МКОУ «Солдатско-Степновская средняя общеобразовательная школа»

Быковского муниципального района Волгоградской области

Исследовательская работа:

«Исследование процесса испарения»

(предмет физика)

Выполнили:

Тытюк Павел,

Ломакин Александр

ученики 8 класса

Руководители:

учителя физики

2013 год

Содержание

Введение. 3

Теоретическая часть. 5

Исследовательская часть ………………………………………………………………………..7

Заключение 11

Литература. 12

Приложение 13

Введение.

О сколько нам открытий чудных

Готовит просвещенья дух…

В современном мире тепловые явления встречаются ежедневно практически во всех областях жизнедеятельности человека, поэтому каждому из нас необходимо изучить их с точки зрения физики и ее законов. В данной работе мы рассматриваем процесс испарения. Процесс испарения – это очень интересное физическое явление, его интересно наблюдать и оно часто встречается в нашей жизни.

Тема нашей исследовательской работы – исследование процесса испарения. Эта проблема остается актуальной в различных технологических сферах и в окружающей нас природе. Достаточно сказать, что круговорот воды в природе происходит через фазы испарения и конденсации. От круговорота воды, в свою очередь, зависят такие важнейшие явления, как солнечное воздействие на планету или просто нормальное существование живых существ в целом. В течение года с поверхности Земли испаряется в среднем 518 600 км3 воды. Этого количества воды достаточно чтобы покрыть всю поверхность земного шара слоем осадков большим, чем 1м.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Велика роль испарения в животном и растительном мире. Для терморегуляции организма важную роль играет потоотделение, оно обеспечивает постоянство температуры тела человека или животного. За счет испарения пота уменьшается внутренняя энергия, благодаря этому организм охлаждается.

Для нормального существования растительной клетки необходимо ее насыщение водой. Масштабы испарения воды растениями, следуют из следующих данных: за один вегетационный период одно растение подсолнечника или кукурузы испаряет до 200 кг и более воды. Интересны растения пустынь. У кактусов незначительная поверхность при большом объеме, толстые покровы, мало проницаемые для воды и водяного пара, с немногочисленными почти всегда закрытыми устьицами. Поэтому даже сильную жару кактусы испаряют мало воды.

Все знают, что если развесить выстиранное белье, то оно высохнет. И так же очевидно, что мокрый тротуар после дождя обязательно станет сухим. У нас возникли вопросы:

Как именно и почему это происходит? От каких факторов зависит?

Проблемные вопросы:

От чего зависит скорость испарения? Влияет ли оно на жизнь человека и планеты в целом?

Мы решили найти ответы на эти вопросы.

Объект исследования: процесс испарения веществ.

Предмет исследования: жидкости.

Методы исследования: определить причины изменения скорости испарения жидкости и сравнить скорости испарения жидкости при помощи анализа литературных источников, проведения опытов, обработки полученных экспериментальных данных и теоретического обобщения.

Гипотеза исследования: если существуют теоретические утверждения зависимости испарения от физических параметров, то проведенные исследования должны это подтвердить или опровергнуть. Процесс испарения зависит от площади поверхности, рода вещества, температуры, скорости ветра. Процесс испарения влаги из почвы зависит от метеорологических условий, состава почвы.

Цель работы – описать процесс испарения, исследовать зависимость скорости испарения от различных факторов среды, а именно: рода вещества, площади поверхности жидкости и температуры воздуха, и с помощью построения графиков и тщательных наблюдений заметить закономерности.

Задачи:

Изучить различные источники информации по теме испарение и условия его протекания. Провести исследования зависимости испарения от физических параметров. Обработать результаты исследования, сделать выводы.

При проведении исследования мы использовали термометр, а также интернет-ресурсами и другой литературой.

Теоретическая часть

Испарение – это процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное. Обычно под испарением понимают переход жидкости в пар, происходящий со свободной поверхности жидкости. Испарение происходит с поверхности воды, почвы, растительности, льда, снега и т. д. за счет энергии, получаемой Землей от Солнца.

Механизм протекания процесса испарения можно объяснить следующим образом. Молекулы поверхностного слоя жидкости испытывают меньшее притяжение со стороны соседних молекул, чем молекулы нижних слоев, поскольку над поверхностью жидкости имеется газ, молекулы которого взаимодействуют с молекулами поверхностного слоя жидкости значительно слабее. Поэтому некоторые молекулы поверхностного слоя жидкости с достаточной кинетической энергией могут преодолеть притяжение соседних молекул жидкости и покинуть ее, т. е. перейти в пар. Быстрее испаряются жидкости, молекулы которых притягиваются друг к другу с меньшей силой. При увеличении площади поверхности жидкости увеличивается возможность большему числу молекул покинуть ее. Некоторые молекулы пара, двигаясь хаотично и оказавшись достаточно близко от поверхности жидкости, могут быть втянуты обратно в жидкость силами притяжения большого количества молекул жидкости. При движении воздушных масс над поверхностью жидкости интенсивность процесса испарения возрастает, так как происходит дополнительное «вырывание» молекул с поверхности и удаление уже испарившихся. При испарении жидкость охлаждается, так как ее покидают молекулы с наибольшей кинетической энергией. При испарении жидкость охлаждается (если нет подвода энергии от окружающих тел), так как ее покидают молекулы с наибольшей кинетической энергией. Если же число вылетевших и вернувшихся молекул в среднем одинаково в единицу времени, наступает динамическое равновесие между жидкостью и ее паром, пар становится насыщенным. Это возможно при испарении в закрытом сосуде. Скорость испарения резко снижается при нанесении на поверхность жидкости достаточно прочной плёнки нелетучего вещества. Испарение жидкости в газовой среде, например в воздухе, происходит медленнее, чем в разреженном пространстве (вакууме), так как вследствие соударений с молекулами газа часть частиц пара вновь возвращается в жидкость (конденсируется).

Испарение играет огромную роль в:

Растительном мире:

Улавливая лучи солнца, тонкая и нежная пластинка листа подвергается сильному нагреванию. Сорванный с деревьев лист на солнце очень быстро высыхает, а листья на дереве свежие, сочные. Клетки листа всегда наполнены водой, поступающей по сосудам жилок, черешка веток, ствола, корня. В листьях ели – 66,2% воды, а в листьях березы – 63,7%, а листьях салата – 94,3%. Вода из почвы, поступая в корень, непрерывно по тонким сосудам ствола поднимается вверх к листьям. В листьях вода не только наполняет клетки, и соединившись на свету с углекислым газом, входит в состав сахара, но и распыляясь в межклетниках, испаряется через устьица в воздух. Испарение воды в солнечный день охлаждает листья

Животном мире:

Для уравновешивания неизбежной потери воды за счет испарения многие животные всасывают ее через покровы тела в жидком или газообразном состоянии (амфибии, насекомые, клещи). В теплорегуляции птиц большую роль играют воздушные мешки. В жаркое время с поверхности воздушных мешков испаряется влага, что способствует охлаждению организма. В связи с этим в жаркую погоду птицы открывают клюв.

В жизни человека:

Организм человека, с помощью испарения охлаждается. На производстве испарение применяется для сушки деталей. В технике испарение применяется как средство для очистки веществ или разделения жидких смесей перегонкой (получение бензина, керосина). Процесс испарения также лежит в основе двигателей внутреннего сгорания, холодильных установок, а также в основе всех процессов сушки в сушильных камерах.

Выводы по теоретической части:

Испарение – парообразование с поверхности любой жидкости. Может протекать при разной температуре. К параметрам, влияющим на интенсивность протекания данного процесса можно отнести: температуру, род жидкости, площадь свободной поверхности жидкости и наличие перемещающихся воздушных потоков над ее поверхностью.

Исследовательская часть

Для исследования процесса испарения и определения зависимости скорости испарения от различных условий мы провели ряд экспериментов.

Эксперимент 1. Зависимость испарения от площади поверхности.

S1=78,5 см2

Вещество	Кол-во вещества	Площадь поверхности	Начало испарения	Конец испарения	Общее время
Вода	3 мл	78,5см2	11:00	18:30	7 ч 30 мин
Спирт	3 мл	78,5см2	11:00	15:25	4ч. 25 мин
Масло	3 мл	78,5см2	11:00 16.02.13	01:00 19.02.2013	62ч.
Перекись водорода	3 мл	78,5см2	11:00	19:00	8 ч

S2=19,62 см2

Вещество	Кол-во вещества	Площадь поверхности	Начало испарения	Конец испарения	Общее время
Вода	3 мл	19,62см2	12:00	21:30	9ч. 30 мин
Спирт	3 мл	19,62см2	12:00	17:45	5ч. 45 мин
Масло	3 мл	19,62см2	12:00 16.02.2013	21:00 20.02.2013	93ч.
Перекись водорода	3 мл	19,62см2	12:00	21:50	9ч. 50 мин

Вывод: чем больше площадь поверхности, с которой испаряется вещество, тем быстрее происходит испарение этого вещества. (диаграмма 1)

Эксперимент 2. Зависимость испарения от рода вещества.

Вещество	Кол-во вещества	Начало испарения	Конец испарения	Общее время
Вода	2 мл	12:00	17:30	5ч. 30 мин
Спирт	2 мл	12:00	15:40	3ч. 40 мин
Масло	2 мл	12:00 16.02.2013	16:00 18.02.2013	52ч.
Перекись водорода	2 мл	12:00	20:00	8ч.

Вывод: испарение зависит от рода вещества. (диаграмма 2)

Эксперимент 3. Зависимость испарения от температуры.

t1= +22°С (в помещении, в кабинете физики)

Вещество	Кол-во вещества	Начало испарения	Конец испарения	Общее время
Вода	2 мл	8:00	13:30	5ч. 30 мин
Спирт	2 мл	8:00	11:00	3ч.
Масло	2 мл	8:00	9:00	49ч.
Перекись водорода	2 мл	8:00	16:00	8ч.

t2=+4°С (в холодильнике)

Вещество	Кол-во вещества	Начало испарения	Конец испарения	Общее время
Вода	2 мл	16:00	23:00	7ч.
Спирт	2 мл	16:00	20:30	4ч. 30 мин
Масло	2 мл	16:00 17.02.2013	22:00 21.02.2013	102ч.
Перекись водорода	2 мл	16:00 17.02.2013	15:00 18.02.2013	23ч.

Вывод: чем выше температура вещества, которое испаряется, тем быстрее происходит процесс испарения. (диаграмма3)

Эксперимент 4. Зависимость испарения от скорости ветра.

х1= 0 м/с (в помещении, в кабинете физики)

Вещество	Кол-во вещества	Начало испарения	Конец испарения	Общее время
Вода	2 мл	8:00	13:30	5ч. 30 мин
Спирт	2 мл	8:00	11:00	3ч.
Масло	2 мл	8:00	9:00	49ч.
Перекись водорода	2 мл	8:00	16:00	8ч.

х2=2 м/с (фен)

Вещество	Кол-во вещества	Начало испарения	Конец испарения	Общее время
Вода	2 мл	21:00	21:15	0ч. 15 мин
Спирт	2 мл	21:00	21: 10	0ч. 10 мин
Перекись водорода	2 мл	21:00	21: 24	0ч. 24 мин

Вывод: при ветре испарение происходит быстрее. (диаграмма 4)

Эксперимент 5. Вещество + марганцовка.

Вещество	Кол-во вещества	Начало испарения	Конец испарения	Общее время
Вода	2 мл	8:00	13:30	5ч. 30 мин
Спирт	2 мл	8:00	11:00	3ч.
Перекись водорода	2 мл	8:00	16:00	8ч.

Вывод: испарение вещества не зависит от содержащегося в нем перманганата калия или других солей. (диаграмма 5)

Эксперимент 6. Зависимость испарения от слоя растительного масла на поверхности жидкости.

Вещество	Кол-во вещества	Начало испарения	Конец испарения	Общее время
Вода	2 мл	8:00	13:30	5ч. 30
Спирт	2 мл	8:00	11:00	3ч.
Перекись водорода	2 мл	8:00	16:00	8ч.

Вещество + растительное масло

Вещество	Кол-во вещества	Начало испарения	Конец испарения	Общее время
Вода	2 мл	20:00	10:00	14ч.
Спирт	2 мл	20:00	24:00	4ч.
Перекись водорода	2 мл	20:00	12 :00	16ч.

Вывод: скорость испарения вещества при наличии растительного масла на поверхности снижается. (диаграмма 6)

Эксперимент 7. Зависимость испарения влаги с поверхности почв от вида почвы

Почва	Кол-во воды	Начало испарения	Конец испарения	Общее время
Песок	2 мл	18.02 21:00	19.02 16:00	19ч
Чернозем	2 мл	18.02 21:00	19.02 21:00	24 ч.
Глина	2 мл	18.02 21:00	20.02 18:00	45 ч.

Вывод: испарение жидкости с поверхности песка происходит быстрее, чем с поверхности чернозема и глины. (диаграмма 7)

Эксперимент 8. Зависимость испарения влаги с поверхности почв от температуры почвы

t1= -3°С

Почва	Кол-во воды	Начало испарения	Конец испарения	Общее время
Песок	2 мл	18.02 21:00	19.02 22:00	25 ч
Чернозем	2 мл	18.02 21:00	20.02 18:00	33 ч.
Глина	2 мл	18.02 21:00	20.02 23:00	50ч.

t2=+26°С

Почва	Кол-во воды	Начало испарения	Конец испарения	Общее время
Песок	2 мл	19.02 20:00	20.02 20:00	12ч
Чернозем	2 мл	19.02 20:00	20.02 23:00	15ч
Глина	2 мл	19.02 20:00	20.02 24:00	16ч

Вывод: испарение жидкости с почв зависит от метеорологических условий, в частности от температуры почвы. (диаграмма 8)

Заключение

Актуальность данной работы состоит в том, что данная проблема имеет место не только в курсе физике, но и напрямую относится к жизни людей, растений и животных.

Эффективность и простота методов позволяют провести самостоятельно данные эксперименты и проверить истинность, выявленных в ходе нашего исследования, значений и сравнить свои выводы с теоретическими, представленными в данной работе. Проделав данную работу, мы сделали для себя много открытий касательно процесса испарения. Благодаря проведению различных экспериментов, мы сумели еще больше развить свои исследовательские навыки, научились лучше работать с различными источниками информации, анализируя полученные результаты и делая определенные выводы.

Проанализировав результаты опытов мы сделали следующие выводы.

Выводы:

На основе экспериментального исследования доказали, что процесс испарения, в самом деле, зависит от:

Площади поверхности. (С увеличением площади свободной поверхности жидкости увеличивается скорость протекания процесса испарения и наоборот) Рода вещества. (Скорость протекания процесса зависит от рода жидкости) Температуры (Скорость протекания процесса зависит от температуры) Скорость ветра. (Скорость протекания испарения увеличивается вместе с увеличением движения скорости воздушных масс). Поверхности, с которой жидкость испаряется ( Скорость испарения одного и того же вида жидкости меняется при изменении вида почвы, с которой она испаряется.

Литература.

Касаткина по физике. Теория., Ростов-на-Дону, Феникс, 2006 Перельман физика, кн.2 «Слово», Уфа, 1993 , , . Физика. Справочник для старшеклассников и поступающих в вузы., Москва, НТЦ «Университетский», «АСТ-ПРЕСС», 1999 , Решение задач по физике. Справочник школьника. Филологическое общество «СЛОВО», Москва 1997 . Физика. Практические занятия: Учебное пособие, Минск, «Вышэйшая школа», 1999 Классная физика для любознательных (http://classfizika. ru/8_13.htm) Глоссарий (http://www. glossary. ru/) ПрофиСтарт (http://www. profistart. ru/ps/blog/4870.html) Википидия (http://ru. wikipedia. org/) Вся физика (http://allphysics. ru/phys/isparenie) Фестиваль (http://festival.1september. ru/articles/595690/)

Приложение

Диаграмма 1 Зависимость испарения от площади поверхности