VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Какие факторы влияют на испарение различных жидкостей

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Кобзарь В.О. 1

---

1МОУ СОШ №10 г. Кыштыма Челябинской области

Пазина Т.В. 1

---

1МОУ СОШ №10 г. Кыштыма Челябинской области

Работа в формате PDF

2.4 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

Совсем не случайно я выбрала эту тему для своей работы. Много необычного происходит вокруг нас и практически любое из происходящих явлений можно объяснить с точки зрения физики. Я решила обратить своё внимание на такой процесс как испарение. Ведь действительно интересно: почему бельё сохнет дома за ночь, а на улице в солнечную погоду за пару часов, помытая посуда через пару минут становится сухой, а оставленная в кружке вода испаряется. Мы часто сушим волосы феном, и они при этом высыхают намного быстрее, чем без применения фена. Вот я и решила узнать, как и почему происходит процесс испарения.

Самый наглядный пример испарения жидкости – это испарение воды. Круговорот воды в природе представляет собой три переходных состояния воды, которые плавно переходят одно в другое, представляя собой замкнутый круг. От него зависят, такие важные явления как солнечное воздействие на планету и существование живых существ в целом.

Процесс испарения жидкостей,0 представляет большой практический интерес, так как испарение применяется в промышленности для очистки вещей, сушки материалов, разделение жидких смесей, кондиционирования воздуха. Ещё испарительное охлаждение воды используется в оборотных системах водоснабжения предприятий. Поэтому тема моей работы актуальна.

Цель моей работы: исследовать процесс испарения жидкости и изучить факторы, влияющие на скорость испарения жидкостей.

Для достижения моей цели нужно решить ряд задач:

- изучить литературу по данной теме,

- узнать, что такое испарение, и какие факторы влияют на его процесс,

- выяснить, какова роль испарения в природе и в жизни человека,

- исследовательским путем провести опыты процесса испарения,

- провести анкетирование, проанализировать и обобщить результаты анкетирования

- подвести итог проделанной работе.

В ходе работы над проектом были использованы следующие методы:

- поиск информации по теме;

- отбор, классификация и изучение материала;

- анализ полученной информации;

- систематизация.

Объект исследования: процесс испарение жидкости

Предмет исследования: факторы, влияющие на скорость испарения жидкости.

Практическая значимость состоит в том, что материалы данного проекта могут применяться на уроках физики, на факультативах и во внеурочной деятельности.

Глава 1. Что такое испарение.

Испарение – это превращение или переход жидкости в газ (пар) со свободной поверхности жидкости. То есть тогда, когда поверхность жидкости открыта и с поверхности начинается переход вещества из жидкого состояния в газообразное. [2]

В жидком состоянии вещество может существовать в определённом интервале температур. При температуре, меньшей нижнего значения этого интервала, жидкость превращается в твёрдое вещество. А если значение, температуры превысит верхнюю границу интервала, жидкость переходит в газообразное состояние.

Всё это мы можем наблюдать на примере воды. В жидком состоянии мы видим её в реках, озёрах, морях, океанах, водопроводном кране. Твёрдое состояние воды - лёд. В него она превращается, когда при нормальном атмосферном давлении её температура снижается до 0° С. А при повышении температуры до 100°С воды закипает и превращается в пар, который является её газообразным состоянием.

Испарение происходит вследствие круговорота, и оно является важной составляющей в циркуляции воды в природе.

Процесс превращения вещества в пар называют парообразованием. Обратный процесс перехода из пара в жидкость - конденсация.

Испарение жидкости происходит при любой температуре и тем быстрее, чем выше температура, больше площадь свободной поверхности испаряющейся жидкости и быстрее удаляются образовавшиеся над жидкостью пары. [3]

Испарение происходит, только с поверхности жидкости. Оно является результатом того, что молекулы любой жидкости постоянно перемещаются. Причем скорость у молекул разная. Молекулы с достаточно большой скоростью, оказавшись на поверхности, могут преодолеть силу притяжения других молекул и оказаться в воздухе. Молекулы воды, находящиеся по отдельности в воздухе, как раз и образуют пар. Увидеть глазами пар невозможно. То, что мы, видим, как водяной туман, это уже результат конденсации (обратный парообразованию процесс), когда при охлаждении пар собирается в виде мельчайших капелек.

В результате испарения сама жидкость охлаждается, так как ее покидают наиболее быстрые, молекулы. Как известно, температура как раз определяется скоростью движения молекул вещества, то есть их кинетической энергией.

1.1. Факторы, влияющие на скорость испарения жидкости.

Из курса физики мы знаем, что скорость испарения зависит от следующих факторов:

- от температуры;

- от площади поверхности;

- от рода вещества;

- от ветра.

Важнейший фактор, влияющий на скорость испарения – это температура.

Испарение происходит при любой темпе­ратуре, но с повышением температуры жидкости скорость испарения возрастает. Чем выше температура жидкости, тем больше быстро движущихся молекул, которые имеют достаточную кинетичес­кую энергию, чтобы преодолеть силы притяжения соседних частиц и вылететь за пределы жид­кости, и тем быстрее идет испарение. [5]

Смочим два одинаковых полотенца водой. Одно полотенце мы повесим на солнце, а другое разместим в тени. На солнце полотенце высохнет быстрее, так как его нагрели солнечные лучи, и испарение произошло быстрее.

То есть, нагревая тело, мы можем увеличивать скорость процесса испарения, ускорять его, или, наоборот, если мы будем понижать температуру, то процесс испарения будет замедляться. Объясняется это тем, что с увеличением температуры возрастает скорость движения частиц. А раз скорость движения возрастает, то большее количество частиц может покинуть жидкость и перейти в газообразное состояние.

Следующий фактор, влияющий на скорость испарения – это площадь поверхности.

Где вода испарится быстрее: в круглой тарелке или в высоком кувшине? Конечно же в тарелке, чем большую площадь поверхности занимает жидкость, тем больше молекул с неё улетучивается, тем выше скорость испарения, тем большее количество молекул одновременно вылетает в воздух. Скорость испарения жидкости зависит от площади ее свободной поверхности.

Зачем жители полярных стран в сильный мороз смазывают лицо жиром? Да потому что испарения зависит от рода жидкости: чем меньше притяжение между молекулами жидкости, тем интенсивнее испарение. Быстро испаряются летучие жидкости, например, эфир, спирт, бензин. У этих жидкостей силы межмолекулярного взаимодействия малы. Если кап­нуть такой жидкостью на руку, мы ощутим холод.

Испаряясь с руки, такая жидкость будет охлаждаться, и отбирать у неё некоторое количество теплоты. Если налить в одно блюдце растительное масло, а в другое – воду. То вода испарится намного быстрее. Смочив ватку спиртом, мы наблюдаем, испарение за несколько минут.

Влияет на скорость испарения и наличие ветра. Струя горячего воздуха в фене способна высушить наши волосы за пару минут, а листья деревьев после дождя быстрее высыхают в ветряную погоду.

Ветер уносит молекулы, вылетевшие из жидкости, и обратно они уже не возвращаются. Их место занимают новые молекулы, покидающие жидкость. Поэтому в самой жидкости их становится меньше, следовательно, она испаряется быстрее.

1.2 Роль испарения в природе и в жизни человека.

Главную роль в круговороте воды в природе играет испарение. Это непрерывный процесс. Испарение происходит с поверхности океана, суши и ее водоемов.

Испарение играет огромную роль в растительном, животном мире и в жизни человека. Оно предохраняет человека, животных и растения от перегрева.

Для терморегуляции организма важную роль играет потоотделение. Когда жарко – человек потеет. Это хорошо. Для терморегуляции для организма человека важную роль играет потоотделение. Влага, содержащаяся в организме человека, во время жары через поры в эпителии выходит наружу. Потоотделение обеспечивает постоянство температуры тела человека. За счет испарения пота уменьшается внутренняя энергия тела, благодаря этому организм охлаждается. Но испарение будет зависеть от окружающей среды, то есть от влажности окружающего воздуха. Нормальной считается влажность 40-60%

Когда температура среды имеет большую температуру, чем температура тела человека, то происходит усиленное потоотделение. Обильное выделение пота ведёт к охлаждению организма, что помогает работать в условиях высокой температуры. Если влажность воздуха 70% и выше, то жить и работать становится тяжело (влажные тропики, красильные цеха заводов). Если влажность воздуха меньше 40% при нормальной температуре воздуха, это приводит к усиленной потере влаги организмом, что приводит к его обезвоживанию (пустыни, металлургические заводы).

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.

Значение испарения в жизни растительности трудно переоценить, особенно учитывая, что живое растение на восемьдесят процентов состоит из воды. Поэтому если растению не хватает влаги, оно может погибнуть, так как вместе с водой в него не будут поступать также нужные для жизнедеятельности питательные вещества и микроэлементы.

В листьях ели – 66,2% воды, а в листьях берёзы – 63,7%, а в 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

Листья испаряют воду в большом количестве. Так, берёза испаряет 6 вёдер, а дуб -5 вёдер воды в день. Испарение воды лесом оказывает большое влияние на климат. Над лесом скорее образуются облака. В лесу влажно и оттого в жаркие дни прохладно.

В жизни животных процесс испарения тоже играет очень важную роль. Известно, что верблюды могут не пить 2 недели. Верблюд почти не потеет даже в сорокоградусную жару. Его тело покрыто густой шерстью – она спасает его от перегрева и препятствует испарению влаги в организме. Верблюд никогда в зной не открывает рта, чтобы со слизистого рта не испарялась жидкость. Частота его дыхания очень мала, за счёт этого меньше уходит воды из его организма с воздухом. Кроме того, температура тела верблюда понижается ночью до 34 градусов, а днем в жару повышается до 41 градуса, что очень важно для экономии воды. У верблюдов есть ещё очень важное приспособление для сохранения воды впрок. Известно, из жира, когда он «сгорает» в организме, получается много воды – 107 г из жира массой 100г. Таким образом, из своих горбов верблюд может извлечь воду массой до 50 кг. [6]

Для уравновешивания неизбежной потери воды за счёт испарения многие животные всасывают её 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.

Подводя итог, можно сделать вывод, что испарение играет большую роль в жизнедеятельности человека, растений и животных, птиц.

Глава 2. Результаты проведенных опытов.

Для исследования зависимости скорости испарения от различных факторов мною были проведены опыты. Для исследования каждого фактора, я брала четыре вида жидкости: вода, растительное масло, спирт этиловый медицинский, перекись водорода.

Так же для исследования мне понадобились 4 пробирки одинаковой ёмкости, 4 блюдца с одинаковым диаметром, фен, вентилятор, секундомер, 4 бумажных салфетки размером 12×12, сантиметровая линейка, термометр, шприц медицинский, маркер.

2.1 Анкетирование.

Чтобы выяснить, знают ли одноклассники что-нибудь о процессе испарения, я провела анкетирование среди учащихся своего класса (Приложение №1). В анкетировании приняло участие 24 одноклассника. В результате анкетирования выяснили:

Что такое процесс испарение?

А) Это процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное ответили 23 человека (96%)

Б) Это процесс перехода из парообразного состояния в жидкое – 1 человек (4%).

2. Какие молекулы покидают жидкость при ее испарении?

А) Быстрые – ответил 17 человек (71%)

Б) Медленные – 7 человек (29%)

3. Какие факторы могут влиять на скорость испарения жидкости?

Температура ответили 8 человек (33%)

Тепло, жара ответили 5 человек (21%)

Не знают остальные 11 человек (46%)

4.Где чаще всего вы наблюдаете процесс испарения?

А) дома – ответило 9 человек (38%)

Б) на улице - ответило 15 человек (63%)

5.Какая жидкость быстрее испаряется?

А) Холодная – 7 человек (29%)

Б) Горячая – 17 человек (71%)

6. Влияет ли процесс испарения на жизни человека и растений?

А) да, влияет ответили 19 человек (79%)

Б) нет, не влияет ответили 5 человек (21%)

7. При каком потоке воздуха испарение будет протекать быстрее?

А) при холодном - ответили 8 человек (33%)

Б) при теплом - ответили 16 человек (67%)

2.2 Опыты по испарению жидкости.

Опыт №1. Влияние температуры на скорость испарения жидкости.

Для данного эксперимента я использовала следующие материалы:

четыре одинаковых емкости (пластмассовые пробирки),

четыре различные жидкости: вода, растительное масло, спирт этиловый медицинский, 3% раствор перекиси водорода,

термометр,

шприц медицинский,

линейку.

Ход эксперимента: 

1. при помощи шприца мы набираем каждую жидкость по 5 мл., и вливаем в пробирки,

2. маркером делаем отметки на пробирки,

3. ставим 4 пробирки с указанными жидкостями в теплое место (я поместила в близь батареи),

4. рядом оставляем термометр, чтобы зафиксировать температуру,

5. засекаем время,

6. заносим данные в таблицу,

7. затем повторим первые два пункта,

8. все данные пробирки помещаем в холодильник при температуре 7 С˚,

10. засекаем время,

11. заносим данные в таблицу №.1, №2

Все данные можно увидеть в Приложении №2.

Вывод: в ходе эксперимента я увидела, что при различной температуре и определенном количестве времени, испарения одних и тех же веществ различно. Для одной и той же жидкости процесс испарения протекает значительно быстрее при более высокой температуре. Это доказывает зависимость исследуемого процесса от данного физического параметра. При уменьшении температуры увеличивается продолжительность процесса испарения и наоборот.

Опыт №2. Влияние площади на скорость испарения жидкости.

Для данного эксперимента я использовала следующие материалы:

четыре одинаковых емкости (пластмассовые пробирки),

четыре одинаковых блюдца,

четыре различные жидкости: вода, растительное масло, спирт этиловый медицинский, 3% раствор перекиси водорода.

шприц медицинский,

Ход эксперимента: 

1. при помощи шприца мы набираем каждую жидкость по 5 мл., и вливаем в пробирки и в блюдца,

2. поставим все предметы в одинаковые условия (температура, освещение). Температура воздуха в помещении +24 С°,

3. засекаем время,

4. заносим данные в таблицу №3,

Все данные можно увидеть в Приложении №3.

Вывод: по результатам эксперимента видно, что скорость испарения зависит от величины её поверхности. В результате проведенной работы мы увидели, что если в узкую и широкую посуду налить одинаковый объём жидкости, то можно увидеть, что в широкой посуде жидкость испаряется быстрее. Следовательно, чем больше площадь поверхности, тем большее число молекул вылетает в воздух. Значит, скорость испарения зависит от площади поверхности жидкости.

Опыт №3. Влияние рода вещества на скорость испарения жидкости.

Для данного эксперимента я использовала следующие материалы:

Бумажные салфетки размером 12×12 – 4 шт.,

четыре различные жидкости: вода, растительное масло, спирт этиловый медицинский, 3% раствор перекиси водорода.

термометр,

шприц медицинский,

секундомер.

Ход эксперимента: 

1. при помощи шприца мы набираем каждую жидкость по 0,5 мл., и вливаем на бумажную салфетку,

2. помещаем все предметы в одинаковые условия (температура, освещение). Температура воздуха в помещении +24 С°,

3. засекаем время,

4. заносим данные в таблицу №4,

Все данные можно увидеть в Приложении №4.

Вывод: для полного испарения различных жидкостей требуется разное количество времени. Из данного эксперимента видно, что процесс испарения протекает быстрее у спирта и воды, а медленнее всего у растительного масла, это говорит о том, что испарение жидкости зависит от физического параметра – рода вещества.

Опыт №4. Влияние ветра на скорость испарения жидкости.

Для данного эксперимента я использовала следующие материалы:

четыре одинаковых емкости (блюдца),

три жидкости: вода, спирт этиловый медицинский, 3% раствор перекиси водорода.

термометр,

шприц медицинский,

фен,

вентилятор.

Ход эксперимента: 

1. при помощи шприца мы набираем каждую жидкость по 0,5 мл., и вливаем в блюдца,

2. включаем вентилятор и измеряем температуру воздушного потока при помощи термометра,

3. преподношу на одинаковое расстояние поочередно блюдце с каждой из жидкости,

4. засекаем время,

5. заносим данные в таблицу №5, №6,

6. проделываю все, то же самое, но уже при помощи фена (теплого потока воздуха),

11. заносим данные в таблицу.

Все данные можно увидеть в Приложении №5.

Вывод: если воздух над жидкостью движется, скорость испарения увеличивается, так как поток воздуха помогает молекулам жидкости оторваться от поверхности и перейти в парообразное состояние. И хотелось бы отметить, что при холодном воздухе испарение происходит чуть дольше, горячий воздух ускоряет этот процесс.

Заключение.

В своей работе я более подробно узнала о процессе испарения, как оно происходит, и что скорость испарения жидкостей зависит от разных факторов:

Жидкость испаряется быстрее при высокой температуре, потому что при нагревании скорость движения молекул увеличивается, следовательно, большее количество молекул покидают жидкость.

Скорость испарения зависит от величины её поверхности. Чем больше площадь поверхности, тем большее число молекул одновременно вылетает в воздух. Значит, скорость испарения зависит от площади поверхности жидкости;

Разные жидкости испаряются по-разному, значит, скорость испарения жидкости зависит от рода жидкости;

Если воздух над жидкостью движется, скорость испарения увеличивается, так как поток воздуха помогает молекулам жидкости оторваться от поверхности и перейти в парообразное состояние. Горячий воздух ускоряет этот процесс.

Определены физические параметры, оказывающие влияние на скорость протекания процесса испарения. Была исследована зависимость протекания процесса испарения от физических параметров, проведен анализ полученных результатов. Высказанная гипотеза оказалась справедливой.

Данная работа имеет практическое значение, так как в ней исследована зависимость интенсивности испарения — явления, с которым мы встречаемся в повседневной жизни, от физических параметров. Используя эти знания, можно контролировать протекание процесса.

Люди повседневно используют процесс испарения в жизни, применяют его в производстве различных механизмов и машин, используют в быту. Это процесс происходит в природе вне зависимости от деятельности человека и задача людей – не нарушать этот процесс. Для этого необходимо любить природу и любить нашу Землю!

Список используемой литературы.

Белова С.В., Черныш Е.В., Большая энциклопедия знаний- М.:Экспо, 2014. – 344с.

Перышкин А. В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.

https://awesomeworld.ru/prirodnye-yavleniya/isparenie.html.

Физика. Большой справочник для школьника /Ю.И. Дик, В.А. Ильин, Д.А. Исаев. – М.: Дрофа, 2007

https://www.poznavayka.org/fizika/isparenie/

https://urok.1sept.ru/статьи/595690/

Приложения №1.

График №1. Результаты анкетирования класса.

Фотография №1. Результаты анкетирования класса.

Приложения №2.

Опыт №1. Влияние температуры на скорость испарения жидкости

Фотографии №2. Процесс подготовки к опыту №1.

Таблица №1. Процесс испарения жидкости при высокой температуре.

Фотография №3. Процесс испарения при высокой температуре.

Таблица №2. Процесс испарения жидкости при низкой температуре.

Фотография №3. Процесс испарения при низкой температуре.

Фотография №4. Замер объема жидкости после проведения опыта при пониженной температуре

Приложения №3.

Опыт №2. Влияние площади на скорость испарения жидкости.

Таблица №3. Процесс влияния площади на скорость испарения жидкости

Фотография №5. Процесс подготовки к опыту №2.

Фотография №6. Процесс замера объема жидкости после проведения опыта №2.

Приложения № 4.

Опыт №3. Влияние рода вещества на скорость испарения жидкости.

Таблица №4. Влияние рода вещества на скорость испарения жидкости.

Фотография №7. Процесс подготовки к опыту №3:

Фотография №7. Процесс испарения жидкости опыта №3

Фотография №8. Процесс замера объема жидкости после проведения опыта №3

Приложения № 5

Опыт №4. Влияние ветра на скорость испарения жидкости.

Таблица № 5. Влияние ветра на скорость испарения жидкости. При холодном потоке воздуха (с использованием вентилятора)

Таблица № 6. Влияние ветра на скорость испарения жидкости При горячем потоке воздуха (с использованием фена)

Фотография №9 Процесс подготовки к опыту №4

Фотография №10 Процесс испарения жидкости при горячем потоке воздуха.

Фотография №11 Процесс испарения жидкости при холодном потоке воздуха.