мере, учащиеся поймут, что газ определенно состоит из чего-то, занимает место и имеет массу. Скажите учащимся, что в воздухе размером со стандартный пляжный мяч содержится примерно 6 × 10 90 180 23 90 181 молекул газа. Это примерно 600 миллиардов триллионов молекул.

    Учащимся может быть трудно представить себе, что газы имеют массу. Кажется, например, что воздушные шары и пляжные мячи становятся легче, когда мы их надуваем. Когда вы добавляете воздух в воздушный шар или пляжный мяч, он на самом деле становится немного тяжелее. Причина, по которой он кажется легче, не в том, что он имеет меньшую массу, а в том, что его объем сильно увеличивается, когда его надувают. Это большое увеличение объема при небольшом увеличении массы делает воздушный шар или пляжный мяч менее плотными. Именно поэтому в надутом виде он кажется легче. (Мы вернемся к этому, когда будем изучать плотность в главе 3.)

  2. Продемонстрируйте, что газ имеет массу.

    Вам понадобятся весы, которые измеряют в граммах для любой демонстрации. Если у вас нет такого типа баланса, вы можете показать видео каждой демонстрации: Air Has Mass, Basketball и Air Has Mass, Can.

    Материалы для демонстрации

    • Баскетбольный мяч, сильно сдутый
    • Весы в граммах
    • Насос
    • Баллон со сжатым газом (продается в любом канцелярском магазине

    Процедура

    1. Баскетбол

      1. Поместите сдутый мяч на весы, чтобы получить начальную массу.

      2. Спросите учеников, как они считают, вес мяча увеличится или уменьшится после того, как вы накачаете в него воздух.

      3. Накачайте как можно больше воздуха в баскетбольный мяч, а затем снова положите его на весы.

    2. Баллон со сжатым газом

      1. Поставьте баллон со сжатым газом на весы и проверьте его массу.

      2. Спросите учащихся, будет ли он весить больше, меньше или такой же, если вы нажмете на курок и выпустите немного газа.

      3. Выпустите газ из баллончика на несколько секунд, а затем снова поставьте баллон на весы.

    Ожидаемые результаты

    Баскетбольный мяч должен весить на 2–4 грамма больше, чем в спущенном состоянии. Банка будет весить на несколько граммов меньше, чем изначально.

  3. Показать анимацию молекул газа.

    Показать анимацию молекулярной модели "Частицы газа".

    Объясните учащимся, что молекулы газа очень слабо притягиваются друг к другу и почти не взаимодействуют друг с другом. Они просто сталкиваются и отскакивают. Студентам может быть трудно это принять, но в пространстве между молекулами газа ничего нет.

    Примечание. Любознательный студент может спросить: если молекулы газа не притягиваются друг к другу и могут просто плавать, то почему они все просто не уплывают? Это очень хороший вопрос. Землю окружает определенное количество различных газов. Это наша атмосфера. В целом гравитация удерживает атмосферу на Земле, поэтому все газы не уплывают.

    Раздайте каждому учащемуся лист с заданиями.

    Учащиеся ответят на вопросы о демонстрации в листе с заданиями. Разделы «Объясните это с помощью атомов и молекул» и «Возьми это» Дальнейшие разделы рабочего листа будут выполняться в классе, в группах или индивидуально в зависимости от ваших инструкций. Посмотрите на версию листа с заданиями для учителя, чтобы найти вопросы и ответы.

  4. Предложите учащимся выполнить задание, чтобы выяснить, как нагрев и охлаждение влияют на газы.

    Вопрос для расследования

    Как нагрев и охлаждение влияют на газ?

    Материалы для каждой группы

    • 2 прозрачных пластиковых стакана
    • Пластиковая бутылка на 8 унций
    • Раствор моющего средства в стакане
    • Горячая вода (около 50 °C)
    • Холодная вода

    Подготовка учителя

    Приготовьте раствор моющего средства для всего класса, добавив 4 чайные ложки жидкости для мытья посуды и 4 чайные ложки сахара на ½ стакана воды. Аккуратно перемешайте, пока моющее средство и сахар не растворятся. Поместите около 1 столовой ложки раствора моющего средства в широкий прозрачный пластиковый стакан для каждой группы.

    Процедура

    1. Подогрев воздуха внутри бутылки
      1. Налейте горячую воду в пустую чашку, пока она не наполнится примерно на ½.

      2. Переверните бутылку и окуните горлышко бутылки в моющее средство, чтобы пленка моющего средства покрыла ободок.

      3. Удерживая бутылку, медленно опустите ее дно в горячую воду.

      Спросите студентов:

      Что вы можете сделать, чтобы пузырь опустился?
      Если учащиеся не могут придумать ответ, напомните им, что нагрев газа увеличивает скорость молекул, из-за чего пузырек растет. Учащиеся должны предложить охладить газ в баллоне. Это можно сделать, поместив основание бутылки в холодную воду.
    2. Охлаждение воздуха внутри бутылки
      1. Налейте холодную воду в другую чашку, пока она не наполнится примерно на ½.
      2. Если на бутылке все еще есть пузыри, медленно опустите дно бутылки в холодную воду.
      3. Если на бутылке все еще нет пузырька, сделайте еще один пузырь, окунув отверстие в моющее средство, а затем снова опустив дно бутылки в горячую воду.

      4. Удерживая бутылку, медленно опустите ее дно в холодную воду.

    Ожидаемые результаты

    Когда бутылку помещают в горячую воду, в верхней части бутылки образуется пузырь. Когда бутылку помещают в холодную воду, пузырь становится меньше. На самом деле его можно опустить в бутылку.

  5. Запишите и обсудите наблюдения учащихся.

    После выполнения задания дайте учащимся время записать свои наблюдения, ответив на следующие вопросы в листе задания. Когда они ответят на вопросы, обсудите их наблюдения всей группой.

    Что произошло с пленкой раствора моющего средства, когда вы поместили бутылку в горячую воду?
    Образовался пузырь.
    Что случилось с пузырем, когда вы поместили бутылку в холодную воду?
    Он уменьшился и ушел в бутылку.

    Скажите учащимся, что вы покажете им анимацию, чтобы объяснить, почему пузырек растет и сжимается, когда воздух в бутылке нагревается и охлаждается.

  6. Покажите анимацию роста и сжатия пузыря по мере того, как воздух внутри бутылки нагревается и охлаждается.

    Покажите анимацию «Нагрев и охлаждение газа в бутылке».

    Скажите учащимся, что красные стрелки на анимации представляют собой давление наружного воздуха на пузырчатую пленку. Объясните, что нагревание воздуха внутри бутылки заставляет молекулы двигаться быстрее. Эти быстро движущиеся молекулы сильнее и чаще ударяются о внутреннюю часть бутылки и пузырьковую пленку. Эти молекулы прижимаются к внутренней части пузырьковой пленки сильнее, чем окружающий воздух давит снаружи. Это толкает пузырчатую пленку вверх и наружу, образуя пузырь.

    Примечание: Охлаждение газа заставляет молекулы двигаться медленнее. Эти более медленные молекулы реже и с меньшей силой ударяются о внутреннюю часть бутылки и пузырьковую пленку. Молекулы окружающего воздуха движутся быстрее и давят на пузырек снаружи. Поскольку эти внешние молекулы давят сильнее, пузырь сдавливается и становится меньше.

  7. Предложите учащимся ответить на вопросы о растущем и сужающемся пузыре в листе с заданиями.

    Дайте учащимся время ответить на следующие вопросы. Они должны обратиться к рисунку, приведенному ниже, и к рабочему листу. Когда они ответят на вопросы, обсудите их объяснения всей группой.

    Подробнее о сжатии и расширении газов читайте в разделе «История учителя».

    Что вызвало образование пузыря, когда вы поместили бутылку в горячую воду? Обязательно напишите о скорости молекул внутри бутылки и давлении со стороны воздуха снаружи.
    Обратите внимание на то, что молекулы воздуха внутри бутылки движутся быстрее, когда они нагреваются, и сильнее отталкиваются от наружного воздуха. Это приводит к образованию пузыря.
    Почему пузырь стал меньше, когда вы поместили бутылку в холодную воду? Обязательно напишите о скорости молекул внутри бутылки и давлении со стороны воздуха снаружи.
    Когда воздух внутри бутылки охлаждается, молекулы движутся медленнее и не так сильно давят на наружный воздух. Наружный воздух давит на пузырь, заставляя его опускаться.

  8. Предложите учащимся сравнить молекулы твердых тел, жидкостей и газов.

    Показать анимацию молекулярной модели Сравнение твердых тел, жидкостей и газов.

    Убедитесь, что учащиеся понимают, что показанные молекулы состоят из трех разных веществ при комнатной температуре. Твердое тело не плавится, чтобы стать жидкостью, а жидкость не испаряется, чтобы стать газом. Модель не пытается показать изменения состояния, а вместо этого показывает три разных вещества: твердое, жидкое и газообразное при комнатной температуре.

    Объясните учащимся следующие различия:

    Твердый
    Молекулы сильно притягиваются друг к другу. Молекулы колеблются, но не движутся мимо друг друга. Молекулы остаются в фиксированных положениях из-за их сильного притяжения друг к другу. Твердое тело имеет определенный объем и определенную форму.
    Жидкость
    Молекулы притягиваются друг к другу. Молекулы вибрируют, но также способны двигаться мимо друг друга. Жидкость имеет определенный объем, но не имеет определенной формы.
    Газ
    Молекулы практически не притягиваются друг к другу. Молекулы вибрируют, а также способны свободно перемещаться друг относительно друга. Газ не имеет определенной формы или объема. Молекулы газа равномерно распределятся, чтобы заполнить любой контейнер.

    Вы можете использовать следующий пример, чтобы помочь учащимся понять, насколько далеко друг от друга молекулы газа по сравнению с молекулами жидкости или твердого тела:

    • Представьте, как выглядит столовая ложка воды. Если бы такое же количество молекул было газом, их было бы достаточно, чтобы заполнить весь пляжный мяч. Молекулы, из которых состоит газ, находятся примерно в 100–1000 раз дальше друг от друга, чем молекулы твердого тела или жидкости. При комнатной температуре они движутся со скоростью около 1000 миль в час, но на очень короткие расстояния.

    Нарисуйте или спроецируйте иллюстрацию Твердое тело, жидкость и газ.

    Предложите учащимся использовать спроецированную иллюстрацию в качестве справочного материала, когда они будут рисовать модели твердых тел, жидкостей и газов на своих рабочих листах. Обратите внимание, что количество линий движения одинаково для твердого тела, жидкости и газа. Это указывает на то, что разные вещества находятся при одной и той же температуре. Предложите учащимся написать подписи, подобные приведенным ниже, для описания молекул в твердых телах, жидкостях и газах.

    • Твердый
      • Сильные аттракционы
      • Упорядоченное расположение
      • Близко друг к другу
      • Определенный объем и форма
    • Жидкость
      • Притяжение не такое сильное, как в твердых телах
      • Случайное расположение
      • Чуть дальше друг от друга
      • Определенный объем, не определенная форма
    • Газ
      • Слабые аттракционы
      • Случайное расположение
      • Очень далеко друг от друга
      • Нет определенного объема или формы

  9. Предложите учащимся применить полученные знания, чтобы объяснить, почему воздушный шар увеличивается в размерах при нагревании.

    Learn more