Dane INFORMACYJNE

2. Dane INFORMACYJNE • Nazwa szkoły: • Zespół Szkół w Cielczy – Gimnazjum w Cielczy • ID grupy: 98/53_MF_G1 • Opiekun: Dorota Dziecichowicz • Kompetencja: • Matematyczno-Fizyczna • Temat projektowy: • Woda • Semestr/rok szkolny: • Semestr III, rok szkolny 2010/2011

3. WODA

4. Cele • Zebranie wiadomości o obecności wody we • wszechświecie i znaczeniu jej dla człowieka; • Poznanie niektórych właściwości fizycznych wody; • Badanie trzech stanów skupienia wody; • Zebranie wyników pomiarów do tabel, wyciągnięcie • wniosków; • Przygotowanie doświadczeń.

5. Sposoby poznania • Naszą wiedzę na temat wody czerpaliśmy z trzech źródeł: z zasobów informacji zgromadzonych w Internecie, własnych, dotychczasowych spostrzeżeń dotyczących wody oraz z przeprowadzonych doświadczeń.

6. Sposoby poznania • W czasie przeprowadzania doświadczeń, dokonywane były niezbędne i możliwe w naszych warunkach pomiary. Wyniki były zapisywane i analizowane, a niektóre z nich przedstawiane w postaci wykresów i tabel.

7. WYBITNI BADACZE WODY Masaru Emoto Prace japońskiego naukowca dotyczyły m.in. badania stanu, zachowań, ułożenia cząsteczek itp. wskaźników wody poddawanej działaniu np. muzyki, słowa mówionego, pisanego, zanieczyszczeń.

8. WYBITNI BADACZE WODY Philipp Lenard Zajmował się badaniem własności promieniowania kanalikowego elektronów pochodzących ze zjawiska fotoelektrycznego, obliczył rozmiar elektronu, odkrył zjawisko nierównomiernego rozłożenia dodatniego ładunku w atomie.

9. WYBITNI BADACZE WODY Aleksander Stopczański Profesor chemii patologicznej na Uniwersytecie Jagiellońskim, członek Komisji Balneologicznej Towarzystwa Naukowego Krakowskiego. Był jednym z pierwszych badaczy wód mineralnych w Krynicy i Szczawnicy.

10. WYBITNI BADACZE WODY Mikołaj SiergiejewiczKorotkov Rosyjski chirurg, który w 1905 roku zmodyfikował metodę pomiaru ciśnienia tętniczego metodą Riva-Rocciego. Od jego nazwiska pochodzą terminy metody Korotkowa i faz Korotkowa.

11. Występowanie wody na świecie • Większość powierzchni Ziemi pokryta jest wodą, jednym z podstawowych składników organizmów żywych; przykładem może być człowiek, zbudowany z niej w około 70%. • Mówiąc o wodzie w sensie geograficznym, mamy na myśli morza, jeziora i rzeki. Dopiero po głębszym zastanowieniu, dodamy jeszcze lodowce, powietrze i glebę.

12. Występowanie wody na świecie • Woda nie występuje tylko na Ziemi, ale także po za nią, między innymi na Marsie oraz jako składnik komet.

13. Stany skupienia wody • W czasie zajęć projektowych zapoznaliśmy się dokładniej z trzema stanami skupienia wody: • a) ciekłym – pod postacią wody, • b) stałym – pod postacią lodu, • c) gazowym – pod postacią pary wodnej.

14. Temperatura wody a stan skupienia • Doświadczenie 1. • Wykorzystaliśmy: lód, termometry, statywy, palniki. • Opis doświadczenia: • Podzieliliśmy się na 3 grupy. Do otworu wywierconego w lodzie włożyliśmy końcówkę termometru, którym zmierzyliśmy jego temperaturę początkową. Następnie obserwowaliśmy, co działo się z lodem i jego temperaturą, aż do jego stopienia. Wodę, która powstała z lodu podgrzewaliśmy palnikiem do momentu, aż zaczęła wrzeć.

15. Temperatura wody a stan skupienia

16. obserwacje • 1) Temperatura lodu rosła do momentu, kiedy jego • część nie zamieniła się w wodę. • 2) Mieszanina lodu z wodą utrzymywała stałą • temperaturę. • 3) Gdy cały lód stopił się, temperatura znowu rosła. • 4) Temperatura rosła aż do chwili, w której • doprowadziliśmy ją do wrzenia.

17. Topnienie lodu

18. obserwacje • 5) W wyższej temperaturze wyraźnie widać było • powstawanie pary wodnej. • 6) Para wodna skraplała się na wewnętrznej • powierzchni naczynia. • 7) W temperaturze 100°C, wewnątrz cieczy, zaczęły • powstawać pęcherze pary wodnej. Unosiły się one • ku powierzchni swobodnej, gdzie pękały.

19. wnioski • W temperaturze niższej niż 0°C woda jest ciałem stałym. • Temperatura topnienia lodu jest stała i wynosi 0°C. • Mieszanina wody z lodem ma stałą temperaturę 0°C. • W przedziale od 0ºC – 100ºC woda jest cieczą.

20. Wnioski • Temperatura wrzenia wody jest stała i wynosi 100°C. • Parowanie wody odbywa się w każdej temperaturze, • w której jest ona cieczą. • W temperaturze wyższej niż 100°C woda istnieje • w postaci pary wodnej.

21. Dodatkowe informacje • Jednym ze wskaźników, mówiących nam o energii wewnętrznej ciała, jest jego temperatura. Im wyższa temperatura, tym większa energia wewnętrzna ciała. Z naszych pomiarów temperatury wynikało, że największą energię wewnętrzną miała wrząca woda.

22. Temperatura wody a stan skupienia

23. Dodatkowe informacje • Zmiana energii wewnętrznej następowała wskutek przepływu ciepła z powietrza do lodu, a później palnika do wody. Kierunek przepływu ciepła jest zawsze od ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej temperaturze. T1 > T2

24. Dodatkowe informacje • Jak zanotowaliśmy, temperatura mieszaniny lodu z wodą była stała. Czy to znaczy, że energia wewnętrzna mieszaniny nie rośnie? Otóż nie. Rośnie, ale nie objawia się ona wzrostem temperatury, tylko zmianą ułożenia cząsteczek z uporządkowanej (lodu) w chaotyczną (wody).

25. Krzepnięcie wody • Doświadczenie 2. • Wykorzystaliśmy: mieszaninę schładzającą (pokruszony lód z solą), termometr, wodę, izolowane termicznie naczynie, statyw. • Opis doświadczenia: • Do małego naczynia z termometrem nalaliśmy wody. Następnie włożyliśmy je do większego, zawierającego mieszaninę schładzającą. Całość izolowaliśmy styropianem. Zrobiliśmy to, aby zapobiec wymianie ciepła z pomieszczeniem.

26. Krzepnięcie wody

27. Krzepnięcie wody W czasie doświadczenia obserwowaliśmy: a) wskazania termometru; b) zmiany zachodzące w naczyniu z wodą; c) zmiany zachodzące w naczyniu z mieszaniną schładzającą.

28. obserwacje • 1) Jak przypuszczaliśmy, temperatura wody zaczęła • spadać, by po pewnym czasie zatrzymać się na 0°C. • Pomimo, że zaczął pojawiać się lód, temperatura • nadal się nie zmieniała. • 2) Dopiero, gdy cała woda zamieniła się w lód, • temperatura znowu zaczęła spadać. W tym czasie, • lód z mieszaniny schładzającej topił się. W podany • sposób obniżyliśmy temperaturę lodu do -5°C.

29. wnioski • Proces krzepnięcia wody odbywa się w temperaturze 0ºC. • Gdy cała woda zamieni się w lód, następuje • dalszy spadek temperatury. • Temperatura krzepnięcia wody i temperatura topnienia lodu są takie same.

30. Dodatkowe informacje • Woda, w odróżnieniu od większości substancji krzepnąc, zwiększa swoją objętość. Jest to spowodowane większymi odległościami pomiędzy cząsteczkami wody w lodzie. Tworzą one w lodzie kryształy.

31. Dodatkowe informacje • W opisanym doświadczeniu energia wewnętrzna wody maleje. Rośnie natomiast energia wewnętrzna mieszaniny schładzającej. Ciepło jest pobierane przez lód i rozpuszczającą się sól.

32. Wpływ ciśnienia na temperaturę topnienia lodu • Doświadczenie 3. • Wykorzystaliśmy: lód, metalowy pręt, 2 obciążniki (w naszym przypadku były to butle PET z wodą). • Opis doświadczenia: • Wzdłuż krótszej krawędzi lodu położyliśmy pręt, który z dwóch stron obciążyliśmy butelkami. Zgodnie ze wzorem: p= F/S - im mniejsza powierzchnia S, na którą działa siła F, tym większe ciśnienie p.

33. Wpływ ciśnienia na temperaturę topnienia lodu

34. obserwacje • 1) Po pewnym czasie, wokół pręta pojawiła się woda, • której nie było w innych miejscach. • 2) Wraz z upływem czasu zauważyliśmy, że pręt zaczął • się zagłębiać w lód. Cały czas spod pręta wypływała • woda. W momencie, kiedy pręt wszedł w lód na • głębokość większą niż jego średnica, zauważyliśmy • proces ponownego zamarzania wody nad prętem. • 3) Metal przechodził przez lód nie przecinając go.

35. wnioski • Pod wpływem zwiększonego ciśnienia, lód topił się • w temperaturze niższej niż 0°C. • Po ustąpieniu większego ciśnienia, woda • z powrotem krzepła. • W normalnych warunkach, czyli pod wpływem • ciśnienia atmosferycznego, topnienie lodu • następuje w temperaturze 0°C.

36. Dodatkowe informacje • Ta sama przyczyna powoduje powstanie strumieni, które wypływają spod lodowców. Tutaj ciśnienie powstaje na skutek działania olbrzymiego ciężaru lodowca na dolne jego warstwy.

37. Dodatkowe informacje • Skoro temperatura topnienia i krzepnięcia są jednakowe, to jeśli wyższe ciśnienie obniża temperaturę topnienia lodu, wówczas obniża jednocześnie temperaturę krzepnięcia wody (woda zamarza dopiero w temperaturze niższej niż 0°C).

38. Dodatkowe informacje • Wpływ zwiększonego ciśnienia na temperaturę topnienia lodu wykorzystujemy zimą. Ugniatając śnieg (kryształki lodu), formujemy śnieżne kulki. Wiemy, że im większy mróz tym większej siły musimy użyć, aby je zrobić.

39. Parowanie wody • Potrzebne: umiejętność obserwacji otaczającego nas świata oraz wysuwania wypływających z niej wniosków. • Niejednokrotnie mieliśmy okazję obserwować proces prania, a następnie suszenia . Suszenie odbywało się w różnych warunkach pogodowych, tzn. wietrznych, bezwietrznych, przy niskiej, wysokiej temperaturze. Zimą suszenie odbywało się w pomieszczeniu zamkniętym.

40. obserwacje • 1) Pranie szybciej schło, gdy na dworze było gorąco. • 2) W wietrzne dni pranie szybciej było suche. • 3) Sposób rozwieszenia prania (rozłożenie) miał duży • wpływ na proces schnięcia. • 4) Zimą, w pomieszczeniu, proces ten wydłużał się • szczególnie wtedy, gdy było ono zamknięte.

41. wnioski • Suszenie odbywało się w wyniku parowania wody. • Parowanie to proces przechodzenia cieczy w parę • (gaz). • Parowanie odbywa się na powierzchni cieczy. • Czynniki które przyspieszały parowanie to: - wysoka temperatura wody (cieczy); - duża powierzchnia parowania; - ruch powietrza nad powierzchnią swobodną cieczy.

42. Parowanie wody • Jednym z domowych sposobów przyspieszenia procesu podgrzewania wody, jest przykrycie garnka przykrywką. Natomiast odkrycie go, skutkuje wolniejszym tempem podnoszenia temperatury wody. • W pierwszym przypadku parowanie jest wstrzymane, a w drugim odbywa się bez przeszkód.

43. wnioski • Parowanie wody obniża jej temperaturę. • Wraz z parą, woda traci część swojej energii wewnętrznej. • Energia kinetyczna cząsteczek pary wodnej jest dużo większa niż cząsteczek wody.

44. Zależność temperatury wrzenia wody od ciśnienia • Doświadczenie 4. • Wykorzystaliśmy: palnik, dużą kolbę, korek do kolby, termometr, uchwyt od statywu. • Opis doświadczenia: • Żaroodporną kolbę napełniliśmy wodą do 3/5 jej objętości. Następnie, trzymając kolbę za uchwyt od statywu, ogrzewaliśmy ją nad palnikiem doprowadzając wodę do wrzenia. Proces wrzenia utrzymywaliśmy jeszcze przez około 1 minutę.

45. Zależność temperatury wrzenia wody od ciśnienia • Doświadczenie 4. – ciąg dalszy • Przerwaliśmy ogrzewanie i odłożyliśmy kolbę na stolik. Zmierzyliśmy temperaturę wody. Następnie zachowując dużą ostrożność zamknęliśmy kolbę korkiem. Trzymając ją za uchwyt odwróciliśmy naczynie „do góry nogami” i schłodziliśmy pod bieżącym strumieniem zimnej wody.

46. Zależność temperatury wrzenia wody od ciśnienia

47. obserwacje • 1) Po przerwaniu ogrzewania wrzenie wody ustało. • 2) Przestrzeń wolną od wody wypełniała para wodna. • 3) Temperatura wody szybko spadła poniżej • temperatury wrzenia tzn. 100ºC • 4) Proces wrzenia, na krótko, ale powrócił po jej • schłodzeniu. • 5) Na wewnętrznych ściankach naczynia • zaobserwowaliśmy dużą ilość kropel wody.

48. wnioski • Pod obniżonym ciśnieniem woda wrze w temperaturze niższej niż 100ºC. • Ciśnienie w kolbie zostało obniżone w wyniku skroplenia pary wodnej przez jej gwałtowne ochłodzenie. • Woda zajmuje mniejszą objętość niż para wodna z której powstała.

49. Własności wody • Przeprowadzając doświadczenia dotyczące wody wyznaczaliśmy pewne charakterystyczne jej cechy: • - Temperaturę topnienia – 0°C (273°K) • - Temperaturę krzepnięcia – 0°C (273°K) • - Temperaturę wrzenia – 100°C (373°K) • Są to własności fizyczne wody.

50. WŁASNOŚCI WODY • Analizując doświadczenia mówiliśmy o przepływie ciepła, jego pobieraniu lub oddawaniu przez wodę, lód lub parę wodną.