3. Кипение и конденсация

Решение задач о кипении и конденсации во многом аналогично решению задач о плавлении и отвердевании. Это помогает формированию у учащихся соответствующих понятий и практических умений. Вместе с тем при недостаточно прочном и глубоком усвоении материала, когда не подчеркиваются характерные и специфичные черты каждого из названных процессов, например испарения и кипения, наблюдается и нежелательная «интерференция» сходных навыков, смешивание или ошибочное отождествление учащимися сходных понятий.

На это учителю следует обратить серьезное внимание. Одним из средств устранения этого недостатка является решение при повторении комбинированных задач, в которых рассматриваются все изученные агрегатные превращения вещества (№ 222, 223).

Большинство задач являются качественными или несложными расчетными, в которых требуется определить, например,

Рис. 32.

количество теплоты, необходимой для превращения в пар при кипении определенной массы жидкости.

Наиболее сложной является задача на расчет удельной теплоты парообразования. Эту задачу следует решить в классе с помощью учителя. Для облегчения расчетов в условие можно не включать данные о калориметре.

217. Даны графики нагревания и кипения воды, спирта и эфира (рис. 32). Определить, какой из графиков построен для каждой из этих жидкостей.

218. Что обладает большей внутренней энергией: вода или пар, взятые в равных количествах при Проверьте ваши выводы на опыте.

Решение. Для того чтобы превратить воду в пар, ей нужно сообщить некоторое количество теплоты. Следовательно, внутренняя энергия пара больше. Для проверки пропустим в стакан с водой из кипятильника некоторое количество пара, заметим новый уровень воды и изменение ее температуры. В другой стакан с таким же начальным количеством воды нальем столько кипятку, сколько его сконденсировалось из пара. Температура воды изменится во втором случае значительно меньше, чем в первом.

219. Какое количество энергии требуется для обращения в пар при температуре кипения и нормальном давлении воды? спирта? эфира? Сколько всего потребуется энергии для обращения в пар данных жидкостей, если предварительно они нагреваются до кипения от

Решение. Пользуясь таблицей удельной теплоты парообразования, первую часть задачи учащиеся сначала должны решить устно, рассуждая следующим образом. Для обращения в пар

воды при температуре кипения требуется Следовательно, для обращения в пар воды необходимо затратить в 10 раз больше энергии, Аналогично находят значение количества теплоты для спирта и эфира. Затем следует использовать формулу

Вторая часть задачи решается следующим образом. Общее количество израсходованной энергии

Аналогично находят общее количество теплоты, необходимое для обращения в пар спирта и эфира.

При решении задачи нужно обращать особое внимание на умения учащихся пользоваться таблицами и понимание ими физического смысла приведенных в них величин.

220. Налейте в пробирку воды и измерьте ее температуру. Нагревайте пробирку, замечая время, сначала до кипения, а затем до превращения всей воды в пар. По данным опыта определите приближенно значение удельной теплоты парообразования, сравните ее с табличной и укажите причины, снизившие точность результата.

Решение. В одном из опытов были получены следующие данные. Начальная температура Время нагревания до кипения — 2,5 мин, время кипения — 20 мин.

Теплота, пошедшая на нагревание воды теплота, необходимая для парообразования

Считая количество теплоты, отданной нагревателем, пропорциональной времени нагревания, получим:

Точность результата снизил ряд факторов: горячая вода отдает больше тепла окружающей среде, чем холодная, поэтому количество полученной водой теплоты не строго пропорционально времени. Когда в пробирке остается мало воды, большое количество теплоты идет на нагревание воздуха и самой пробирки.

221. Выполняя лабораторную работу, в калориметр, содержащий воды при ученик впустил пар при 100 °С. В результате температура воды поднялась до Какое значение удельной теплоты парообразования получится по данным этого опыта, если масса воды увеличилась на

Задачу следует решить на доске с вопросами, записав формулы:

Если учащиеся хорошо усвоили эти формулы, то переписывать их далее применительно к каждому конкретному случаю нет надобности: можно сразу подставлять в формулы числовые значения величин. Это замечание справедливо и для старших классов, так как решение калориметрических уравнений в общем виде часто получается слишком громоздким.

1. Какое количество теплоты отдал пар при конденсации?

2. Какое количество теплоты отдала при остывании вода, образовавшаяся из пара?

3. Какое количество теплоты получила вода?

Так как количество теплоты, отданное паром и получившейся при конденсации водой, равно количеству теплоты, полученному водой в калориметре, то можно записать:

или

222. Какое количество тепла необходимо для обращения в пар льда, взятого Построить примерный график процесса.

223. Какое количество теплоты выделится при конденсации 200 г пара, взятого при и последующего превращения воды в лед? Построить примерный график процесса.