Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově. 06_5_ Struktura a vlastnosti kapalin

Podobné dokumenty
KAPALINY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Termika - 2. ročník

Vlastnosti kapalin. Povrchová vrstva kapaliny

LOGO. Struktura a vlastnosti kapalin

STRUKTURA A VLASTNOSTI KAPALIN

2 Jevy na rozhraní Kapilární tlak Kapilární jevy Objemová roztažnost kapalin 7

Struktura a vlastnosti kapalin

JEVY NA ROZHRANÍ PEVNÉHO TĚLESA A KAPALINY

KAPALINY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Sekunda

3.3 Částicová stavba látky

Laboratorní práce č. 2: Určení povrchového napětí kapaliny

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově 07_10_Zobrazování optickými soustavami 1

Struktura a vlastnosti kapalin

34_Mechanické vlastnosti kapalin... 2 Pascalův zákon _Tlak - příklady _Hydraulické stroje _PL: Hydraulické stroje - řešení...

Podpora rozvoje praktické výchovy ve fyzice a chemii

4. Kolmou tlakovou sílu působící v kapalině na libovolně orientovanou plochu S vyjádříme jako

STRUKTURA KAPALIN STRUKTURA KAPALIN

Měření povrchového napětí

1. Molekulová stavba kapalin

DUM č. 12 v sadě. 10. Fy-1 Učební materiály do fyziky pro 2. ročník gymnázia

VI. STRUKTRURA A VLASTNOSTI KAPALIN

Mezi krystalické látky nepatří: a) asfalt b) křemík c) pryskyřice d) polvinylchlorid

Připravil: Roman Pavlačka, Markéta Sekaninová Hydrostatika

Základem molekulové fyziky je kinetická teorie látek. Vychází ze tří pouček:

VÝUKOVÝ MATERIÁL Ing. Yvona Bečičková Tematická oblast. Termika Číslo a název materiálu VY_32_INOVACE_0301_0220 Anotace

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově

Na libovolnou plochu o obsahu S v atmosférickém vzduchu působí kolmo tlaková síla, kterou vypočítáme ze vztahu: F = pa. S

Mechanické vlastnosti kapalin a plynů. opakování

MECHANIKA KAPALIN A PLYNŮ. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Mechanika - 1. ročník

ZMĚNY SKUPENSTVÍ LÁTEK

ÚVODNÍ POJMY, VNITŘNÍ ENERGIE, PRÁCE A TEPLO POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově

Mechanika tekutin. Tekutiny = plyny a kapaliny

VÝUKOVÝ MATERIÁL Ing. Yvona Bečičková Tematická oblast. Termika Číslo a název materiálu VY_32_INOVACE_0301_0214 Anotace

STRUKTURA A VLASTNOSTI PLYNŮ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

7. MECHANIKA TEKUTIN - statika

MOLEKULOVÁ FYZIKA KAPALIN

MECHANIKA KAPALIN A PLYNŮ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Mol. fyz. a termodynamika

STRUKTURA PEVNÝCH LÁTEK A KAPALIN

Transportní jevy v plynech Reálné plyny Fázové přechody Kapaliny

Termika. Nauka o teple se zabývá měřením teploty, tepla a tepelnými ději.

Identifikace vzdělávacího materiálu VY_52_INOVACE_F.7.B.32 EU OP VK. Vztlaková síla

Molekulová fyzika a termika:

Mechanické vlastnosti kapalin hydromechanika

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově 07_5_Stacionární magnetické pole

Měření povrchového napětí kapalin a kontaktních úhlů

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

5. Duté zrcadlo má ohniskovou vzdálenost 25 cm. Jaký je jeho poloměr křivosti? 1) 0,5 m 2) 0,75 m 3) Žádná odpověď není správná 4) 0,25 m

Mechanika kapalin a plynů

OSTRAVSKÁ UNIVERZITA V OSTRAVĚ MOLEKULOVÁ FYZIKA 1

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

ŠKOLNÍ VZDĚLÁVACÍ PROGRAM. M.Macháček : Fyzika pro ZŠ a VG 6/1, 6/2 (Prometheus) M.Macháček : Fyzika pro ZŠ a VG 7 (Prometheus)

2.3 Tlak v kapalině vyvolaný tíhovou silou Tlak ve vzduchu vyvolaný tíhovou silou... 5

Fyzika. 6. ročník. měřené veličiny. značky a jednotky fyzikálních veličin

VLASTNOSTI KAPALIN. Část 2. Literatura : Otakar Maštovský; HYDROMECHANIKA Jaromír Noskijevič; MECHANIKA TEKUTIN František Šob; HYDROMECHANIKA

MECHANIKA HYDROSTATIKA A AEROSTATIKA Implementace ŠVP

Integrovaná střední škola, Hlaváčkovo nám. 673, Slaný

STRUKTURA A VLASTNOSTI KAPALIN

Vnitřní energie, práce a teplo

Autor Použitá literatura a zdroje Metodika

Měření povrchového napětí kapaliny

Digitální učební materiál. III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Příjemce podpory Gymnázium, Jevíčko, A. K.

FYZIKA Mechanika tekutin

Hydromechanické procesy Hydrostatika

ELEKTRICKÝ NÁBOJ A ELEKTRICKÉ POLE POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

1.5.3 Archimédův zákon I

4.1.7 Rozložení náboje na vodiči

VÝUKOVÝ MATERIÁL Ing. Yvona Bečičková Termika VY_32_INOVACE_0301_0212 Teplotní roztažnost látek. Fyzika 2. ročník, učební obory Bez příloh

Měření teplotní roztažnosti

ARCHIMÉDŮV ZÁKON. Archimédův zákon

Bublinárium. MAGDA AMBROŽOVÁ Základní škola Jana Harracha, Jilemnice. Co je dobré vědět o bublinách? Veletrh nápadů učitelů fyziky 14

Archimédův zákon I

SKUPENSKÉ PŘEMĚNY POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově. 05_1_Fyzikální veličiny a jejich měření

Fyzikální učebna vybavená audiovizuální technikou, interaktivní tabule, fyzikální pomůcky

ŠKOLNÍ VZDĚLÁVACÍ PROGRAM

6. Mechanika kapalin a plynů

BIOMECHANIKA. Studijní program, obor: Tělesná výchovy a sport Vyučující: PhDr. Martin Škopek, Ph.D.

FYZIKA I cvičení, FMT 2. POHYB LÁTKY

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í. = (pascal) tlak je skalár!!! F p = =

Příklady z hydrostatiky

Několik poznámek o povrchovém napětí

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

FYZIKA 6. ročník 1_Látka a těleso _Vlastnosti látek _Vzájemné působení těles _Gravitační síla... 4 Gravitační pole...

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově 6_1_Molekulová fyzika a termodynamika

PROUDĚNÍ KAPALIN A PLYNŮ, BERNOULLIHO ROVNICE, REÁLNÁ TEKUTINA

Základní škola, Ostrava Poruba, Bulharská 1532, příspěvková organizace

Kapka kapaliny na hladině kapaliny

Autor: Jana Krchová Obor: Fyzika FYZIKÁLNÍ VELIČINY. Délka Doplň ve větě chybějící slova: Fyzikální veličina je těles, kterou lze..

Datum: Projekt: Využití ICT techniky především v uměleckém vzdělávání Registrační číslo: CZ.1.07/1.5.00/34.

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově. 07_3_Elektrický proud v polovodičích

Základy fyziky + opakovaná výuka Fyziky I

Základní poznatky. Teplota Vnitřní energie soustavy Teplo

Vztlaková síla působící na těleso v atmosféře Země

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

Kapalné skupenství. newtonovské viskozita závisí pouze na teplotě nenewtonovské viskozita závisí i na gradientu rychlosti

VY_32_INOVACE_257. Základní škola Luhačovice, příspěvková organizace Ing. Dagmar Zapletalová

13 otázek za 1 bod = 13 bodů Jméno a příjmení:

Archimédův zákon, vztlaková síla

Transkript:

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově 06_5_ Struktura a vlastnosti kapalin Ing. Jakub Ulmann

5 Struktura a vlastnosti kapalin 5.1 Povrchové napětí 5.2 Jevy způsobené povrchovým napětím 5.3 Kapilární jevy 5.4 Teplotní roztažnost kapalin

Př. 1: Které základní poznatky o kapalném skupenství látek již známe? Střední vzdálenosti částic jsou malé, což způsobuje, že kapaliny jsou téměř nestlačitelné. Kapalina nedrží tvar (má tvar podle nádoby) a lze ji snadno dělit. Přitažlivé síly však způsobují povrchové napětí (kapky vody na stole apod.). Částice po sobě snadno kloužou, což díky gravitační síle způsobí, že kapalina tvoří vodorovnou hladinu.

Částice kmitají kolem svých poloh a zároveň zaujímají polohy nové (během nanosekund), přičemž s rostoucí teplotou setrvávají kratší dobu ve své poloze mají lepší tekutost. Hodnota celkové potenciální energie soustavy částic kapalného tělesa je srovnatelná s celková kinetickou energie těchto částic.

5.1 Povrchové napětí Pokus: mince na vodní hladině Mince plave. Musela se objevit další síla, která působí na minci směrem nahoru. Nejedná se o sílu vztlakovou. Vzájemné působení částic kapaliny Na každou částici působí částice v jejím bezprostředním okolí (řádově 1 nm, několik mezimolekulových vzdáleností).

Výsledná síla na částici u hladiny směřuje dovnitř do kapaliny krajní molekuly jsou vtahovány dovnitř (kam ale nemohou - už jsou tam jiné molekuly) kapalina se snaží zmenšovat svůj povrch (aby molekul na okrajích bylo co nejméně). Povrch kapaliny se chová jako tenká pružná blána. Molekuly v povrchové vrstvě mají větší potenciální energii než molekuly uvnitř kapaliny (povrchová energie). Kapalina má tendenci vytvářet kapky. Koule má při daném objemu nejmenší povrch. http://www.youtube.com/watch?v=oz36sapgmmo http://www.youtube.com/watch?v=zytwlaw- Z8c&feature=related

Bublina se snaží zmenšit, ale vevnitř je vyšší tlak.

Co udrželo minci na hladině? Mince při klesání do vody vytváří na hladině prohlubeň zvětšuje povrch kapaliny kapalina se snaží povrch opět zmenšit a prohlubeň zarovnat působí na minci směrem vzhůru a tím ji udrží na hladině. Proč kolmo položená mince klesne? Dotýká se povrchu kapaliny na menší ploše dokáže prorazit povrchovou vrstvu, pak už ji nic nenadlehčuje. Pokus: pevný rámeček s jednou pohyblivou příčkou Voda vytvoří blanku, která začne táhnout příčku nahoru (voda se snaží zmenšit svůj povrch). Můžeme měřit povrchovou sílu, kterou voda táhne za příčku.

Pokusem je možné zjistit, že povrchová síla blány na příčku, je přímo úměrná její délce. F l Sigma je konstanta úměrnosti, kterou nazýváme povrchové napětí. Př. 1: Urči jednotky, ve kterých se udává velikost konstanty σ ze vztahu pro velikost povrchové síly. Čím se liší od normálového napětí u pevných látek?

Př. 2: Proč jsme v pokusu s rámečkem použili místo čisté vody vodu s jarem? Př. 3: Urči sílu, kterou musíme držet příčku na rámečku, pokud se přidáním jaru snížilo povrchové napětí vody na čtvrtinu. Příčka rámečku má délku 7 cm.

Pokus: souprava Vernier povrchová síla na špejli a výpočet povrchového napětí. 3.134 Z vodovodního kohoutku odkapává voda. Kdy mají kapky větší hmotnost, je-li voda teplá, nebo studená? 3.135 Na obdélníkovém drátěném rámečku s pohyblivou příčkou o délce 6 cm je napnuta mydlinová blána. Povrchové napětí mýdlového roztoku je 0,04 N m 1. Vypočtěte a) jak velkou silou udržíme příčku v rovnováze, b) jaký je přírůstek povrchové energie obou stran blány, posuneme-li příčku o 5 cm?

5.2 Jevy způsobené povrchovým napětím Pokus: směr síly Síla působí v rovině povrchu kapaliny. Domácí úkol: vystřelené a mlsné zápalky Foto na následující straně..

Př. 1: Sirka o délce 4 cm plave na povrchu vody. Jestliže na jednu stranu kápneme trochu mýdlového roztoku, začne se sirka pohybovat směrem k čisté vodě. Nakreslete situaci a určete velikost a směr síly působící na sirku. Povrchové napětí vody je 73 mn.m -1, mýdlového roztoku 40 mn.m -1.

Př. 2: Urči průměr vodní kapky v místě zaškrcení, pokud sto kapek má objem 7 ml. Povrchová síla vyrovnává sílu gravitační. Délka povrchu je obvod kapky v místě, kde se kapka utrhne.

Pokus: tlak v bublině Př. 3: Co se stane, propojíme-li dvě různé bubliny?

Co je to kapilární tlak? Je přídavný tlak, který vytváří povrchové napětí zakřiveného povrchu kapaliny. p k 2 R Vzorec pro jeho výpočet v bublině z bublifuku (2 povrchy): 4 p k R Př. 4: Urči přetlak (kapilární tlak) uvnitř mýdlové bubliny o průměru 8 cm. Předpokládej, že mýdlo zmenšilo povrchové napětí vody na třetinu normální hodnoty. Jaký přetlak bude uvnitř bubliny o průměru 2 cm?

Př. 5: Jaký tlak má vzduch v kulové bublině o průměru 10-3 mm v hloubce 5 m pod volnou hladinou vody, je-li atmosférický tlak 1 000 hpa? Povrchové napětí vody ve styku se vzduchem je 73 mn. m -1. p k p h p a p p a p h p k

5.3 Kapilární jevy Pozorování: Hladina vody ve skleněné nádobě není u krajů vodorovná. Voda šplhá po stěnách nahoru. Dva základní druhy chování kapaliny v nádobě: Kapalina smáčí stěny nádoby. Například voda ve skle, líh ve skle, rtuť v mědi. Kapalina nesmáčí stěny nádoby. Například voda ve vosku, rtuť ve skle.

Př. 1: Na následujících obrázcích jsou nakresleny síly působící na jednu z krajních částic kapaliny. Modrá síla znázorňuje celkové působení ostatních částic kapaliny, černá síla znázorňuje celkové působení částic pevné látky. U každého obrázku najdi výslednou sílu a rozhodni, zda v tomto případě bude kapalina smáčet (nesmáčet) stěnu nádoby. Směřuje-li výslednice do kapaliny (první případ), nebude kapalina smáčet stěnu (rtuť ve skle). Výsledná síla bude kolmá na zakřivení kapaliny.

(théta) je stykový úhel mezi stěnou a kapalinou. Př. 2: Urči rozsahy hodnot stykového úhlu pro jednotlivé možnosti zakřivení povrchu kapaliny u stěny nádoby. 0 0 2 2 0 2

Předchozí efekt se nejvíce projeví, pokud do kapaliny ponoříme tenkou dutou trubici (kapiláru). h Kapilární deprese (stlačení) Kapilární tlak v místech pod zakřivením je větší než pod vodorovným povrchem. Kapilární elevace (vyzdvižení) Kapilární tlak v místech pod zakřivením je menší než pod vodorovným povrchem. Rozdíl vyrovnává hydrostatický tlak: p p hg k h

3.144 V kapiláře o vnitřním poloměru 0,50 mm vystoupil etylalkohol do výšky 11,4 mm. Hustota etylalkoholu je 790 kg m 3. Určete povrchové napětí etylalkoholu za předpokladu, že zcela smáčí stěny kapiláry.

3.143 V kapiláře o vnitřním poloměru r vystoupila kapalina o hustotě r a povrchovém napětí σ do výšky 4 mm nad úroveň volné hladiny. Určete a) do jaké výšky vystoupí v této kapiláře kapalina o dvojnásobné hustotě a stejném povrchovém napětí, b) do jaké výšky vystoupí kapalina o stejné hustotě a stejném povrchovém napětí v kapiláře o dvojnásobném poloměru, c) do jaké výšky vystoupí v kapiláře o poloměru r kapalina o hustotě r a povrchovém napětí 2.

Význam kapilárních jevů Př. 3: Po zasetí osiva se pole často válcují. Zkus vysvětlit.

Př. 4: Proč nebude fungovat perpetum mobile na obrázku?

5.4 Teplotní roztažnost kapalin Obdobně jako u pevných látek, při zvyšující se teplotě se zvyšuje objem kapaliny. V V 0 1 t Se změnou teploty se také mění hustota nepřímo úměrně. je teplotní součinitel objemové roztažnosti. 0,18

Př. 1: Urči, jak se změní objem 2 l vody, která se na slunci zahřeje z 10 C na 45 C. Př. 2: Najdi důvody, proč se ve venkovních teploměrech používá jako měřící kapalina líh místo vody. Je možné používat líh ve venkovních teploměrech na všech místech Země?

Pro hustotu platí přibližně vztah: 1 0 t Př. 4: Urči hustotu vody při teplotě 100 C. Ve skutečnosti bychom v tabulkách našli hustotu 958 kg m -3. Rozdíl ve výsledku je způsoben růstem koeficientu objemové roztažnosti s teplotou. Anomálie vody

Vysvětlení: Led má menší hustotu než voda. Při teplotách nižších než 4 C se ve vodě začnou vytvářet zárodky krystalků ledu, které zvětšují její objem a snižují její hustotu. Anomálie vody má velký význam v přírodě. Př. 5: Jaká je teplota ledu nahoře a na rozhranní s vodou?

Př. 8: Na trupech lodí bývá vyznačena čára ponoru (Load Line nebo Plimsoll Line). Tato značka není tvořena jednou čarou, ale systémem čar pro různé podmínky. Vysvětli, proč nestačí jedna čára a přiřaď k jednotlivým čarám jejich označení.

Autor prezentace a ilustrací: Ing. Jakub Ulmann Fotografie použité v prezentaci: Na snímku 1: Ing. Jakub Ulmann Na snímku 14, 29: Pokusy studentů

Použitá literatura a zdroje: [1] RNDr. Karel Bartuška, CSc., prof. RNDr. Emanuel Svoboda, CSc.: Fyzika pro gymnázia Molekulový fyzika a termika, Prometheus, Praha 2007 [2] Doc. RNDr. Oldřich Lepil, CSc., RNDr. Milan Bednařík, CSc., doc. RNDr. Miroslava Široká, CSc.: Fyzika Sbírka úloh pro střední školy, Prometheus, Praha 2010 [3] Doc. Dr. Ing. Karel Rauner, Doc. PaedDr. Václav Havel, CSc., RNDr. Miroslav Randa, Ph.D.: Fyzika 7 učebnice pro základní školy a víceletá gymnázia, Fraus, Plzeň 2005 [4] Mgr. Jaroslav Reichl: Klíč k fyzice, Albatros, Praha 2005 [5] Mgr. Jaroslav Reichl, www.fyzika.jreichl.com [6] Mgr. Martin Krynický, www.realisticky.cz