М.В.Земцова,
школа № 8, г. Кузнецк, Пензенская обл.

Испарение

Урок-спектакль. 8-й класс

Цель: познакомить с явлениями испарения и конденсации, раскрыть их механизм, показать, от каких условий зависят, выяснить значение явления, рассказать об использовании его в технике.

Действующие лица:

Шерлок Холмс,
Доктор Джон Ватсон,
Миссис Хадсон, хозяйка квартиры.

Оборудование: стол, поднос, чашки, ящик с карточками, металлический колпачок, деревянная дощечка, резиновая груша, четыре куска пластилина, два матовых стекла, пипетка, четыре сосуда (с эфиром, спиртом, водой, маслом), кусок марли или ваты, таблетка сухого спирта, пинцет, спички, воздуходувка, кристаллы твёрдого йода, бумага, покрытая крахмалом; для фронтального эксперимента – термометр, резервуар, которого обёрнут ватой, пипетка, стакан с водой, спирт, кусок марли, веер.

Ход урока

Шерлок Холмс. Садитесь, Ватсон. Не хотите ли кофе? Сегодня очень холодно. (Звонит. Входит хозяйка с подносом.)

Миссис Хадсон. Прошу вас, джентльмены!

Доктор Ватсон. Но чашки пусты!

Миссис Хадсон. Сэр, этого не может быть! Я всего несколько минут назад их налила.

Шерлок Холмс. О, здесь пахнет преступлением. Итак, наполнив чашки, куда вы отправились?

Миссис Хадсон. Я не выходила, сэр!

Доктор Ватсон. Так. Значит, кофе испарился.

Шерлок Холмс. Попробуем разобраться в этой истории. В моей картотеке есть небольшое досье об испарении. (Достаёт из ящика карточку.) «Явление превращения жидкости в пар называется парообразованием. Существует два способа перехода жидкости в газообразное состояние: испарение и кипение. Парообразование, происходящее с поверхности жидкости, называется испарением. Молекулы жидкости, как и твёрдого тела или газа, непрерывно движутся с разными скоростями. Если какая-нибудь достаточно быстрая молекула окажется у поверхности жидкости, она может преодолеть притяжение соседних молекул и вылететь из жидкости. Вылетевшие с поверхности жидкости молекулы образуют над ней пар. У оставшихся молекул жидкости при соударении изменяются скорости, некоторые приобретают при этом скорость, достаточную для того, чтобы, оказавшись у поверхности, вылететь из жидкости. Этот процесс продолжается, поэтому жидкость испаряется постепенно».

Доктор Ватсон. Итак, если я правильно понял, была жидкость. Самые быстрые молекулы, вырвавшись из объятий своих соседей, улетают со свободной поверхности. (Открывает окно.)

Шерлок Холмс. Посмотрите этот занимательный опыт. В колпачок (металлический) наливаю немного эфира и ставлю на влажную дощечку. Над поверхностью эфира продуваю воздух резиновой грушей. Колпачок примерзает к дощечке. О чём свидетельствует этот опыт? Юные друзья! Леди и джентльмены! Прошу вас присоединиться к нам и проделать следующее (фронтальный эксперимент):

• заметьте начальное показание термометра;

• смочите спиртом вату, которой обёрнут резервуар термометра;

• заметьте наименьшую температуру, которую через некоторое время покажет ваш термометр.

А теперь скажите:

• Как изменяется температура жидкости при её испарении?

• Почему изменяется температура жидкости при испарении?

• Почему температура не понижается беспредельно?

• Почему вода в открытом сосуде к концу дня не замерзает? ([Вода находится в тепловом контакте с окружающим воздухом. Тела, находящиеся в тепловом контакте, стремятся приобрести одинаковую температуру. Температура воздуха определяется другими процессами: атмосферными, если это происходит вне помещения, или энергией нагревателя, если внутри. – Ред.])

Доктор Ватсон. Итак, самые энергичные молекулы улетают. Чтобы поддержать температуру, к жидкости необходимо подводить энергию. А возможен ли обратный процесс?

Шерлок Холмс. Да. Малоэнергичные молекулы могут снова переходить в жидкость – это процесс конденсации. При этом внутренняя энергия жидкости увеличивается, возрастает.

Доктор Ватсон. Итак, сэр, конденсация происходит с выделением тепла.

Шерлок Холмс. Или её отбирают у пара. Поэтому, например, при заморозках возникает туман.

Доктор Ватсон. Это в воздухе образуются капельки воды.

Шерлок Холмс. Я обратил внимание на то, что разные жидкости испаряются с разной скоростью. Проделаю опыт. (Фронтальный эксперимент.) Нанесу на стекло капли разных жидкостей и прослежу за испарением. Первым испаряется эфир, затем спирт и вода. Испарение масла может длиться очень долго.

Доктор Ватсон. Итак, сэр, испарение зависит от рода жидкости.

Шерлок Холмс. Быстрее испаряется та жидкость, молекулы которой притягиваются друг к другу с меньшей силой. Ведь в этом случае преодолеть притяжение и вылететь из жидкости может большее число молекул.

Миссис Хадсон. Сэр, я вспомнила, что в кухне в это время были посторонние, но они не подходили к столику с чашками.

Шерлок Холмс. Расскажите всё по порядку.

Миссис Хадсон. Первым пришёл мистер Хантер. Он починил камин. В кухне стало теплее.

Шерлок Холмс. Проверим, не влияет ли температура на скорость испарения. (Фронтальный эксперимент.) Нанесём по капле спирта на стекло и на ладонь.

Доктор Ватсон. На два матовых стекла наношу по капле воды. Одно из них нагреваю. Здесь вода испаряется быстрее. Итак, сэр, испарение зависит от температуры. А почему?

Шерлок Холмс. Наблюдения показывают, что испарение должно происходить при любой температуре. Например, лужи, образовавшиеся после дождя, высыхают и летом, в жару, и осенью, когда уже холодно.

Доктор Ватсон. Но летом они высыхают быстрее.

Шерлок Холмс. Дело в том, что, чем выше температура жидкости, тем больше в ней число быстродвижущихся молекул, способных преодолеть силы притяжения окружающих молекул и вылететь с поверхности жидкости.

Миссис Хадсон. Сэр, ещё был трубочист. Тяга в печи теперь значительно лучше.

Шерлок Холмс. Леди и джентльмены, прошу вас проверить, влияет ли ветер на скорость испарения. (Фронтальный эксперимент.) Нанесите по капле спирта на два стекла. Одно отложите в сторону, а возле второго помашите бумажным веером до полного высыхания капли.

Доктор Ватсон. Какая капля испарилась быстрее и почему?

Шерлок Холмс. Дело в том, сэр, что одновременно с переходом молекул из жидкости в пар происходит и обратный процесс. Беспорядочно двигаясь над поверхностью жидкости, часть молекул, покинувших её, снова в неё возвращается. Если испарение происходит в закрытом сосуде, то довольно скоро число молекул, вылетающих из жидкости, становится равным числу молекул пара, возвращающихся обратно в жидкость. Поэтому масса жидкости в закрытом сосуде не изменяется, хотя жидкость испаряется. В открытом сосуде масса жидкости вследствие испарения постепенно уменьшается, т.к. большинство молекул уносится ветром и не возвращается в жидкость. Но небольшая часть, попадая обратно в жидкость, замедляет этим её испарение. Поэтому при ветре, который уносит молекулы пара, испарение жидкости происходит быстрее.

Доктор Ватсон. Сэр, я понял так, что ветер уносит испарившиеся молекулы, не давая им вернуться в жидкость.

Миссис Хадсон. Джентльмены, не знаю, стоит ли вам говорить, но ещё заглянула на минутку соседка. Она посоветовала мне перелить всё в более широкие чашки.

Шерлок Холмс. О, это была последняя капля! Если в узкий и широкий сосуды налить по одинаковому объёму воды, то можно заметить, что в широком сосуде вода испарится значительно быстрее. Это объясняется тем, что жидкость испаряется с поверхности, и чем больше площадь поверхности жидкости, тем большее число молекул одновременно вылетает с неё в воздух. (Фронтальный эксперимент.) Леди и джентльмены! Прошу вас нанести пипеткой по две капли спирта на разные стёкла и сразу увеличить свободную поверхность одной из капель. Для этого расположите одно стекло вертикально, чтобы капля растеклась по нему. Какая капля испарится быстрее?

Доктор Ватсон. Проделаю аналогичный опыт (демонстрационный).

Миссис Хадсон. Значит, вода, налитая в блюдце, испарится быстрее, чем налитая в стакан. Развешанное бельё быстрее высыхает, чем брошенное комком.

Доктор Ватсон. Я уже сбился со счёта. Так от скольких же причин зависит скорость испарения?

Шерлок Холмс. Леди и джентльмены, помогите нам. (Фронтальный опрос учащихся с записью выводов в тетрадь.) Скорость испарения зависит: 1) от рода жидкости (влияют силы притяжения); 2) от температуры (больше доля «быстрых» молекул); 3) от ветра (не даёт пару конденсироваться обратно); 4) от площади свободной поверхности.

Миссис Хадсон. Ну а как же сахар? Могут ли испаряться твёрдые тела?

Шерлок Холмс. Поставим опыт с твёрдым йодом. Бумагу покроем крахмалом – он синеет от йода. Как видно, молекулы йода испаряются и попадают на бумагу.

Миссис Хадсон. Испаряется и лёд, поэтому бельё высыхает и на морозе.

Доктор Ватсон. Итак, сэр, мы остались без кофе, вредное это явление – испарение.

Шерлок Холмс. Вы ошибаетесь, Ватсон. Испарение играет существенную роль во многих процессах природы и техники, да и в повседневной жизни нам приходится постоянно сталкиваться с ним. Мы дуем на горячий чай, чтобы ускорить испарение и остывание. Наш организм предохраняется от перегрева, выделяя влагу на поверхность кожи в виде пота. Для быстрого охлаждения сильно разогретых тел обычно применяют воду как наиболее дешёвую жидкость. Вода широко используется в пожарном деле: мало того, что она, испаряясь, поглощает тепло и тем самым понижает температуру очага горения, но ещё и затрудняет доступ кислорода к этим очагам, особенно её пары, занимающие большой объём. А вспомним туманы. Туман ранней весной предвещает потепление, утренняя роса летом питает растения влагой. При испарении воды из больших водоёмов образуются облака, которые приносят дождь на поля летом и снег зимой, чтобы не промёрзла земля.

Доктор Ватсон. Надеюсь, что все эти юные леди и джентльмены без труда скажут мне: почему, когда вы входите в воду в жаркий день, она кажется холоднее воздуха, а когда выходите – наоборот? Почему при дожде становится холоднее? Почему мокрое развешанное бельё, скошенная трава высыхают быстрее в ветреную погоду?

Шерлок Холмс. Я расскажу вам историю, произошедшую со мной недавно. Ко мне обратился молодой джентльмен. В их доме пропал алмаз. А произошло это так. Господин приобрёл этот камень для своей новорождённой дочери и решил отправить алмаз со своим человеком к ювелиру для огранки. День был очень холодным, поэтому слуга зашёл к себе в комнату, чтобы надеть пальто. В это время и произошла кража. По словам слуги, пока он переодевался за ширмой, алмаз оставался лежать на столе. И вот он слышит какой-то подозрительный звук, выходит из-за ширмы, но видит только закрывающуюся дверь, оглядывает стол и замечает пропажу. Тогда он бросается вслед за похитителем, но, оказавшись на улице, не может продолжить погоню, т.к. его очки запотели.

Выслушав рассказ, я сразу назвал вора. А вы догадались, Ватсон? Это вопрос мы задаём на дом нашим юным друзьям. (Ответ. Вором был сам слуга. Очки не запотевают, когда из тёплого помещения выходишь на холод. Причиной этого явления является конденсация водяного пара из воздуха при соприкосновении с холодным предметом.)

Дополнительно мы просим написать сказку или фантастический рассказ об исчезновении испарения или конденсации.

Литература

Золотов В.А. Сборник вопросов и задач по физике. – М.: Просвещение, 1953.
Ланина И.Я. Не уроком единым. – М.: Просвещение, 1991.
Лукашик В.И. Сборник вопросов и задач по физике. – М., 1996.
Лукашик В.И. Физическая олимпиада. – М.: Просвещение, 1987.
Пёрышкин А.В., Родина Н.А. Физика. 7 класс. – М.: Просвещение, 1999.