Вода при нагріванні: ЗМІНА СТАНУ ВОДИ ПРИ НАГРІВАННІ. ТЕРМОМЕТР — ПРИРОДА ВОСЕНИ — ПРИРОДОЗНАВСТВО 2 КЛАС

Дослідження «Властивості води, як рідини»

Дослідження                                             Природознавство, 5 клас

Тема. Властивості води, як рідини.

Мета.  Дослідити властивості рідкої води.

Обладнання: склянка з водою, чайні ложки, столова ложка, порожні склянки, камінець,  2 блюдця, пробірка, маркер, затискач, штатив, спиртівка, сірники, чайник з теплою водою, цукор, пісок, кольорові олівці, лінійка.

Найчастіше вода в природі зустрічається в рідкому стані.

Розглянь властивості води, як рідини. Підкресли правильне та впиши пропущене.

1. Вода перебуває  в ( трьох, двох ) станах. Вільно ( переходить, не переходить ) з одного стану в інший.

2. Попробуй воду на смак. Вона  ( гірка, солона, не має смаку ).

3. Понюхай воду. Вона ( має запах, не має запаху ).

4. Визнач колір води. Вона ( біла, голуба, не має кольору ).

5. Візьми дві склянки. Налий в одну води. Попробуй перелити в другу. Отже, вода текуча.

6. В склянку з водою вкинь камінець. Ти його бачиш? Отже, вода ______________ .

7. Візьми блюдце і налий трішки води. Постав в кімнаті на підвіконня. Через 2 дні подивись на блюдце. Там є вода? Що трапилось? Вода __________________ .

8. Заповни пробірку до половини водою. Познач маркером рівень води в пробірці. Встав  пробірку в затискач і з допомогою вчителя нагрівай над полум’ям спиртівки. Спостерігай за зміною об’єму води. Вода ( піднімається вище позначки, опускається нижче позначки, залишається на місці позначки ). Отже, при нагріванні вода ( розширюється, стискається ).

9. Нагрівай пробірку далі доки вода не закипить. ЗАПАМЯТАЙ!  Вода закипає і кипить при температурі 100⁰ С.

10. З допомогою вчителя постав пробірку з гарячою водою для охолодження в штатив. Обережно познач рівень гарячої води в пробірці. Спостерігай за рівнем води в пробірці. Вона ( опускається, піднімається, не змінює положення). Отже, вода при охолодженні  ( стискується, розширюється ).

11. Але лише при охолодженні до +4⁰С вода стискається. Якщо ж її охолоджувати далі, то вона почне розширюватися.

12. Візьми 2 склянки, наповни кожну до половини  теплою водою. В першу всип 1чайну ложку цукру, в другу – 1 чайну ложку піску. Розмішай. Чи бачиш цукор в склянці? Попробуй воду в першій склянці на смак. Вона ( солодка, солона, не має смаку ) Чому?  Бо цукор _______________ у воді.

13. Подивись чи видно пісок у другій склянці? Чому? Бо пісок ____________________ у воді.

Отже, вода, розчиняючи одні речовини і не розчиняючи інші, має властивість вибірково розчиняти.

14. Налий в блюдце трохи ( 2 столових ложки ) води з розчиненим в ній цукром. Постав на підвіконня. Через два дні подивись на поверхню блюдечка.  Легенько проведи по ній рукою. Щось відчуваєш? Про що це свідчить? ________________________________________________________________

15.    За результатами дослідження склади схему «Властивості води, як рідини».

16.    Зроби висновки. Дай відповідь на запитання: «Які властивості має вода, як рідина?»

Примітка:  завдання 8, 9, 10 виконуй з учителем.

Вода при замерзанні розширюється або стискається: проста фізика

Багато юні чомучки задаються питанням: при замерзанні вода розширюється або стискається? Відповідь наступна: з приходом зими вода починає свій процес розширення. Чому це відбувається? Це властивість виділяє воду з списку всіх інших рідин і газів, які, навпаки, при охолодженні стискаються. В чому полягає причина такої поведінки цієї незвичайної рідини?

Фізика 3 класу: вода при замерзанні розширюється або стискається?

Більшість речовин і матеріалів збільшуються в об’ємі при нагріванні і зменшуються при охолодженні. Гази цей ефект показують більш помітно, але різні рідини і тверді метали виявляють такі ж властивості.

Одним з найбільш яскравих прикладів розширення і стискання газу є повітря у повітряній кулі. Коли ми виносимо повітряна куля на вулицю в мінусову погоду, то куля відразу зменшується в розмірах. Якщо ми куля вносимо в опалювальне приміщення, то він відразу ж збільшується. А от якщо ми внесемо повітряна куля в баню – він лопне.

Молекули води вимагають більше місця

Причиною того, що відбуваються ці процеси розширення і стиснення різних речовин, є молекули. Ті з них, які отримують більше енергії (це відбувається в теплому приміщенні), рухаються набагато швидше, ніж молекули, що знаходяться в холодному приміщенні. Частинки, які мають велику енергію, стикаються набагато активніше і частіше, їм потрібно більше місця для руху. Щоб стримати той тиск, який чинять молекули, матеріал починає збільшуватися в розмірах. Причому це відбувається досить стрімко. Отже, вода при замерзанні розширюється або стискається? Чому це відбувається?

Вода не підкоряється цим правилам. Якщо ми починаємо охолоджувати воду до чотирьох градусів Цельсія, то вона зменшує свій обсяг. Але якщо температура продовжує падати, то вода раптом починає розширюватися! Існує така властивість, як аномалія густини води. Це властивість виникає при температурі в чотири градуси Цельсія.

Тепер, коли ми з’ясували, розширюється або стискається вода при замерзанні, давайте дізнаємося, як взагалі виникає ця аномалія. Причина криється в частинках, з яких вона складається. Молекула води створена з двох атомів водню і одного – кисню. Формулу води всі знають ще з початкових класів. Атоми в цій молекулі притягують електрони по-різному. У водню створюється позитивний центр тяжкості, а у кисню, навпаки – від’ємний. Коли молекули води стикаються один з одним, то атоми водню однієї молекули переходять на атом кисню абсолютно іншої молекули. Цей феномен називається водневої зв’язком.

Воді потрібно більше місця при її охолодженні

В той момент, коли починається процес формування водневих зв’язків у воді починають виникати місця, де молекули перебувають у тому ж порядку, що і в кристалі льоду. Ці заготовки називаються кластерами. Вони не міцні, як в твердому кристалі води. При підвищенні температури вони руйнуються і змінюють своє місце розташування.

Під час процесу охолодження води починає стрімко збільшуватися кількість кластерів в рідині. Вони вимагають більше простору для поширення, внаслідок цього вода і збільшується в розмірах після досягнення своєї аномальної густини.

При падінні стовпчика термометра нижче нуля кластери починають перетворюватися в дрібні кристали льоду. Вони починають підніматися вгору. Внаслідок цього вода перетворюється в лід. Це дуже незвичайна здатність води. Даний феномен необхідний для дуже великої кількості процесів у природі. Ми всі знаємо, а якщо не знаємо, то запам’ятовуємо, що щільність льоду трохи менше щільності прохолодної чи холодної води. Завдяки цьому лід плаває на поверхні води. Всі водойми починають замерзати зверху вниз, що дозволяє спокійно існувати і не замерзати водним мешканцям на дні. Отже, тепер ми знаємо подробиці про те, розширюється або стискається вода при замерзанні.

Цікавий феномен

Гаряча вода замерзає швидше холодної. Якщо ми візьмемо два однакових склянки і наллємо в один гарячої води, а в іншій стільки ж холодною, то ми помітимо, що гаряча вода замерзне швидше, ніж холодна. Це не логічно, погодьтеся? Гарячій воді потрібно охолонути, щоб починати замерзати, а холодної цього не потрібно. Як пояснити цей факт? Вчені досі не можуть пояснити цю загадку. Даний феномен має назву «Ефект Мпембы». Відкрито було в 1963 році вченим з Танзанії при незвичайному збігу обставин. Студент хотів зробити собі морозиво і зауважив, що гаряча вода замерзає швидше. Про це він поділився зі своїм вчителем фізики, який спочатку не повірив йому.

Дивіться також:

Нагрев и охлаждение

Легко определить разницу между горячей и холодной водой, просто почувствовав их. Но они действуют по-разному и в других отношениях. Давайте посмотрим, что произойдет, если вы нальете горячую и холодную воду в воду комнатной температуры.

Вот что нужно сделать:

1. Положите несколько кубиков льда в чашку и добавьте две столовые ложки воды, чтобы получилась очень холодная вода. Добавьте 1 каплю синего пищевого красителя в холодную воду и осторожно перемешайте.
2. Попросите своего взрослого партнера добавить две столовые ложки горячей воды из-под крана в отдельную чашку. Добавьте 1 каплю красного пищевого красителя в горячую воду и осторожно перемешайте.
3. Налейте воду комнатной температуры в более высокий прозрачный пластиковый стакан, пока он не наполнится примерно на ¾.
4. Ваш взрослый партнер должен использовать пипетку, чтобы набрать пипетку, полную холодной голубой воды. Посмотрите на чашку комнатной температуры сбоку, когда ваш взрослый партнер погружает пипетку примерно наполовину в воду и медленно выдавливает холодную голубую воду в воду комнатной температуры.

Что вы наблюдаете? Стекает ли холодная голубая вода на дно чашки, остается в середине или всплывает наверх?

5. Затем ваш взрослый партнер должен с помощью пипетки набрать полную пипетку горячей красной воды. Посмотрите на чашку комнатной температуры сбоку, пока ваш взрослый партнер опускает пипетку примерно наполовину в воду и медленно выдавливает горячую красную воду в воду комнатной температуры.

Что вы наблюдаете? Горячая красная вода опускается на дно чашки, остается в середине или всплывает наверх?

Чего ожидать

Холодная синяя вода будет тонуть в воде комнатной температуры и образовывать слой на дне чашки. Горячая красная вода всплывет на поверхность воды комнатной температуры и образует слой наверху.

Что там происходит?

При охлаждении воды молекулы воды движутся медленнее и сближаются. Это делает холодную воду более плотной, чем вода комнатной температуры. Поскольку холодная вода более плотная, она тонет в воде комнатной температуры.

Когда вода нагревается, молекулы воды движутся быстрее и расширяются. Это делает горячую воду менее плотной, чем вода комнатной температуры. Так как горячая вода менее плотная, она плавает на воде комнатной температуры.

Что еще можно попробовать?

При помещении в воду комнатной температуры горячая вода стремится вверх, а холодная – вниз. Как вы думаете, что произойдет, если вы нальете горячую воду прямо поверх холодной? Давайте попробуем и посмотрим!

Что вам понадобится: 

• 2 одинаковые маленькие прозрачные стеклянные или пластиковые баночки (хорошо подойдут баночки для детского питания)
• Ледяная вода
• Горячая водопроводная вода
• Тонкая жесткая пластиковая карта (ламинированная игральная карта или прямоугольник или квадрат, вырезанные из крышки от йогурта или творога)
• Пищевой краситель (красный и синий)

Будьте в безопасности

Прежде чем продолжить, обязательно ознакомьтесь с инструкциями по технике безопасности на стр. 1.

Что делать:

1. Наполните одну банку полностью до краев ледяной водой. Добавьте две капли синего пищевого красителя и аккуратно перемешайте. Поместите эту банку в неглубокую кастрюлю или поднос, чтобы собрать воду, которая может пролиться.
2. Ваш взрослый партнер должен наполнить еще одну банку до краев горячей водопроводной водой. Добавьте 2 капли красного пищевого красителя и аккуратно перемешайте.
3. Ваш взрослый партнер должен положить пластиковую карту на кувшин с горячей водой и перевернуть ее вверх дном, убедившись, что пластик удерживается на месте. Аккуратно поместите карту и кувшин с горячей водой поверх кувшина с холодной водой так, чтобы отверстие кувшина с горячей водой было прямо над отверстием кувшина с холодной водой.

4. Очень осторожно выдвиньте пластиковую карту из-под банок, следя за тем, чтобы отверстия обеих банок были совмещены, чтобы вытекало как можно меньше воды.

Что вы наблюдаете? Смешиваются ли горячая и холодная вода? Как вы думаете, почему это происходит?

Что ожидать

Горячая красная вода остается наверху, а холодная синяя вода остается на дне. Кажется, что там, где встречаются горячая и холодная вода, перемешивание очень слабое.

Что там происходит?

Плотность горячей воды меньше плотности холодной воды, поэтому она плавает поверх холодной воды.

Подумайте об этом…

Как вы думаете, что произойдет, если вы поменяете банки местами? Попробуйте повторить эксперимент, но на этот раз сначала поставьте банку с горячей водой из-под крана (красного цвета) на поднос. Затем поместите пластиковую карту на банку с холодной водой. Попросите своего взрослого партнера осторожно перевернуть банку с холодной водой на банку с горячей водой и убедиться, что отверстия совмещены. Аккуратно вставьте пластик между банками.

Что происходит? Можешь объяснить?

Плавно ли изменяется температура при нагревании воды?

Дон Линкольн, доктор философии, Национальная ускорительная лаборатория Ферми (Fermilab)

Существует множество неправильных представлений о том, как работает нагрев, которые менее изощренны, чем те, что вращаются вокруг энтропии. Как вы относитесь к мысли, что, поставив кастрюлю с водой на огонь, она будет постоянно нагреваться с плавно меняющейся температурой? Вам это кажется разумным? Давай выясним.

Для кипячения воды требуется 2030 единиц энергии, что более чем в два раза превышает количество энергии, необходимой для растапливания льда и доведения его до температуры кипения. (Изображение: New Africa/Shutterstock)

Изменение температуры никогда не бывает линейным

Предположим, вы взяли килограмм льда, поместили его в очень прочный и герметичный металлический контейнер и начали его нагревать. Чтобы следить за происходящим, вы кладете в лед термометр перед тем, как заморозить его. Чтобы эксперимент было легко интерпретировать, вы каждую минуту вкладываете в контейнер одно и то же количество энергии. Другими словами, вы ставите емкость на постоянное пламя.

Давайте представим, что вы достали лед из обычного домашнего морозильника, в котором установлена ​​температура –20° по Цельсию или около 0° по Фаренгейту. А затем вы нагрели его до 120° по Цельсию или примерно до 250° по Фаренгейту.

Большинство людей думают, что температура льда, затем воды, затем пара будет постоянно меняться по мере постоянного добавления энергии. На следующем графике показано, что обычно думает большинство людей.

Существует распространенное заблуждение, что при подаче энергии происходит постоянное изменение температуры воды. (Изображение: TGCD)

Оказывается, чтобы нагреть лед с -20° до 120° по Цельсию, требуется всего лишь 2900 единиц энергии. И если вы сосредоточитесь на форме, это будет просто прямая линия — постоянное изменение температуры по мере добавления энергии. Однако это не то, что на самом деле происходит, когда вы действительно проводите эксперимент.

Если вы медленно и постоянно добавляете около 2900 единиц энергии, вы увидите, как температура поднимается, затем остается постоянной на уровне 0° по Цельсию, а затем снова повышается, затем остается постоянной на уровне 100° по Цельсию, а затем повышается опять таки.

Узнайте больше о заблуждениях мира в науке.

Для кипячения воды требуется в два раза больше энергии, чем для таяния льда

0° и 100° по Цельсию, что составляет 32° и 212° по Фаренгейту, являются температурами замерзания и кипения воды.

На следующем графике показано, что вы можете нагревать лед, добавляя энергию. Но тогда температура остается на уровне точки таяния льда долгое время без изменений. Чтобы нагреть лед от -20° до 0° по Цельсию, требуется 42 единицы энергии. Тогда требуется 334 единицы энергии, чтобы растопить лед.

Когда лед превратится в воду, вы сможете легко нагреть воду. Чтобы поднять температуру от 0° до 100° по Цельсию, требуется 420 единиц энергии. Это больше энергии, чем нужно, чтобы превратить лед в воду.

Если вы медленно и постоянно добавляете энергию, температура повышается, затем некоторое время остается постоянной, затем снова повышается, затем снова остается постоянной, а затем снова повышается. (Изображение: TGCD)

Самое интересное, когда температура воды достигает 100° по Цельсию. На графике видно, что он остается при этой температуре в течение длительного времени. Вы должны приложить много энергии, чтобы вскипятить воду и превратить ее в пар. Фактически, для кипячения воды требуется 2030 единиц энергии. Это более чем в два раза превышает количество энергии, необходимой для того, чтобы растопить лед и довести его до температуры кипения.

Затем, когда вся вода выкипит и превратится в пар, становится легко поднять температуру пара. Чтобы поднять температуру еще на 20° по Цельсию, требуется всего 40 единиц энергии.

Таким образом, хотя для изменения температуры льда или пара не требуется много энергии, для изменения температуры воды на 1° требуется примерно в два раза больше энергии, чем для льда и пара.

Тем не менее, большие энергозатраты — это стадии плавления и кипения, особенно кипение. Это фазовые переходы, которые действительно съедают энергию.

Это стенограмма из серии видео Понимание заблуждений науки . Смотри сейчас же, Вондриум.

Для изменения температуры воды требуется много энергии

Еще одна вещь, которая сама по себе не считается заблуждением, но, возможно, является малоизвестным фактом, заключается в том, что изменить температуру воды очень сложно. Вы можете сравнить его с большинством распространенных металлов, например, со сталью.

Если взять определенное количество энергии, которое повысит температуру килограмма воды на 1° по Цельсию, то та же самая энергия повысит температуру металла на 8° по Цельсию. И дело не только в металле. Нагреть воду в два раза труднее, чем спирт. Удивительно и то, что нагреть асфальт в пять раз легче, чем воду.

Если разобраться, то вода представляет собой огромную тепловую губку. Он может поглощать огромное количество энергии, не сильно меняя свою температуру. Верно и обратное. Когда вода меняет свою температуру, она делает это, поглощая много энергии, и ее становится намного труднее охладить.

По этой причине, если вы живете недалеко от побережья, температура на береговой линии гораздо более умеренная, чем всего в 50 милях от суши. То же Солнце палит грязь и воду, но температура грязи меняется на 5° на каждый градус температуры воды.

А зимой земля холодеет и замерзает гораздо быстрее, чем озеро. Таким образом, прибрежные зимы, как правило, мягче, по крайней мере, с точки зрения температуры, чем внутренние.

Проблемы термодинамики

Изучение термодинамики связано с большим количеством заблуждений, чем большинство разделов физики. Как правило, все знакомы с тем, как вещи нагреваются и охлаждаются, но это не похоже на то, что они могут видеть движение энергии. Другое дело с физикой снарядов, автомобилей и падающих мячей. Мы можем видеть, как эти вещи происходят, что позволяет нам лучше понять их.

Однако это не относится к теплу и тепловой энергии. Для этого нам нужно использовать косвенные инструменты. Нужны точные термометры и приборы для измерения энергии. Это причина того, что, хотя мы многое знали о физике движения в 1500-х и 1600-х годах, только в 1800-х и даже в 20-м веке термодинамика начала раскрывать свои секреты.

Узнайте больше о радиации.

Общие вопросы о воде для отопления и изменении температуры

В: Сколько энергии требуется для кипячения воды?

Для кипячения воды требуется 2030 единиц тепловой энергии, что более чем вдвое превышает количество энергии, необходимой для растапливания льда и доведения его до температуры кипения. Таким образом, если недостаточно энергии, вода не закипит.

В: Почему для повышения температуры воды требуется больше энергии?

Вода похожа на огромную тепловую губку. Он может поглощать огромное количество энергии без существенного изменения своей температуры. По этой причине после достижения 100° по Цельсию вода остается при этой температуре в течение длительного времени, и требуется много энергии, чтобы вскипятить воду и превратить ее в пар.

В: Как большие водоемы влияют на температуру?

Поскольку вода действует как тепловая губка, если вы живете вблизи побережья или большого водоема, температура на береговой линии намного выше, чем в 50 милях от суши. Солнце нагревает землю быстрее, чем вода, и температура земли изменяется на 5° на каждый градус температуры воды. С другой стороны, зимой земля охлаждается и замерзает гораздо быстрее, чем водоем. Таким образом, прибрежные зимы обычно мягче, чем внутренние.