4. Topenie a tuhnutie

Transkript

1 4. Topenie a tuhnutie Sneh a ľadové cencúle sa pôsobením teplého vzduchu a najmä za slnečného počasia topia, ak dosiahnu určitú teplotu a za podmienky, že okolitý vzduch bude mať vyššiu teplotu. Večer, keď slnko zapadne a teplota vzduchu klesá, voda z roztopeného snehu či ľadových cencúľov začne pri určitej teplote zamŕzať tuhne, mení sa na ľad, ak teplota vzduchu klesá. Príprava na vyučovanie Na skúmanie topenia ľadu v balóne budeš potrebovať balón so zamrznutou vodou a doň vloženým teplomerom. balón, kvapalinový laboratórny teplomer s rozsahom od -10 do 100 C, 25 ml vody, niť a) Zisti si, koľko vody je 25 ml, približne takým množstvom vody je potrebné naplniť balón. V balóne nemusí byť presné množstvo vody, a ak by si mal problém s jeho plnením, natiahni balón na výtok vody z vodovodu a napusť doň približne 25 ml. b) Pred stiahnutím balóna z vodovodu ho treba stočiť tak, aby voda uzavretá v ňom bola bez vzduchovej bubliny. c) Opatrne vlož do balóna laboratórny teplomer (napríklad liehový). Zaviaž balón s teplomerom tak, aby si mohol pozorovať jeho teplotu v rozsahu približne niekoľko stupňov pod 0 C. Zisti, či voda z balóna nevyteká a vlož ho na niekoľko hodín do mrazničky. Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok 39

2 4. Topenie a tuhnutie 4.1 Topenie Tavenie ocele Pre pevné látky platí, že zohrievaním sa ich teplota zvyšuje. Keď teplota dosiahne určitú hodnotu teplotu topenia, ktorá je charakteristická pre danú látku mení látka svoje skupenstvo z pevného na kvapalné. Niektoré látky, ako napríklad maslo alebo ľad, sa topia pri nižších teplotách. Iné látky, napríklad kovy, ako je oceľ, cín či železo, aby sa roztopili, potrebujú dosiahnuť oveľa vyššiu teplotu. Robí sa to v špeciálnych zariadeniach vysokých peciach. Vtedy hovoríme o tavení. Ani priebeh topenia nie je pri všetkých látkach rovnaký. Topenie parafínu alebo skla je iné ako topenie ľadu. Najskôr preskúmame topenie ľadu. Pracuj v skupine. Pokus Ako prebieha topenie ľadu? balón s ľadom a teplomerom (podľa prípravy na vyučovanie), teplomer, stojan s držiakmi, kahan, soľ, ľad, stopky, tyčinka na miešanie POZNÁMKA: Pri odčítavaní teploty používaj laboratórne okuliare. a) Pred pokusom sa dohodnite v skupine, kto bude: sledovať čas a miešať kvapalinu v kadičke, merať teplotu ľadu v balóne, merať teplotu slanej vody v kadičke a robiť pozorovania, zaznamenávať namerané hodnoty a ostatné pozorovania. b) Podľa obrázka 30 zostav aparatúru. Do aparatúry nedávaj balón s ľadom skôr, kým nebudete pripravení začať pokus. Voda z roztopeného snehu vytvára cencúle. Obr. 30 Zohrievanie ľadu v balóne c) Do kadičky z varného skla daj toľko slanej vody, aby bol balón s ľadom po vložení do nej celý ponorený. 40 Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok

3 4.1 Topenie d) Urob slaný kúpeľ tak, že kocky ľadu zaleješ vodou a nasypeš do kadičky soľ. Kúpeľ by mal dosiahnuť teplotu okolo -3 C. e) Po odstránení všetkých kúskov ľadu pridaj do slaného kúpeľa teplomer a balón s ľadom a teplomerom. Oba teplomery upevni na držiak. f) Presvedč sa, že balón s ľadom je celý vo vode, ale nedotýka sa dna kadičky. g) Okamžite odmeraj teplotu ľadu v balóne a teplotu slaného kúpeľa. Namerané hodnoty zapíš do tabuľky k času 0 sekúnd. POZNÁMKA: Slaný kúpeľ treba občas pomiešať, aby sa zabránilo vyprsknutiu kvapaliny. Tabuľka: Hodnoty namerané počas zohrievania ľadu v balóne čas [s] 0 teplota slaného kúpeľa [ C] teplota v balóne [ C] ostatné pozorovania h) Požiadaj o zapnutie kahana. Teplotu v balóne a teplotu slaného kúpeľa zaznamenávaj každých 30 sekúnd do pripravenej tabuľky. i) Zaznamenávaj aj ostatné pozorované javy, predovšetkým zmeny objemu balóna. j) Kúpeľ zohrievaj po teplotu 40 C, prípadne, až kým voda v balóne nezačne vrieť. Pri vare zaznamenaj teplotu najmenej dvakrát. k) Namerané hodnoty zaznač do grafu závislosti teploty od času zohrievania. Do toho istého grafu nanes zároveň namerané hodnoty teploty ľadu v balóne aj namerané hodnoty teploty slaného kúpeľa. Záporné hodnoty teploty nanášaj na teplotnú os pod bod [0, 0]. POZNÁMKA: Na zostavenie tabuľky a kreslenie grafu použi počítačový program TopenieLad.cma (v C6lite). Program je dostupný na: Odpovedz: 1. Prezri si namerané hodnoty teploty ľadu a kúpeľa v tabuľke. Menia sa pravidelne? 2. Ako sa zmeny teploty prejavujú na čiare grafu? 3. Porovnaj čiary grafu pre teploty namerané v balóne a pre teploty slaného kúpeľa. Sú čiary grafov rovnaké? 4. Pri akej teplote sa ľad v balóne začal topiť? 5. Za aký čas sa všetok ľad roztopil? 6. Ako si vysvetľuješ skutočnosť, že si balón s ľadom stále zohrieval a teplota na teplomeri predsa istý čas nestúpala? 7. Vyhodnoť svoje pozorovania zmeny objemu balóna počas jeho zohrievania. 8. Ak by si odvážil balón s ľadom pred pokusom a po roztopení ľadu, vážil by rovnako alebo rozdielne? 9. Je hustota ľadu a vody rovnaká? 0 čas [s] Ľad sa začína topiť pri teplote 0 C pri určitom tlaku. Kým sa všetok ľad neroztopí, jeho teplota sa nemení, aj keď ho zohrievame. Energia, ktorá sa dodáva ľadu zohrievaním, sa spotrebuje na premenu skupenstva topenie. Topením sa menia aj polohy častíc, z ktorých sa skladajú látky, a na túto zmenu je potrebná energia. Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok 41

4 4. Topenie a tuhnutie Na grafe sa topenie kryštalických látok prejavuje vodorovnou čiarou, čo znamená, že počas topenia sa teplota látky nemení. 0 teplota topenia čas [s] Obr. 31 Graf závislosti teploty od času pri topení ľadu Väčšina pevných látok vytvára kryštály, ktoré majú pravidelný geometrický tvar. Kryštály kuchynskej soli majú tvar kocky a ľad kryštalizuje v pravidelných šesťbokých hranoloch. Ku kryštalickým látkam patria aj kovy. Tieto látky majú za presne stanovených podmienok (tlak) určitú teplotu topenia. Topenie ľadu Obr. 32 a) Kryštály kuchynskej soli b) Kryštály ľadu Tavenie skla Pri niektorých látkach, ako je sklo alebo parafín, nemožno presne určiť teplotu topenia. Pri parafíne sa uvádza, že jeho teplota topenia je medzi hodnotami 34 C až 56 C, to znamená, že pri tejto látke sa nedá presne určiť jej teplota topenia. Rovnako je to aj pri topení skla. Teplota topenia skla sa uvádza v rozpätí teplôt 800 C až 1400 C. Ide o osobitný druh látok so zvláštnymi vlastnosťami. Tieto látky nazývame beztvaré, iným slovom amorfné. Ak zohrievame kúsok skla, spočiatku zmäkne, ľahko sa ohýba alebo naťahuje. Pri ešte vyššej teplote vzniká látka, ktorá sa ťahá ako med, neskôr sa podobá smotane a napokon sa zmení na kvapalinu podobnú vode. V tabuľke na strane 43 sú uvedené hodnoty teploty topenia niektorých známych látok. 42 Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok

5 4.1 Topenie Tabuľka: Teploty topenia niektorých látok látka teplota topenia [ C] lieh -116 voda 0 cín 232 olovo 327 hliník 658 zlato 1063 meď 1084 oceľ 1400 železo 1535 Poznať fyzikálne charakteristiky látok, ako je teplota varu a teplota topenia, je dôležité v mnohých priemyselných odvetviach (napríklad v hutníctve, sklárstve, ale aj v chemickom priemysle). Rieš úlohy Obr. 33 Tavenie kovov 1. Zisti teplotu topenia čokolády. a) Navrhni spôsob merania a vykonaj ho. Tvoj návrh by mal obsahovať: pomôcky, postup, návrh tabuľky na záznam údajov, zhrnutie. b) Je čokoláda kryštalická alebo amorfná látka? 2. V nádobách z rôznych kovov sa majú roztaviť iné kovy. Uváž a zdôvodni, či by boli uskutočniteľné nasledujúce tavenia: a) v nádobe z cínu sa má roztaviť olovo, b) v nádobe z ocele sa má roztaviť hliník. 3. Vysvetli, čo znamená, že teplota topenia liehu je -116 C a hliníka 658 C. V akom skupenstve je lieh a hliník pri teplote 20 C? 4. Urob pokus: skús rozrezať ľad pomocou drôtu a závažia (pozri obrázok vpravo). tenký drôt s dĺžkou 40 cm, väčší kus ľadu, 2 fľašky naplnené pieskom (2 závažia) a) Na konce drôtu pripevni 2 fľašky naplnené pieskom (závažia). b) Kus ľadu polož na podstavec a daj na naň drôt tak, aby visiace závažia držali drôt napnutý. Odpovedz: Ako si vysvetľuješ skutočnosť, že drôt prešiel ľadom bez toho, aby sa ľad rozdelil na dve časti? Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok 43

6 4. Topenie a tuhnutie 5. Urob pokus: Prilep kovový hrnček o drevenú doštičku bez lepidla. kovový hrnček, drevená doštička, kocky ľadu, kuchynská soľ, voda a) Do kovového hrnčeka priprav zmes z ľadu a soli. b) Drevenú doštičku polej vodou a postav na ňu kovový hrnček so zmesou. c) O chvíľu sa pokús zdvihnúť hrnček. Odpovedz: Ako si vysvetľuješ, že sa hrnček neoddelil od doštičky? Domáca príprava na vyučovanie Do dvoch plastových pohárov nalej rovnaké množstvo vody tak, aby výška hladiny v oboch pohároch siahala 2 cm pod horný okraj pohárov. Poznač fixkou výšku hladiny vody v pohároch. Jeden z pohárov daj do mrazničky zamrznúť a druhý odlož ako kontrolu mimo chladničky. 4.2 Tuhnutie Pri skúmaní vlastností kvapalín sa voda často používa ako látka zastupujúca všetky kvapaliny. Správa sa však voda pri premenách skupenstva, najmä tuhnutí a topení, naozaj ako reprezentant väčšiny kvapalných látok? Pri premene vody na ľad pozorujeme, že ľad zväčší svoj objem oproti objemu vody. Ak by sme naliali do dvoch pohárov dve rozdielne kvapaliny, napríklad do jednej roztopený parafín zo sviečky a do druhej rovnaké množstvo vody, po stuhnutí oboch látok môžeme pozorovať, že parafín svoj objem zmenší, zatiaľ čo ľad oproti vode svoj objem zväčší. Mohli ste sa o tom presvedčiť, ak ste urobili pokus z domácej prípravy na vyučovanie. Väčšina kvapalín pri tuhnutí svoj objem zmenšuje, ale pre vodu to neplatí. Vysvetlenie správania sa látok pri premenách skupenstva je v ich časticovej stavbe. Častice kvapalných látok pri tuhnutí spomaľujú svoj pohyb a ukladajú sa k sebe. Častice ľadu sú ďalej od seba ako častice vody, ukladajú sa veľmi neúsporne, a tak v pevnom skupenstve zaberajú väčší priestor ako v kvapalnom. parafín ľad Obr. 34 Stuhnutý parafín a zamrznutá voda Toto zvláštne správanie vody má veľký význam pre život v prírode. Voda pri zamŕzaní svoj objem zväčšuje, a preto sa mení aj jej hustota. 44 Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok

7 4.2 Tuhnutie Ľad má hustotu 917 kg/m 3, ale hustota vody je väčšia, kg/m 3. Preto ľad na vode pláva. Voda má ešte jednu zvláštnosť najväčšiu hustotu dosahuje pri 4 C. Voda s touto teplotou klesá v jazere ku dnu aj pod ľadom zostáva v kvapalnom skupenstve. Táto vlastnosť vody umožňuje rybám aj ostatným živočíchom prežiť zimu. Tento jav nazývame anomália vody. -1 C 0 C 2 C 4 C 16 C 12 C 8 C 4 C Obr. 35 Prejavy anomálie vody v zime a v lete Voda sa mení na ľad pri 0 C. Túto teplotu nazývame teplotou tuhnutia. Pokiaľ sa všetka voda nepremení na ľad, jej teplota meraná teplomerom sa nemení, hoci mrznúcu vodu stále ochladzujeme. Keď sa všetka voda premení na ľad, ktorý ďalej ochladzujeme, jeho teplota klesá. Z pokusov sa dá zistiť, že teplota topenia a teplota tuhnutia má pre väčšinu látok rovnakú hodnotu. Rozdiel medzi topením a tuhnutím látok je v tom, že pri tuhnutí musíme kvapalinu ochladzovať a pri topení musíme pevnú látku zohrievať. Pokusom s látkou, ktorá sa nazýva tiosíran sodný, si môžeme predchádzajúce tvrdenie dokázať. Tiosíran sodný je kryštalická látka, ktorá sa používa napríklad na spracovanie čiernobielych filmov. Pretože má nízku teplotu topenia aj tuhnutia, je vhodná na pokusy v laboratóriu. Pokus 1 Zisti teplotu topenia a tuhnutia kryštalickej látky tiosíranu sodného. tiosíran sodný, kahan, 2 laboratórne teplomery (digitálne/liehové), kadička 250 ml, širšia skúmavka, sieťka, trojnožka, 2 svorky, stojan, studená voda (kocky ľadu), trecia miska, injekčná striekačka s obsahom 20 ml, špajdľa na miešanie Pracuj v skupine. POZNÁMKA: Na snímanie teploty možno využiť teplotnú sondu, počítač s prevodníkom a meracím panelom, program COACH. Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok 45

8 4. Topenie a tuhnutie Tabuľka: Namerané hodnoty času a teploty pri topení a tuhnutí tiosíranu sodného čas [s] a) Pred pokusom sa dohodni s ostatnými členmi skupiny, kto bude: sledovať čas v 30-sekundových intervaloch, merať teplotu tiosíranu sodného, zaznamenávať namerané hodnoty do tabuľky, ochladzovať vodný kúpeľ. b) Na záznam času a teploty urob tabuľku asi so 40 riadkami. c) Zostroj aparatúru podľa obrázka A (ak budeš merať teplotu teplomermi), prípadne podľa obrázka B (ak použiješ PC so sondou). vodný kúpeľ tiosíran sodný vodný kúpeľ tiosíran sodný Obrázok A čas [s] Obrázok B d) Tiosíran sodný rozdrv v trecej miske, daj ho do skúmavky a vlož do vodného kúpeľa kadičky s vodou, ktorá má izbovú teplotu. e) Pred zapnutím kahana pod kadičkou odmeraj teplotu tiosíranu sodného a zapíš do tabuľky k času 0 s. f) Na miernom ohni zohrievaj vodu v kadičke, a tým aj tiosíran sodný po teplotu okolo 55 C, potom kahan vypni. g) Plynulo pokračuj v odčítavaní času. Pomaly ochladzuj vodný kúpeľ tak, že injekčnou striekačkou budeš odoberať vodu z kadičky a nahrádzať ju studenou, až kým tiosíran sodný nedosiahne teplotu okolo 22 C. Tuhnúci tiosíran sodný neustále miešaj špajdľou. h) Z nameraných hodnôt času a teploty zostroj graf. Odpovedz na otázky: 1. Prezri si namerané hodnoty teploty tiosíranu sodného pri zohrievaní a ochladzovaní v tabuľke. Menia sa hodnoty pravidelne? 2. Pri akej teplote sa začal tiosíran sodný topiť? 3. Pri akej teplote začal tiosíran sodný tuhnúť? 4. Ako sa topenie a tuhnutie tiosíranu sodného prejavilo na čiare grafu? 46 Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok

9 4.2 Tuhnutie Pokus 2 Zisti, v akom teplotnom intervale sa topí a tuhne amorfná látka parafín. rovnaké ako v pokuse 1, ale namiesto tiosíranu sodného použijeme parafín Na záznam času a teploty budeš potrebovať rovnakú tabuľku ako v pokuse 1. Pracuj v skupine. POZNÁMKA: Parafín je dobré najskôr nakrájať na malé šupinky, roztopiť v skúmavke a aj s teplomerom nechať v nej stuhnúť. Meranie realizuj až po tejto príprave. Celý ďalší postup aj s aparatúrou a vyhodnotením je rovnaký ako v predchádzajúcom pokuse 1 na strane 46. Na obrázku 36 je graficky znázornený priebeh topenia a potom priebeh tuhnutia kryštalickej látky tiosíranu sodného. Graf sme získali meraním v laboratóriu. teplomer topenie tuhnutie čas [min] Obr. 36 Graf závislosti teploty od času pri topení a tuhnutí tiosíranu sodného vodný kúpeľ roztopený parafín šupinky parafínu Aparatúra na skúmanie topenia a tuhnutia parafínu Tiosíran sodný je kryštalická látka, ktorej teplota topenia je 48 C. Pri rovnakej teplote táto látka aj tuhne. Vodorovná čiara grafu znamená, že počas topenia či tuhnutia sa teplota látky nemení. Všetka dodávaná energia pri topení sa spotrebuje na zväčšenie pohybu častíc. Pri tuhnutí sa odoberá energia, častice spomalia svoj pohyb a usporadúvajú sa do určitých polôh. V grafe závislosti teploty od času pri topení a tuhnutí parafínu má čiara grafu iný priebeh ako pri kryštalických látkach. Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok 47

10 4. Topenie a tuhnutie začiatok topenia zohrievanie látka je roztopená začiatok tuhnutia ochladzovanie látka je stuhnutá 10 čas [min] Obr. 37 Graf závislosti teploty od času pri topení a tuhnutí parafínu Parafín ako amorfná látka sa topí aj tuhne v teplotnom intervale od 34 C do 56 C. Častice amorfných látok sa pri premenách skupenstva správajú inak ako častice kryštalických látok, neusporadúvajú sa do pravidelných štruktúr. Rieš úlohy 1. Urob pokus: porovnanie tuhnutia čistej vody a slanej vody. 2 poháre z plastu, voda, kuchynská soľ, teplomer, odmerný valec (odmerka), voda a) Priprav nasýtený roztok kuchynskej soli vo vode. Nasýtený roztok pripravíš tak, že do teplej vody pridáš toľko soli, aby po zamiešaní roztoku zostala časť soli na dne nádoby. b) Nalej do jedného pohára čistú vodu a do druhého pohára rovnaké množstvo slaného roztoku bez kryštálikov soli. c) Oba poháre vlož do mrazničky a nechaj ich tam cez noc. d) Po vytiahnutí z mrazničky zmeraj teplotu slaného roztoku. Odpovedz: 1. Aká je teplota slaného roztoku po vytiahnutí z mrazničky? 2. Prečo sa chodníky a cesty v zime posýpajú soľou? 2. Zisti si informácie a zaznamenaj si ich zdroj: a) Pri akej teplote nepomáha už proti námraze ani solenie ciest a chodníkov? b) Prečo solenie neodporúčajú ekológovia? 3. Preskúmaj graf na s. 47 a vysvetli, čo sa dialo počas experimentu a merania v čase od: a) 0 do 5 min, b) 5 min do 10 min, 48 Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok

11 4.2 Tuhnutie c) 10 min do 12,5 min, d) 12,5 min do 17,5 min, e) 17,5 min do 21 min. 4. Na grafe je zobrazený priebeh premeny skupenstva chemickej látky, ktorá sa nazýva butylstearát. Butylstearát je organická látka, ktorá sa využíva aj v kozmetike. Na základe odčítania hodnôt teploty a času z grafu, ako aj premýšľaním nad priebehom dejov pri premene skupenstva, odpovedz na otázky: a) Na grafe je zobrazené zohrievanie či ochladzovanie butylstearátu? b) V akom skupenstve bol butylstearát v čase: čas [min] od 0 po 5 minút, od 8 po 12 minút? c) Pri akej teplote butylstearát tuhne? d) Je butylstearát amorfná alebo kryštalická látka? e) Aká bola teplota butylstearátu na začiatku zaznamenávania teploty? f) Za aký čas dosiahol butylstearát teplotu 0 C? Vieš, že niektoré pevné látky sa zohrievaním menia priamo na plyn, napríklad jód či naftalín? Táto premena skupenstva sa nazýva sublimácia. Ak pary jódu alebo síry prudko ochladíme, vytvárajú kryštály. Túto premenu nazývame desublimácia. Pary jódu po ochladení na dne banky so studenou vodou vytvárajú kryštály čistého jódu. Pravdepodobne najväčšia krúpa na svete sa našla v Kansase v USA v septembri Jej hmotnosť bola 766 g. Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok 49

12 4. Topenie a tuhnutie Úloha dôležité slová 1. Vysvetli dôležité slová uvedené v pravom stĺpci. 2. K slovám v ľavom stĺpci priraď slová z pravého tak, aby významovo patrili k sebe. premena plynu na kvapalinu topenie tuhnutie látka graf premena kvapaliny na plyn kondenzácia rosný bod dážď teplota topenia rovnovážny stav oblak nasýtené pary zmena hustoty teplota tuhnutia destilácia kolobeh vody v prírode kryštalická látka amorfná látka závislosť teploty od času teplotný interval 50 Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok

13 Dlhodobá úloha Meteorologické pozorovanie Predpoveď počasia je pre nás dôležitou informáciou. Vďaka predpovedi počasia vieme, ako sa obliecť na budúci deň a ako si naplánovať víkend. Predpovede počasia nám pomáhajú pripraviť sa na ničivý vietor, záplavové dažde alebo na zavlažovanie polí a záhrad v období sucha. Centrálnym pracoviskom pre predpoveď počasia u nás je Slovenský hydrometeorologický ústav v Bratislave, ktorý zbiera informácie približne z 50 meteorologických staníc na Slovensku. V tomto ústave sa zhromažďujú správy aj z iných štátov a kontinentov. Pre presné predpovedanie počasia je dôležité, aby sa počasie sledovalo na rôznych miestach Zeme, ale aj vysoko vo vzduchu pomocou meteorologických balónov. Predpovedať počasie pomáhajú aj meteorologické družice. Pracuj v skupine. POZNÁMKA: Dobre si prečítaj úlohu, priprav si pomôcky a meradlá podľa návodov. Počas niekoľkých dní, v ktorých budeš zaznamenávať údaje, sleduj predpovede počasia v novinách a odkladaj si novinové výstrižky. Prípadne sleduj počasie na internete. Obr. 38 Pracovisko Slovenského hydrometeorologického ústavu meracie pole Najväčší vplyv na počasie má prúdenie vzduchu. Slnko zohrieva zemský povrch a od neho sa prehrieva vrstva vzduchu nad ním. Teplý vzduch spolu s vodnými parami stúpa hore a na jeho miesto prichádza studený vzduch. Prúdením vzduchu vzniká vietor. Vietor prenáša oblačnosť a zrážky. Úlohou meteorológov je skúmať deje v atmosfére, sledovať vývoj počasia, predpovedať a vysvetľovať ho. Meteorológovia pravidelne merajú teplotu, tlak vzduchu, smer a rýchlosť vetra, vlhkosť vzduchu, oblačnosť, množstvo zrážok. V správe o počasí sa dozvedáme aj o stave a čistote ovzdušia. V nasledujúcej úlohe máte vykonať merania a pozorovania podobným spôsobom, ako ich vykonáva meteorológ. Meteorologický balón Snímka Európy z meteorologickej družice ( ) Zdroj: Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok 51

14 Dlhodobá úloha Úloha V priebehu najmenej 5 dní meraj, pozoruj a zaznamenávaj do tabuľky: smer a rýchlosť vetra, oblačnosť, teplotu vzduchu, zrážky, vlhkosť vzduchu, zmeny tlaku vzduchu, zachytávanie prachových nečistôt v ovzduší. Pozorovania a merania zaznač do tabuľky Meteorologické pozorovania na strane 53. meteorologická búdka, teplomer, zrážkomer, ukazovateľ smeru vetra, anemometer, vlhkomer, zachytávač prachových čiastočiek, z jednoduchých pomôcok zhotovený barometer, odmerný valec, hodinky, kompas Obr. 39 Meteorologická búdka Obr. 40 Zrážkomer Obr. 41 Ukazovateľ smeru vetra veterná smerovka a) Pripravte si v triede pre každú skupinu pomôcky meteorologickú búdku, veternú smerovku, anemometer, zachytávač prachových čiastočiek (podľa návodov v tejto úlohe), vlhkomer, barometer (podľa návodov v projekte 1 s. 26 a 27), zrážkomer (podľa návodu z učebnice fyziky pre 6. ročník, s. 24). b) Umiestnite meteorologickú stanicu na voľné priestranstvo školského dvora. c) Vedľa stanice umiestnite do zeme zrážkomer. d) Ukazovateľ smeru vetra položte vedľa škatule na podstavec meteorologickej stanice tak, aby pevne stál. e) Rýchlosť vetra budete zisťovať anemometrom a pomocou tabuľky na obrázku 42. veľkosť uhla [ ] rýchlosť vetra [m/s] veľkosť uhla [ ] rýchlosť vetra [m/s] ,2 54 7,5 88 1, ,5 85 2, ,5 81 3, ,5 75 4, ,5 69 5, ,5 61 6, Obr. 42 Určovanie rýchlosti vetra pomocou anemometra a tabuľky Okrem hodnoty rýchlosti vetra zaznamenávaj do tabuľky vietor aj slovami, ktoré sú tučne vytlačené na nasledujúcej strane. 52 Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok

15 Dlhodobá úloha slabý vietor mierne sa pohybujú listy na stromoch mierny vietor zdvíha sa prach, hýbu sa malé vetvy stromov silný vietor hýbu sa veľké vetvy stromov prudký vietor hýbu sa celé stromy víchrica láme stromy, spôsobuje škody na stavbách (strháva komíny, škridlice zo striech) f) Zaznamenaj počasie v jednotlivých dňoch pomocou značiek. g) Zachytávaj prachové čiastočky vo vzduchu. Poznač si na zachytávač prachových čiastočiek svetové strany. Umiestni ho okolo nohy stojana meteorologickej stanice. h) Daj do lepenkovej škatule teplomer, nainštaluj anemometer na okraj podstavca. Na hornú časť nohy stojana pripevni vlhkomer a na spodnú časť barometer. i) Na zaznamenanie údajov si nakresli do zošita tabuľku. Tabuľka: Meteorologické pozorovania jasno polojasno zamračené vietor dúha búrka dátum pozorovania o hodine smer vetra vietor rýchlosť vetra [m/s] záznam počasia pomocou znakov množstvo zrážok [ml] vlhkosť vzduchu [%] tlak vzduchu (stúpa klesá) j) Po piatich dňoch pozorovania počasia meteorologickú stanicu rozober, uprav prostredie v jej okolí. Lupou si pozri nečistoty, ktoré sa nalepili na lepiacu pásku zachytávača prachových čiastočiek. sneh hmla POZNÁMKA: Nepíš do učebnice! Tabuľku si urob do zošita. dážď dážď so snehom Odpovedz: 1. V ktorom dni a o koľkej hodine si nameral najvyššiu teplotu vzduchu? 2. V ktorom smere fúkal najčastejšie vietor a akú najväčšiu rýchlosť dosiahol? 3. Aké najväčšie množstvo zrážok si nameral? 4. Ktorý deň bola najväčšia oblačnosť? 5. Zachytili sa na lepidle zachytávača nejaké prachové nečistoty? Pozri sa lupou. 6. Dá sa povedať, z ktorej svetovej strany ich vietor privial najviac? 7. V ktorý deň bola najväčšia vlhkosť vzduchu? 8. Porovnaj svoje záznamy o počasí s predpoveďou počasia uverejnenou v novinách. 9. Prezentuj svoje pozorovania pred triedou. Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok 53

16 4. Topenie a tuhnutie Návody na zhotovenie zariadení pre meteorologické pozorovania Meteorologické stanice žiakov na školskom dvore Podstavec je vhodné urobiť na pracovnom vyučovaní. Meteorologická búdka drevená tyč s dĺžkou 120 cm, drevená rovná plocha s rozmermi 30 x 40 cm, hrubší klinec s dĺžkou okolo 15 cm Meteorologická búdka šípka skúmavka na klinci slamka kormidlo Ukazovateľ smeru vetra veterná smerovka Popis: Základnou súčasťou meteorologickej stanice je podstavec zariadení na pozorovania (obr. 39). Ide o drevenú tyč s dĺžkou 120 cm ukončenú rovnou plochou s rozmermi 30 x 40 cm. V rohu plochy treba odspodu pribiť kolmo na plochu klinec s dĺžkou okolo 15 cm. Vyčnievajúca časť klinca slúži ako súčasť veternej smerovky (obr. 41). Je dôležité, aby bol podstavec na zariadenia umiestnený na voľnom priestranstve tak, aby namerané hodnoty neovplyvňovala prítomnosť stromov a budov, pretože by mohli skresliť výsledky meraní množstva zrážok, smeru a rýchlosti vetra. Podstavec má byť minimálne 1 m nad zemou. Na plochu pripevníme škatuľu, ktorá slúži na uloženie teplomera. Škatuľa by mala mať nepremokavý povrch a musí ňou voľne prechádzať vzduch, ktorého teplotu meriame. Ukazovateľ smeru vetra tvrdý plastový materiál (tvrdší papier), výkres, skúmavka, slamka na pitie, lepidlo, nôž a) Priprav si z plastového materiálu alebo z tvrdšieho papiera šípku a kormidlo. b) Slamku narež rovnako na oboch koncoch. Do jedného zárezu zastrč šípku, do druhého zárezu na druhom konci kormidlo. c) Slamku prilep v jej strede na dno skúmavky. 54 Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok

17 4.2 Tuhnutie d) Priprav kríž svetových strán. Z výkresu vystrihni štvorec 20 x 20 cm a vyznač na ňom svetové strany podľa obrázka. e) Štvorec s krížom svetových strán nasmeruj pri každom meteorologickom meraní pomocou kompasu. Anemometer uhlomer z plastu, niť, stolnotenisová loptička, ihla, palička (20 cm) a) Ihlou prepichni loptičku. b) Odstrihni niť dlhú 40 cm a na jednom konci urob na nej uzol. c) Pomocou ihly prevleč niť otvormi v loptičke. d) Druhý koniec nite uviaž o uhlomer podľa obrázka. e) Na uhlomer možno pripevniť (prilepiť izolepou) ako držadlo drevenú paličku. f) Pri meteorologickom pozorovaní nastav anemometer v smere vetra a odčítaj na uhlomeri uhol, o aký sa vychýli niť. Pomocou tabuľky na strane 52 urč z odčítaného uhla výchylky nite rýchlosť vetra v metroch za sekundu [m/s]. Zachytávač prachových čiastočiek plastová fľaša, nožnice, izolepa, ihla, hrubšia niť a) Z plastovej fľaše vystrihni valec s výškou 5 cm. b) Odstrihni 3 rovnako dlhé nite 40 cm. c) Pomocou ihly urob do valca 3 otvory, ktoré sú od seba v rovnakej vzdialenosti. d) Prevleč nite otvormi a uviaž. e) Nalep po obvode izolepu lepivou stranou von tak, aby sa na nej mohli zachytávať nečistoty (obr. 43). f) Na meteorologickej stanici má zachytávač prachových čiastočiek visieť okolo nohy podstavca. Nite je potrebné pripevniť pod rovnú plochu. Kríž svetových strán. Urob v strede otvor a nasuň na klinec pod smerovkou. 0 uhlomer stolnotenisová drevená palička 90 niť Anemometer stolček / rovná plocha stojana 180 loptička nite 5 cm 0,5 m plastový valec s lepiacou páskou odstrihnúť Obr. 43 Zachytávač prachových čiastočiek Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok 55

18 Čo sme sa naučili Rosa Hmla, rosa či námraza súvisia s premenou plynného skupenstva na kvapalné skupenstvo. Na chladných predmetoch či v chladnom vzduchu sa častice plynu začnú pohybovať pomalšie a spájať sa do kvapiek. Dochádza ku skvapalňovaniu kondenzácii. Teplota, pri ktorej dochádza k tvorbe vodných kvapiek, sa nazýva rosný bod. Vznik kvapiek je podmienený kondenzačnými jadrami napríklad mikroskopickými prachovými čiastočkami v ovzduší. Dážď je dôsledok kondenzácie vodných pár v ovzduší. Kondenzácia pár kvapalín je podstatou fyzikálnej metódy, ktorou sa oddeľujú kvapalné látky z kvapalných zmesí. Táto metóda sa nazýva destilácia. Príkladom využitia destilácie je výroba destilovanej vody, ktorá sa využíva v laboratóriách ako rozpúšťadlo, v chladičoch automobilov či do naparovacích žehličiek. Kolobeh vody v prírode prúdenie studenej chladiacej vody studená voda kondenzácia voda destilát Modelovanie dažďa Jednoduchá aparatúra na výrobu destilovanej vody topenie Teplota topenia a tuhnutia je pre látku (za daných podmienok tlaku) charakteristickou hodnotou. Pre vybrané látky sú hodnoty teploty topenia a tuhnutia uvedené v Matematicko-fyzikálno-chemických tabuľkách. tuhnutie Pri topení látku zohrievame. Častice látky zrýchľujú svoj pohyb a narážajú do seba. Pri kryštalických látkach sa narúša ich štruktúra. Pri tuhnutí sa látka ochladzuje. Častice látky spomaľujú svoj pohyb a v kryštalickej látke sa usporadúvajú do určitých polôh. 56 Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok

19 Čo sme sa naučili Graf závislosti teploty od času pri topení 19 0 čas [s] 17 Priebeh grafu pre kryštalickú látku vodu 0 čas [s] Priebeh grafu pre amorfnú látku butylstearát Teplota topenia a teplota tuhnutia je pre väčšinu látok rovnaká. Premeny skupenstva vyparovanie skvapalňovanie kondenzácia sublimácia desublimácia topenie tuhnutie Meteorologické pozorovania sú založené na fyzikálnych meraniach a ich vyhodnotení. Meteorológ skúma 6 základných meteorologických prvkov: 1. oblačnosť, 2. zrážky, 3. prúdenie vzduchu (silu a smer vetra), 4. teplotu vzduchu, 5. tlak vzduchu, 6. vlhkosť vzduchu. Meteorologická stanica Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok 57

20 Test 2 vyskúšaj sa Premena plynu na kvapalinu Topenie a tuhnutie POZNÁMKA: Nepíš do učebnice! Tabuľku a grafy kresli do zošita. 1. Máš vyriešiť problém, či možno roztopiť hliník v nádobe z olova. Opíš, ako by si pri riešení postupoval. 2. Na obrázkoch sú znázornené premeny skupenstva látok. Odpovedz na otázky pod obrázkami. A B C 0 čas [min] úloha b) 0 čas [min] úloha c) a) Ako nazývame deje znázornené na obrázku A, B, C? K akej premene skupenstva pri nich dochádza? Pri ktorých dejoch musíme látku zohrievať a pri ktorých ochladzovať? (Odpovede zapíš do tabuľky.) obrázok A B C názov fyzikálneho deja premena skupenstva zohrievanie/ ochladzovanie b) Vodu, ktorá má izbovú teplotu (okolo 22 C), zohrievame, kým začne vrieť. Označ osi grafu a voľnou rukou nakresli priebeh grafu, ktorý znázorňuje tento dej. c) Kocky ľadu z mrazničky (okolo -4 C) zohrievame, až sa roztopia na vodu. Označ osi grafu a voľnou rukou nakresli priebeh grafu, ktorý znázorňuje tento dej. 3. Občas sa stáva, že v letných mesiacoch padajú krúpy. Opíš, k akým dejom dochádza v atmosfére Zeme, ktoré predchádzajú padaniu krúp. (Snaž sa opísať dej od začiatku.) 58 Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok

21 Test 2 4. Na troch grafoch je znázornený priebeh zohrievania alebo ochladzovania látky a premena jej skupenstva. A čas [s] B čas [s] C čas [s] a) Rozhodni, ktorý z nich znázorňuje ochladzovanie látky a jej tuhnutie. b) Myslíš si, že obrázky znázorňujú premeny skupenstva kryštalickej či amorfnej látky? (Vyber správne slovo z predchádzajúcej vety.) 5. Na obrázku je znázornená kocka ľadu plávajúca na vode. Vysvetli, prečo kocka ľadu (ľadová kryha) pláva na vode a neponorí sa. Vo vysvetlení použi aj termín hustota. Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok 59