VÍZ

1. VÍZ

2. Alapfogalmak átismétlése SŰRŰSÉG Az anyagok sűrűségét úgy határozzuk meg, hogy tömegüket elosztjuk a térfogatukkal, vagyis a sűrűség megadja egységnyi térfogatuk tömegét A tömeget szokás szerint m-mel, a térfogatot V-vel jelölve a sűrűség így írható fel: ρ=m/V ahol a sűrűséget a görög ró betű (ρ) jelöli. A sűrűség SI mértékegysége a definíció alapján [ρ]=[m]/[V]=kg/m3. A hivatalos mértékegységen kívül használjuk még a g/cm3; kg/dm3; t/m3 egységeket is.

3. VICC Kislányom négyévesen mondja nekem : Anyaaaa, tudtad hogy a víz igazából két betűből és egy számból áll? (mindezt a két bátyjától szerzett „információ” alapján) Még mindig ő néhány perc múlva: Érdekes, amikor iszom nem is érzem azokat a betűket és a számokat!!

4. Mi is az a víz?H2O (dihidrogén-monoxid) A víz (latinul aqua), a hidrogénésazoxigénvegyülete, kémiaiképlete H2O (dihidrogén-monoxid). Olvadáspontja: 0 °C, forráspontja: 100 °C. Vízszobahőmérsékletenfolyékonyállapotban Jégszilárdhalmazállapotban Gőzlégneműhalmazállapotban

10. SOROLJ PÉLDÁKAT A GŐZRE

12. VÍZ

14. JÉG

15. Meglepően keveset tudunk a jégkristályok kialakulásáról" - nyilatkozott Ken Libbrech, a Caltech fizikusa, akit a hókristály fizikájának vezető szakértőjeként tartanak számon. A terület nem hangzik különösebben jelentősnek, azonban ha sikerülne megfejteniük a folyamatot, az sok új adattal járulna hozzá a természet "önmagukat összerakó" komplex szerkezeteiről szerzett ismereteinkhez. Ez az a trükk, amit az utóbbi években egyre nagyobb előszeretettel próbálnak elsajátítani a nanotechnikák alkalmazói. Janko Gravner, a Kalifornia Egyetem, valamint David Griffeath, a Wisconsin-Madison Egyetem matematikusai kikerülték a korábban alkalmazott megközelítést, a hókristályok molekulánkénti felépítését. Helyette a vízmolekuláknál jóval nagyobb virtuális 3D-s sejteket alkalmaztak, melyek ugyanazon fizika szerint viselkednek, mint ami elvileg a kristályok növekedését vezérli.A virtuális sejtek - amiket a matematikusok celluláris automatáknak neveztek el - egy köbmikron méretűek, ami nagyjából egy porszemnek felel meg. Ezen a méreten a sejtek a vízpára és a kristályos növekedés fizikáját utánozzák. A kutatók ezután többször lefuttatták a modellt, különböző hőmérsékleti és páranyomási beállításokkal. Eredményként a hókristályok igen széles körét kapták, beleértve a bonyolult és egyben lenyűgöző hatoldalú csillagkristályt. Minden egyes kristály kiszámításához nagyjából 24 órára volt szükség egy erőteljes asztali számítógépen, mondta Gravner. "Egyes formákat könnyebb megkapni, mint másokat" – nyilatkozta a Discovery Newsnak. A modell gyakorlatilag visszatükrözte a természet munkáját, az egyszerűbben előállítható kristályok előfordulása a természetben is gyakoribb. (forrás: SG.hu)

16. VÍZ FIZIKAITULAJDONSÁGAI A vízmolekula: a létező legegyszerűbb és legkisebb aszimmetrikus molekula (a 16-os tömegszámú oxigén atomhoz két, egymással 105°-os szöget bezáró, 1-es tömegszámú hidrogén atom kapcsolódik). A legfontosabb jellemzője talán a hidrogénhíd-kötés: az egyes molekulák szilárd és folyékony halmazállapotban egyaránt nagy erővel kapcsolódnak egymáshoz. A víz az egyetlen folyadék, amelynek a sűrűsége a hőmérséklet függvényében - "anomálisan" - maximummal bír (4°C-on), minden más hőfokon kisebb.

17. GYAKORLATBAN A víz a természetben mind légnemű, mind cseppfolyós, mind a szilárd halmazállapotban előforduló anyag. A jég térfogati tágulása okozza a kőzetek fizikai mállását, ami a talajképződés első lépése, valamint azt, hogy a jég úszik a vízen, s így megvédi az alatta levő víztömeget és élővilágot a befagyástól, illetve a lehűléstől. A víz forrásával járó térfogati munkát hasznosítja az ipari társadalom kulcsfontosságú technikai újítása, a gőzgép, illetve az újabb erőművekben a gőzturbina.

18. MÉG EGY-KÉTÉRDEKESSÉG A VÍZRŐL A víz mindent old, ami képes a hidrogénhíd-kötésben részt venni. Ezért alakulhatott ki az élet - a fehérjemolekulák hidratált állapota - az ősóceánokban, de a genetikai információt hordozó DNS sem létezne víz nélkül. A légkör oxigéntartalma, amely lehetővé tette az élet kifejlődését, fotoszintézisből származik, amelyben a víz nélkülözhetetlen reakciópartner. A Homo sapiens mintegy 60 %-ban víz. Táplálékunk jelentős részére ugyanez igaz (burgonya - 78 %, tojás - 75 %, marhahús - 64 %, pizza - 48 %, kenyér - 38 %, vaj - 16 % stb.). Az ember megél egy hónapig élelem nélkül, de tiszta víz nélkül csak néhány napig.

19. A VÍZ KIVÉTELES HŐTÁGULÁSI VISELKEDÉSE A táblázatok általában nem tartalmazzák életünk legfontosabb folyadékának, a víznek a térfogati hőtágulási együtthatóját. Ennek oka a víz kivételes hőtágulási viselkedése. Ugyanis melegítés közben a víz 0 °C-tól 4 °C-ig nemhogy tágulna, hanem még össze is húzódik. Erről kísérlettel is meggyőződhetünk. A gumidugóval lezárt és hőmérővel, illetve vékony tágulási csővel ellátott lombikot vízzel töltjük meg, amit olvadó jégbe helyezünk, és néhány órára magára hagyunk, hogy a lombikban lévő víz is felvehesse a 0 °C-os hőmérsékletet. Fehér papírt helyezünk el a vékony tágulási cső mögött, amin megjelöljük a csőben lévő víz szintjét. Miután az összes jég elolvadt, a lombikban lévő víz hőmérséklete lassan emelkedni kezd. Szabályos hőmérsékleti lépésekben (például fokonként) jelöljük be a tágulási csőben lévő víz szintjét! Meglepődve tapasztalhatjuk, hogy az olvadásponttól 4 °C-ig a víz összehúzódik! Megfigyeléseink azt mutatják, hogy a víz 4 °C-on tölti ki a legkisebb térfogatot

20. AZ ELŐZŐ KÍSÉRLET RAJZON

21. A víz kivételes viselkedését jól láthatóvá tehetjük, ha 1 kg víz térfogatát ábrázoljuk a hőmérséklet függvényében 0 °C-tól 10 °C-ig, vagy ha táblázatban adjuk meg a víz sűrűségének és 1 kg víz térfogatának az értékeit akár magasabb hőmérsékleteken is. Megállapíthatjuk, hogy a víz sűrűsége 4 °C-on a legnagyobb, hiszen adott mennyiségű víz térfogata 4 °C-on a legkisebb. A víz hőtágulása magasabb hőmérsékleteken sem lineáris (nem követi az egyenes arányosságot). A víz fagyáskor sem követi a legtöbb folyadékra jellemző viselkedést, vagyis fagyásakor nem összehúzódik, hanem kitágul, tehát a jég könnyebb (kisebb sűrűségű), mint a víz. Tiszta víz esetén a fagyáskor fellépő sűrűségcsökkenés 8 %-os, ami igen nagy érték.

22. Ezt jegyezzük meg szórolószóra A víz anomális hőtágulása: • -a víz 0 °C-ról melegítve először összehúzódik • -4 °C-on a legkisebb a térfogata • majd további melegítés hatására tágul

23. A SŰRŰSÉG ÉS AZ Ő MÉRÉSE

24. MI AZ AZ AREOMÉTER? Az areométert a vizsgálandó folyadékba helyezik. Az úszótest az Archimedes elvnek megfelelően addig merül a folyadékba, míg az általa kiszorított folyadék súlya egyenlővé nem válik az areométer súlyával. Az alsó rész terhelése biztosítja az areométer függőleges helyzetét. A bemerülés mértékéből, a felső, vékony csőbe zárt skáláról közvetlenül leolvasható a folyadék sűrűsége. Az areométer annál érzékenyebb, minél kisebb Keresztmetszetű a beosztással ellátott cső. Az érzékeny areométer csak szűk sűrűség intervallumban használható, ezért a laboratóriumi munkához egész sorozatot készítenek. A gyakorlati élet számára készített areométer skáláján nem okvetlenül a sűrűséget, hanem az ezzel arányos Mennyiségeket jelölik (pl. a mustfokot, szeszfokot, %-os töménységet, Baumé-fokot stb.)

25. Mi a piknométer?  A piknométer lombikra emlékeztető hasas, szűk nyakú edény. A nyílása csiszolatos kapillárissal zárható, amelyen egy körbefutó jel a folyadékszint pontos beállítását biztosítja. A sűrűség hőmérsékletfüggő, így célszerű a sűrűséggel együtt a minta hőmérsékletét is mérni, ezért hőmérős eszközöket is készítenek, amelynek szintbeállító kapillárisát a piknométer oldalán helyezik el. Ezeknél a jelre állítás után az oldalcsövet csiszolatos kupakkal lehet lezárni, így gyakorlatilag nincs párolgási veszteség. Méréskor a piknométert előbb a vizsgálandó anyaggal, majd az ismert sűrűségű anyaggal (rendszerint vízzel) feltöltve lemérjük. Mindkét tömegből kivonjuk az üres piknométer tömegét, és mivel a térfogatuk azonos, ezért sűrűségük aránya a tömegaránnyal egyenlő.

26. Mohr-Westphal mérleggel Lényegében a folyadékba merülő testre ható felhajtóerőt mérjük. (A hidrosztatikai felhajtóerő a kiszorított folyadék súlya.) Az egyenlőtlen kétkarú mérleget először kiegyensúlyozzuk úgy, hogy a kar végére akasztott úszótest a levegőben lógjon és ekkor a mutató a 0 (középső) osztásra mutasson. (Az ellensúly beállításával lehet a mérleget nullázni.) Méréskor az úszótestet a meghatározandó sűrűségű folyadékba lógatva, a mérlegkar egyensúlya megbomlik. A kar különböző osztásaira lovassúlyokat akasztunk mindaddig, míg az egyensúly helyre nem áll. A legnagyobb lovast úgy méretezik, hogy az pontosan az egységnyi sűrűségű oldatba merített üvegtestnél állítsa helyre az egyensúlyt. A kisebb lovasok ennek a súlyegységnek tized-, század-, ezredrészei. A mérlegkar tíz egyenlő távolságra van osztva. Az üvegtestet tartó ékes kiképzésű kengyel éppen a 10. osztáson van. Ebből következően a lovas súlyait és helyét összeolvasva a folyadék relatív sűrűsége közvetlenül megállapítható.

27. A víz kivételes hőtágulási viselkedésének biológiai hatása A víz kivételes viselkedésének fontos szerepe van a tavak növény és állatvilágának életében olyan vidékeken, ahol a telek hidegek. Amikor egy tó lehűl, a felszínen lévő lehűlt víz a tó aljára merül, mert sűrűsége nagyobb. Azonban miután a hőmérséklet eléri a 4 °C-ot, ez az áramlás megszűnik, és a felszínhez közeli víz hidegebb (és kisebb sűrűségű) marad, mint a tó alján lévő víz. Amikor a felszínen lévő víz 0 °C hőmérsékletre hűl le, a tó teteje kezd befagyni, mialatt a tó alján a hőmérséklet 4 °Cmarad. A jég sűrűsége kisebb a vízénél, így bármennyi jég is keletkezik, a jég a tó felszínén úszik. A víz ezért felülről lefelé fagy (minden más folyadék fagyása alulról felfelé történik), és mivel a jég rossz hővezető, a jég vastagsága csak viszonylag lassan növekszik. Ha a tó nem túl sekély, akkor az alján mindig marad valamennyi víz, még akkor is, ha a felszínét hosszú hónapokra jégpáncél borítja. Így a tó alján, a 4 °C-os vízben a növények és az állatok képesek átvészelni a kemény teleket, nem fagynak meg.

29. Túlhűtött víz?Subcooled water • Mi az? • Van úgy, hogy a víz nem fagy meg 0 °C alatt sem. Miért? • A víz jéggé alakulásához apró, szilárd szennyezőanyagoknak kell a vízben lenniük, amik körül a jéggé alakulás megindulhat. A mindenféle szennyeződéstől mentes („szupertiszta”) vizet -38 °C-ig le lehet hűteni anélkül, hogy jéggé fagyna. • -38 °C-on azonban a víz heves átalakulás során, mely hangjelenséggel jár, hirtelen jéggé alakul át. Ez a legtisztább víznél is bekövetkezik. • A kialakult anyag tovább hűthető. -120 °C alatt a víz sűrűn folyóvá válik. -135 °C-nál üvegesen áttetsző lesz, kristályszerkezet kialakulása nélkül. • Otthon is kísérletezhetünk egyáltalán nem szupertiszta vízzel!

30. Kísérlet • Szükséges: 1,5-2 literes műanyag üveges szénsavas víz (vagy ha színesben szeretnénk, Apenta málna szörp!), fagyasztószekrény • 1 - Fogjuk meg a szénsavas vizet, jól rázzuk fel! • 2 - Utána rögtön tegyük be a mélyhűtőbe. • 3 - Néhány óra múlva vegyük ki. Csodálkozva láthatjuk, nem fagyott meg, pedig a mélyhűtők hőmérséklete -18 °C! • 4 - Óvatosan, függőlegesen tartva, nyissuk ki egy kicsit a kupakját, majd újra csukjuk be. • 5 - Vegyük kézbe az üveget és jól rázzuk meg fejjel lefelé rázva. Hirtelen jégképződést vehetünk észre.

31. MAGYARÁZAT • A hűtést megelőző felrázás miatt a palack belsejében a nyomás megnőtt, nagyobb nyomáson a víz olvadáspontja alacsonyabb, így nulla fok alatt is stabil folyékony halmazállapotban van. • Kinyitás után a palackban lecsökken a nyomás, a víz túlhűtötté válik., ahol már nem a folyékony halmazállapot a stabil. Metastabil állapotban van. Itt pedig mechanikai behatásra beindítható a kristályképződés.

32. SZIVÁRVÁNY Az egész dolog ott kezdődik, amikor a vízcseppek és a fény találkoznak, természetesen nem is akárhogyan. Szigorú kitétel, hogy a fénynek, ha mi vagyunk a megfigyelők, a hátunk mögül kell érkeznie, pontosan a vízcseppekre. A cseppek megtörik és visszaverik a fényt, amelyből máris egy csodás szivárvány keletkezik. Na már most, egy kis trükkel és némi tükörrel saját szivárványt készíthetsz a szobád falára. Nézzük, mit is kell tenned Tehát végy egy üvegdarabot vagy egy kristálypoharat. Elég ha egy régi, használaton kivüli poharat fogsz be a dologra. Tedd a poharat az ablakba és várj a jó erős napfényre. Ha hiszed, ha nem, csak ennyi a dolgod. Úgy lesz tökéletes a dolog, ha viszonylag üres falfelülettel szembe helyezed el az üveget. Így sokkal jobban látod majd az eredményt. Az erős napfény az üvegen fog visszaverődni és a falra rajzolja neked a szivárványhoz hasonlatos színvarázst.

33. Van ám fehér szivárvány is !! Ritkán látható az úgynevezett fehér szivárvány, amit holdfényes estéken lehet látni. Mivel az emberi szem gyengén érzékeli a színeket halvány fénynél, a szivárvány fehérnek hat. (Igazából tehát nem fehér!)

34. HOGY KELETKEZIK A FORDÍTOTT SZIVÁRVÁNY? A fordított szivárványoknak nincs szükségük arra, hogy ördög verje feleségét. Épp ellenkezőleg: akkor jönnek létre, amikor szikrázóan kék az ég, bár eső helyett különleges jégkristályok kellenek. Hexagonális jégkristályokra van szükségünk!!Akkor jöhetnek létre, amikor a nap alacsonyan áll az égen, és egy bizonyos szögben ötezer méter feletti pehelyfelhőkön (cirrus) süt át. Általában ez az ég mosolyának is nevezett égi tünemény nem tart tovább fél óránál.A fordított szivárvány azért is fordított, mert színei éppen fordítva helyezkednek el: a vörös van legközelebb a Földhöz. Főként hidegebb éghajlati övekben keletkeznek, ahol a jégkristályok nagy mennyiségben fordulnak elő. Nálunk ritkán keletkezik ilyen

35. Víz körforgása a természetben

37. ÉRDEKES LINKEK • http://phet.colorado.edu/en/simulations/category/physics • (EZ UGYAN ANGOL NYELVŰ, de hát Önök jól tudnak angolul!) • www.sdt.sulinet.hu • http://www.szertar.com/ • http://realika.educatio.hu/ • http://metal.elte.hu/~phexp (kísérletek) Dr. Juhász András • HA VALAKI VALAMILYEN ÉRDEKESET TALÁL A NETEN SZÓLJON NEKEM, HOGY BŐVÍTHESSÜK A LISTÁT!!!

38. FELHASZNÁLT IRODALOM • Fizika 10-Maxim Kiadó • www.sdt.sulinet.hu • Ötösöm lesz fizikából-Gulyás János...-Műszaki Kiadó • Fizika Középiskolásoknak - Dr. Siposs András-Korona Kiadó • Fizika Hőtan - Dr. Zátonyi – Ifj. Zátonyi • Fizika Szakközépiskolai Összefoglaló Feladatgyűjtemény • http://metal.elte.hu/~phexp (kísérletek) Dr. Juhász András • http://www.puskas.hu/diak_erettsegi/anyagok/Fizika_2007 • Wikipedia, stb más internetes anyagok • www.tar.hu/fizfoto • www.tar.hu/fizrajz • www.extra.hu/keretfizika • www.ntk.hu • www.nettankonyv.hu