Budowa i właściwości cieczy. Zjawisko napięcia ..., Prezentacje z Transport

Pobierz Budowa i właściwości cieczy. Zjawisko napięcia ... i więcej Prezentacje w PDF z Transport tylko na Docsity! Budowa i właściwości cieczy. Zjawisko napięcia powierzchniowego Wstęp do tematu o budowie i właściwościach cieczy. Zasób zawiera: ogólny wstęp do tematu, fotografię, odwołanie do wcześniejszej wiedzy ucznia oraz cele lekcji sformułowane w języku ucznia. Zasób zawiera: informacje nt. budowy wewnętrznej cieczy; animację (ruch cząsteczek w cieczach); ilustrację wody w naczyniach o różnym kształcie; fotografię kropli wody w nieważkości. Zasób zawiera: określenie nieściśliwości cieczy; opis doświadczenia nt. nieściśliwości cieczy, którego celem jest wykazanie, że pod wpływem oddziaływania zewnętrznego ciecz nie zmienia swojej objętości; ilustrację maszyny hydraulicznej; zadanie interaktywne wyboru odpowiedzi dotyczące zmiany objętości cieczy. Zasób zawiera: określenie przewodnictwa cieplnego; opis doświadczenia pt. Transport ciepła w cieczach, którego celem jest przeprowadzenie obserwacji rozchodzenia się ciepła w wodzie; film pt. Przewodnictwo elektryczne w cieczach, polecenie do wykonania bazujące na wiadomościach z filmu; zadanie z z miejscem do wypełnienia dotyczące pojęcia elektrolit. Zasób zawiera: przypomnienie o siłach międzycząsteczkowych, zjawisku dyfuzji; film. o siłach spójności w cieczach i polecenie związane z filmem; schemat sił działających na cząsteczkę wewnątrz cieczy i na jej powierzchni; wyjaśnienie pojęcia błona powierzchniowa. Zasób zawiera zdefiniowanie sił przylegania (adhezji); film pt. Siły przylegania prezentujący trudności rozdzielenia dwóch zwilżonych płytek; ilustrację. warstwy kleju z opisem sił i wytłumaczeniem własności klejących; ilustrację przedstawiającą kaczkę na wodzie; ilustrację przedstawiającą trzy probówki z wodą i meniskiem wklęsłym, wypukłym i płaskim; dwie ilustracje przedstawiające mechanizm powstawania menisku wklęsłego i wypukłego; polecenie i dwa zadania interaktywne; ilustrację pająka utrzymującego się na powierzchni wody; schemat ugięcia błony powierzchniowej pod wpływem igły. Zasób zawiera zestawienie podstawowych informacji o budowie i właściwościach cieczy (kształt, objętość, siły spójności, siły przylegania,przewodnictwo elektryczne,oddziaływania międzycząsteczkowe, menisk) oraz pracę domową polegającą na sprawdzeniu, jaki ciężar jest w stanie utrzymać powierzchnia swobodna wody dzięki napięciu powierzchniowemu. Słowniczek zawiera pojęcia: błona powierzchniowa, ciecz, menisk, menisk wklęsły, napięcie powierzchniowe (siły napięcia powierzchniowego), powierzchnia swobodna, powierzchnia strumienia wody, siły przylegania,siły spójności Zestaw dwóch zadań Woda zachowuje taką samą objętość bez względu na kształt naczynia, w którym się znajduje Zapamiętajmy, że objętość cieczy nie zależy od kształtu naczynia, w którym ta ciecz się znajduje. Kiedy obserwujemy powierzchnię jeziora, możemy zauważyć, że jest ona pozioma. Podobnie zachowuje się woda w szklance. Gdy przechylamy naczynie, to powierzchnia cieczy pozostaje nadal pozioma. powierzchnia swobodna cieczy – powierzchnia samorzutnie utworzona przez ciecz na styku z innym ośrodkiem (próżnią, powietrzem, inną cieczą). Powierzchnią swobodną są np. górna powierzchnia cieczy w naczyniu, powierzchnia kropli i strumień cieczy w powietrzu. Ciekawostka Kiedy patrzymy na zdjęcie naszej planety wykonane z kosmosu, to zauważamy, że powierzchnia oceanów się zakrzywia (podobnie jak powierzchnia całej Ziemi). Tymczasem powierzchnia wody w szklance jest płaska. Tak naprawdę w obu sytuacjach powierzchnia swobodna wody jest pozioma. Poziom oznacza płaszczyznę prostopadłą w każdym punkcie do siły grawitacji działającej na wodę w tym punkcie. Kiedy rozpatrujemy duże obszary (oceany), to w różnych ich punktach siły grawitacji działające do środka Ziemi (wzdłuż jej promieni) nie są równoległe. Dlatego powierzchnia oceanów obserwowana z kosmosu wydaje się zakrzywiona.. Ciekawostka Powszechnie uważa się, że ciecze nie mają swojego kształtu. Twierdzimy tak, ponieważ ciecze przyjmują kształt naczynia, w którym się znajdują, a ich powierzchnia swobodna jest zawsze prostopadła do działającej siły grawitacji. Jednak w stanie nieważkości ciecz ma zawsze jeden kształt – jest to kształt kuli, a powierzchnia swobodna jest wówczas sferą. Powierzchnia swobodna cieczy w stanie nieważkości przyjmuje kształt sfery Ciekawostka Ciecze wraz ze wzrostem temperatury zwykle zwiększają swoją objętość. Wyjątek stanowi woda, której objętość maleje wraz ze wzrostem temperatury w przedziale od 0°C do 4°C. Powyżej temperatury 4°C objętość wody znów rośnie. Woda ma najmniejszą objętość w temperaturze 4°C (przy normalnym ciśnieniu). 1.1. Nieściśliwość cieczy Ciecze bardzo trudno zmieniają objętość pod wpływem oddziaływania zewnętrznego. Odpowiadają za to silne oddziaływania międzycząsteczkowe, które podczas ściskania cieczy prowadzą do odpychania cząsteczek, a podczas rozprężania – do ich przyciągania. Obserwacja 1 Wykazać, że pod wpływem oddziaływania zewnętrznego ciecz nie zmienia swojej objętości. Co będzie potrzebne strzykawka; woda. Instrukcja 1. Napełnij strzykawkę wodą do połowy jej objętości. 2. Otwór wylotowy zatkaj palcem. 3. Spróbuj zmienić objętość cieczy znajdującej się w strzykawce wciskając tłok. Podsumowanie Jak widzisz, nie jesteś w stanie zmienić objętości wody w strzykawce. Obserwacja ta ma charakter ogólny – dotyczy nie tylko wody, lecz także innych cieczy. Zapamiętaj! Ciecze są praktycznie nieściśliwe, tzn. ich objętość pod wpływem oddziaływania zewnętrznego nie ulega zmianie. Nieściśliwość to właściwość cieczy, która znalazła zastosowanie w siłownikach hydraulicznych, maszynach budowlanych, a nawet zwykłych strzykawkach. Obserwacja 2 Przeprowadzić obserwację rozchodzenia się ciepła w wodzie. Co będzie potrzebne szklana probówka – jak najdłuższa (15 cm), wąska i bez skali; woda (może być z kranu); palnik dający wąski płomień, najlepiej gazowy na propan-butan; statyw. Instrukcja 1. Napełnij probówkę wodą powyżej ¾ wysokości. 2. Zamocuj probówkę pionowo na statywie, ale tak, by można było ogrzewać jej górny koniec. 3. Za pomocą palnika ogrzewaj intensywnie górny koniec probówki (w pobliżu lustra wody). 4. W czasie ogrzewania sprawdzaj dłonią (palcem) temperaturę dna probówki. Podsumowanie Mimo że w górnym końcu probówki woda wrze, to jej dolny koniec nadal pozostaje chłodny. Dowodzi to, że woda jest złym przewodnikiem ciepła. Zapamiętaj! Większość cieczy to złe przewodniki ciepła. Dzięki prostemu doświadczeniu można się przekonać, że niektóre ciecze przewodzą prąd elektryczny. Są to elektrolity, tzn. wodne roztwory niektórych zasad, kwasów lub soli. Mogą to być także metale w stanie ciekłym, takie jak rtęć lub cyna. Film dostępny na portalu epodreczniki.pl Najazd kamery na blat, na którym stoi zestaw pomiarowy: obwód szeregowy zmontowany z ogniwa (baterii) 4,5 V. Do zacisków ogniwa przyłączone są przewody z konektorami bananowymi za pomocą krokodylków, dalej oprawka z żarówką, (niezależnie od żaróweczki może być też miernik-amperomierz). Dwa końce (jeden od żarówki, drugi od bieguna baterii (biegunowość obojętna) są wolne i odizolowane na długości ok. 20 cm. Obok stoi szklanka lub zlewka. D. bierze odizolowane końce przewodów i wkłada je do (teraz pustej) zlewki/szklanki uważając by się nie stykały (są po przeciwnych stronach). By łatwo się zmieściły można je zwinąć w spiralkę. Demonstrator jeszcze raz wskazuje wskaźnikiem (klasycznym, nie laserowym) omawiane elementy i drogę ładunków. D. bierze odizolowane końce przewodów i zwiera je. Żarówka świeci świadcząc, że obwód jest zmontowany prawidłowo i prąd płynie. Demonstrator nalewa wody destylowanej do zlewki (ok. ¾, tak by wygodnie zanurzyć elektrody). Bierze odizolowane końce drutów i wkłada do wody możliwie całe. Uważa by druty się nie stykały. Żarówka nie świeci! Potrząsa lekko elektrodami. Żarówka nie świeci! D. wyjmuje elektrody ze zlewki. Wsypuje do zlewki z wodą 2-3 łyżeczki soli kuchennej (widać torebkę z napisem „sól kuchenna” lub podobnym). Miesza bagietką lub łyżeczką do rozpuszczenia. Demonstrator wkłada ponownie przewody. Żaróweczka świeci się. Jeśli przygasa, to potrząsa/porusza elektrodami. Demonstartor bierze czujnik konduktometryczny i zanurza w zlewce z zasoloną wodą (trzeba uprzednio poza kadrem włączyć przyrząd i ustawić odpowiedni zakres jeśli nie jest automatyczny). elektrolity – wodne roztwory niektórych zasad, kwasów lub soli, przewodzące prąd elektryczny. Polecenie 1 Skonstruuj obwód podobny do tego przedstawionego na filmie. Zamiast krokodylków możesz użyć metalowych spinaczy biurowych. Jeśli masz taką możliwość, to przylutuj kabelki do żaróweczki i biegunów baterii. Zapewni to dobry kontakt elektryczny. Zamiast żarówki możesz użyć diody LED (świecącej), która najczęściej ma dwa wystające „wąsy”, łatwe do podłączenia. Sprawdź przewodnictwo elektryczne różnych cieczy dostępnych w domu, np. octu, wody z kranu, oleju, mleka. Ćwiczenie 2 Uzupełnij puste miejsce, wybierając brakujące elementy z listy. elektretytami, elektrolitami, elektroletami Wodne roztwory substancji, które przewodzą prąd elektryczny nazywamy ........................... 2. Oddziaływania międzycząsteczkowe Dyfuzja oraz zjawisko, w którym ciecze po zmieszaniu się mają mniejszą objętość sumaryczną, są dowodami na cząsteczkową budowę materii. Wiemy również, że cząsteczki oddziaływują wzajemnie na siebie. Podczas ich zbliżania dominują siły odpychania, a podczas oddalania – siły przyciągania. 2.1. Oddziaływania międzycząsteczkowe w cieczach Gdy wzajemnie oddziałują na siebie cząsteczki tej samej substancji, np. wody lub pleksiglasu, to siły działające między nimi nazywane są siłami spójności (kohezji). Film dostępny na portalu epodreczniki.pl Przylegnie dwóch płyt CD jako demonstracja sił oddziaływań międzycząsteczkowych Film prezentujący przylegnie dwóch płyt CD jako demonstracja sił oddziaływań międzycząsteczkowych. Fizyk demonstruje płytki szklane, karty bankomatowe i kawałki płytek pleksi. Składa i rozdziela płytki. Nalewa kapkę wody ze zlewki na jedną płytkę. Prezentowana jest woda na jednej płytce trzymanej poziomo przez demonstratora. Przykrywa mokrą płytkę drugą, lekko dociska. Próbuje rozdzielić płytki ale te się nie dają. Polecenie 3 Powtórz doświadczenie pokazane na filmie. Czy rezultaty są takie same?. Zapamiętaj! Siły spójności i przylegania pojawiają się jedynie wtedy, gdy odległości między cząsteczkami są niewielkie. Kleje, dzięki sile przylegania między ich cząsteczkami a cząsteczkami ciał stałych, potrafią trwale połączyć ze sobą dwa elementy. Duża siła spójności kleju sprawia, że łączenie odporne jest także na rozerwanie. Pióra ptactwa wodnego są zawsze suche Uważny obserwator ptaków wodnych dostrzeże, że woda spływa z ich piór, które są pokryte cienką warstwą tłuszczu. Wynika to z tego, że siły spójności działające między cząsteczkami wody są większe od sił przylegania między tymi cząsteczkami a cząsteczkami tłuszczu znajdującego się na piórach. Wzajemne relacje między siłami przylegania i spójności prowadzą do wielu interesujących zjawisk. Jednym z nich jest powstawanie menisku. Słowo „menisk” pochodzi od greckiego meniskos – półksiężyc – i doskonale opisuje powierzchnię swobodną cieczy znajdującej się w naczyniu, której kształt powstaje w wyniku działania sił spójności i przylegania. Menisk wklęsły (A), wypukły (B), brak menisku (C) Menisk najlepiej widoczny jest w naczyniach o niewielkim polu przekroju poprzecznego. Gdy siły spójności cząsteczek cieczy są mniejsze od sił przylegania, powierzchnia swobodna cieczy jest wklęsła (menisk wklęsły). Mechanizm powstawania menisku wklęsłego Gdy siły przylegania są mniejsze od sił spójności, powstaje menisk wypukły. Ugięcie błony powierzchniowej pod wpływem ciężaru igły Tak samo będzie w przypadku pływającej metalowej monety lub owada stojącego na powierzchni wody. Ćwiczenie 4 Podsumowanie Ciecze łączą ze sobą cechy gazów i ciał stałych. Z jednej strony cząsteczki cieczy pozostają w odległościach zbliżonych do charakterystycznych dla ciał stałych (nieco większych od średnicy ich cząsteczek), z drugiej – swobodnie przemieszczają się względem siebie (charakteryzują się wysoką ruchliwością). Powierzchnię samorzutnie wytworzoną przez ciecz na styku z innym ośrodkiem (próżnią, powietrzem, inną cieczą) nazywamy powierzchnią swobodną cieczy. Ciecze bardzo trudno zmieniają objętość pod wpływem oddziaływania zewnetrznego. Odpowiadają za to silne oddziaływania międzycząsteczkowe, które podczas ściskania Zaznacz wszystkie prawidłowe odpowiedzi. Po powierzchni wody mogą spacerować tylko owady. W szczególności wszystkie ciała wykonane ze stali, materiału o większej gęstości niż woda umieszczone na powierzchni wody na wskutek swojego ciężaru toną. Nartnik wodny może spacerować po powierzchni wody dzięki siłom napięcia powierzchniowego. Siły napięcia powierzchniowego to siły dążące do osiągnięcia jak najmniejszej powierzchni przez błonę powierzchniową.    cieczy prowadzą do odpychania się cząsteczek, a podczas rozprężania – do ich przyciagania. Większość cieczy to złe przewodniki ciepła. Niektóre ciecze przewodzą prąd elektryczny. Są to najczęściej elektrolity, tzn. wodne roztwory niektórych zasad, kwasów lub soli. Mogą to być także roztopione metale, takie jak rtęć, lub cyna. Oddziaływania występujące między cząsteczkami tej samej substancji to siły spójności (kohezji). Oddziaływania międzycząsteczkowe występujące między cząsteczkami różnych substancji to siły przylegania (adhezji). Wzajemne relacje między siłami przylegania i spójności prowadzą do powstawania menisku. Gdy siły spójności między cząsteczkami cieczy przeważają nad siłami przylegania, powstaje menisk wypukły. Gdy siły przylegania są większe od sił spójności, powstaje menisk wklęsły. Powierzchnia cieczy dąży do zajmowania jak najmniejszego pola. Objawia się to w sytuacji, kiedy to pole się powiększy (np. nastąpi ugięcie powierzchni). Występują wówczas siły napięcia powierzchniowego, dążące do zmniejszenia pola tej powierzchni (np. przez przywrócenie jej płaskiego kształtu). Praca domowa Polecenie 5.1 Sprawdź, jaki ciężar jest w stanie utrzymać powierzchnia swobodna wody dzięki napięciu powierzchniowemu. Zaplanuj eksperyment, opisz jego przebieg oraz napisz podsumowanie. Zobacz także Zajrzyj do zagadnień pokrewnych: Cząsteczkowa budowa materii Przekazywanie energii cieplnej w zjawisku przewodnictwa ciepła. Rola izolacji cieplnej Napięcie elektryczne Słowniczek błona powierzchniowa – cienka błona wytworzona na powierzchni cieczy wskutek działania sił spójności pochodzących od cząsteczek znajdujących się we wnętrzu cieczy. ciecz – jeden z trzech stanów skupienia materii; ciecze zbudowane są z cząsteczek lub atomów oddalonych od siebie na odległość porównywalną z ich średnicami (co jest charakterystyczne dla ciał stałych). Z drugiej strony oddziaływania między cząsteczkami cieczy są na tyle słabe, że mogą one przemieszczać się niemal swobodnie względem siebie (tak samo jak cząsteczki gazów). menisk (gr. meniskos – półksiężyc) – kształt, jaki przyjmuje powierzchnia swobodna cieczy znajdująca się w naczyniu. Menisk może być wklęsły lub wypukły. menisk wklęsły – menisk, który powstaje, gdy siły przylegania między cząsteczkami cieczy a cząsteczkami naczynia są większe niż siły spójności cieczy. menisk wypukły – menisk, który powstaje, gdy siły przylegania między cząsteczkami cieczy a cząsteczkami naczynia są mniejsze niż siły spójności cieczy. napięcie powierzchniowe (siły napięcia powierzchniowego) – siły styczne do powierzchni cieczy, powodujące zmniejszanie się tej powierzchni. powierzchnia swobodna – powierzchnia cieczy powstająca samorzutnie na styku cieczy z innym ośrodkiem (próżnią, powietrzem, inną cieczą). Powierzchnia swobodna to np. górna powierzchnia cieczy w naczyniu, powierzchnia kropli, powierzchnia strumienia wody. siły przylegania – siły występujące między różnymi rodzajami cząsteczek, np. cieczą a ciałem stałym. siły spójności – siły występujące między cząsteczkami tej samej substancji, np. między cząsteczkami wody.