Тема: Характеристика жидкого состояния вещества

Гр.№ Дата  Тема: Характеристика жидкого состояния вещества Цель:  Обучающая: углубить знания по основным свойствам и строению жидкости, дать понятие ближний  и  дальний порядок в жидкости, энергия поверхностного слоя. Развивающая: содействовать развитию навыков самостоятельной работы, использованию специальной терминологии, познавательному интересу к предмету, умения  видеть физические явления в жизни. Воспитательная: содействовать воспитанию таких качеств личности как, внимательность,  усидчивость, наблюдательность, аккуратность, точность в работе Тип урока: Изучение нового материала Вид Лекция. Методы обучения:  Словесные: беседа, устное  изложение. Оборудование: конспект лекции Ход занятия: 1 2 3 Организационный момент Приветствие. Проверка присутствия учащихся на уроке.  Целевая ориентация­ сообщение темы и цели урока.  Актуализация опорных знаний Практические: реш. задач,  состав конспекта Наглядные :демонстрация,  эксперимент, наблюдения. П Л А Н     З А Н Я Т И Я   №  Сформулируйте определение процесса кипения.  При какой температуре кипит жидкость?  При каком условии пузырьки в жидкости начинают увеличиваться в объеме?  Почему их объем увеличивается при подъеме в жидкости?  Почему температура остается постоянной в процессе кипения?   Какая жидкость называется перегретой?   Как температура кипения зависит от давления воздуха над жидкостью? Формирование новых понятий и способов действий 4 Любое химически однородное вещество может при одних условиях находиться в газообразном состоянии, а при   других   —   в   жидком   состоянии.   Вместе   с   тем   по   своим   свойствам   газы   и   жидкости   существенно различаются. Жидкости, как и газы, не имеют определенной формы и принимают форму того сосуда, в который заключены. Но в то время как газ не имеет собственного объема и занимает любой предоставленный ему объем, жидкость имеет   вполне   определенный   собственный   объем   и   занимает   только   часть   предоставленного   ей   большого объема. Газы сравнительно легко сжимаются, а жидкости практически несжимаемы. Из­за того, что расстояния между молекулами в жидкости малы, увеличиваются силы притяжения молекул друг другу. Образно говоря, при переходе из газообразного состояния в жидкое молекулы   как   бы   слипаются.   Специально   поставленные   эксперименты показали,   что  в   жидкостях   вблизи   каждой   молекулы   другие   молекулы располагаются   в   определенном   порядке   (рис.   27).   Однако   в   масштабе больших   областей   порядка   в   расположении   молекул   уже   нет.   Поэтому говорят, что в расположении молекул жидкости имеется ближний порядок и отсутствует дальний порядок. До настоящего времени законченной теории жидкого состояния вещества не создано, хотя многие проблемы уже решены. к Значительные заслуги в разработке ряда проблем теории жидкого состояния принадлежат советскому ученому Я.И.   Френкелю.   Согласно   теории   Френкеля   в   жидкостях   имеются   микрополости   —   своеобразные   дырки. Положение   этих   дырок   не   остается   постоянным;   время   от   времени   они   заполняются   движущимися молекулами, и дырки образуются в других местах жидкости, откуда молекулы ушли. Каждая   молекула   в   течение   некоторого   времени   хаотически   колеблется   около   определенного   положения равновесия. Время от времени молекула меняет место равновесия, перемещаясь скачком в новое положение, отстоящее от предыдущего на расстоянии порядка размеров самих молекул. Таким образом, молекулы лишь медленно перемещаются внутри жидкости, пребывая часть времени около определенных мест. По образному описанию   Френкеля,   молекулы   странствуют   по   всему   объему   жидкости,   ведя   кочевой   образ   жизни,   при котором   кратковременные   переезды   сменяются   относительно   длинными   периодами   оседлой   жизни. Длительности   этих   «стоянок»   весьма   различны   и   беспорядочно   меняются   со   временем,   резко   убывают   с повышением   температуры.   Необходимо   обратить   внимание   еще   на   одно   существенное   отличие   жидкого состояния   вещества   от   его   газообразного   состояния.   В   газах   кинетическая   энергия   молекул   значительно больше   их   потенциальной   энергии,   а   в   жидкостях   кинетическая   энергия   молекул   примерно   равна   их потенциальной энергии. Наиболее характерным свойством жидкости, отличающим ее от газа, является то, что  на границе с газом жидкость образует свободную поверхность. На каждую молекулу жидкости действуют силы притяжения к окружающим ее молекулам, удаленным от нее на расстояние порядка  10­9 м. Рассмотрим молекулу М1, расположенную внутри жидкости, налитой в сосуд. Со всех сторон эту молекулу окружают такие же молекулы, и силы притяжения выделенной молекулы к ее соседям уравновешиваются. Выделим   мысленно   молекулу   М2,   находящуюся   на   поверхности жидкости.   Результирующая   сила   притяжения   этой   молекулы   к молекулам   пара   меньше   результирующей   силы   ее   притяжения   к молекулам жидкости. Благодаря этому   появляется   равнодействующая сила,       направленная   внутрь   жидкости.   То   же   можно   сказать   о   всех молекулах   жидкости,   находящихся   в  поверхностном   слое,   толщина которого равна радиусу действия молекулярных сил. Поверхностный слой   давит   на   молекулы,   находящиеся   внутри   жидкости.   В   этом отношении   он   напоминает   оболочку   детского   воздушного   шара.   Чтобы   переместить   молекулу   Мз, расположенную   непосредственно   под   поверхностным   слоем,   необходимо   совершить   работу   против   сил молекулярного давления. Следовательно, молекулы, образующие поверхностный слой жидкости, обладают дополнительной потенциальной энергией по сравнению с молекулами, находящимися внутри жидкости. Изучая   основы  механики,  вы  узнали,   что любая  механическая  система,  будучи  предоставлена  самой себе, стремится занять такое положение, в котором ее потенциальная энергия наименьшая. Подмеченная в механике закономерность   соблюдается   и   в   молекулярной   физике.   Так,   в   тех   случаях,   когда   жидкость   находится   в свободном   состоянии   и   не   взаимодействует   с   опорой   или   сосудом   (например,   в   кабине   искусственного спутника   Земли),   она   принимает   форму  шара.   Это   объясняется   тем,   что  для   заданного   объема   жидкости шаровая поверхность наименьшая. Жидкость принимает шаровую поверхность потому, что в этом случае потенциальная энергия ее поверхностного слоя наименьшая. 5. Формирование навыков умственного труда А) составление конспекта  Б)фронтальная беседа по конспекту   Запишите   основные  свойства жидкости в таблицу. Наличие своей Наличие своего Степень сжатия формы объема Сравнение потенциальной и кинетической энергии Газ  Жидкость  Нет Нет  Нет Имеет  Легко сжимается  Плохо, почти нет Ек= Еп Е к>>Еп  Какие факты говорят о том, что молекулы  жидкости   находятся   на   малых   расстояниях друг от друга?   Какая   модель   жидкости   была   предложена Я. И. Френкелем?  Чем отличаются состояния молекул на поверхности и внутри жидкости?  Какова толщина поверхностного слоя жидкости? В)Решение задач Задачник с 148 №8 6.Подведение итогов урока.  7. Домашнее задание Дмитриева с 155 Карточка 1  Заполните таблицу Наличие своей Наличие своего формы объема Степень сжатия Газ  Нет Нет Легко сжимается Сравнение потенциальной и кинетической энергии Е к>>Еп ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Карточка 2  Заполните таблицу Наличие своей Наличие своего формы объема Степень сжатия Сравнение потенциальной и кинетической энергии Жидкость  Нет  Имеет    Плохо,   почти нет Ек= Еп Характеристика жидкого состояния вещества. Любое химически однородное вещество может при одних условиях находиться в газообразном состоянии, а при других — в жидком состоянии. Вместе с тем по своим свойствам газы и жидкости существенно различаются. Жидкости, как и газы, не имеют определенной формы и принимают форму того сосуда, в который заключены. Но в то время как газ не имеет собственного объема и занимает любой предоставленный ему объем, жидкость имеет вполне определенный собственный объем и занимает только часть предоставленного ей большого объема. Газы сравнительно легко сжимаются, а жидкости практически несжимаемы. Из­за того, что расстояния между молекулами в жидкости малы, увеличиваются силы притяжения молекул друг к другу. Образно говоря, при переходе из газообразного состояния в жидкое молекулы как бы слипаются.  Специально   поставленные   эксперименты   показали,   что  в   жидкостях   вблизи каждой молекулы другие молекулы располагаются в определенном порядке (рис. 27). Однако в масштабе больших областей порядка в расположении молекул уже нет. Поэтому говорят, что в расположении молекул жидкости имеется ближний порядок и отсутствует дальний порядок. До настоящего времени законченной теории жидкого состояния вещества не создано, хотя многие проблемы уже решены. Значительные   заслуги   в   разработке   ряда   проблем   теории   жидкого   состояния принадлежат   советскому   ученому   Я.И.   Френкелю.   Согласно   теории   Френкеля   в жидкостях имеются микрополости — своеобразные дырки. Положение этих дырок не остается постоянным; время от времени они заполняются движущимися молекулами, и дырки образуются в других местах жидкости, откуда молекулы ушли. Каждая   молекула   в   течение   некоторого   времени   хаотически   колеблется   около   определенного   положения равновесия. Время от времени молекула меняет место равновесия, перемещаясь скачком в новое положение, отстоящее от   предыдущего   на   расстоянии   порядка   размеров   самих   молекул.   Таким   образом,   молекулы   лишь   медленно перемещаются внутри жидкости, пребывая часть времени около определенных мест. По образному описанию Френкеля, молекулы странствуют по всему объему жидкости, ведя кочевой образ жизни, при котором кратковременные переезды сменяются   относительно   длинными   периодами   оседлой   жизни.   Длительности   этих   «стоянок»   весьма   различны   и беспорядочно меняются со временем, резко убывают с повышением температуры. Необходимо обратить внимание еще на одно существенное отличие жидкого состояния вещества от его газообразного состояния. В газах кинетическая энергия   молекул   значительно   больше   их   потенциальной   энергии,   а   в   жидкостях   кинетическая   энергия   молекул примерно равна их потенциальной энергии. Наиболее   характерным   свойством   жидкости,  отличающим   ее  от   газа,  является   то,   что  на границе  с газом жидкость   образует   свободную   поверхность.   На   каждую   молекулу   жидкости   действуют   силы   притяжения   к окружающим ее молекулам, удаленным от нее на расстояние порядка  10­9 м. Рассмотрим  молекулу М1, расположенную внутри жидкости, налитой в сосуд. Со всех сторон эту молекулу окружают   такие   же   молекулы,   и   силы   притяжения выделенной молекулы к ее соседям уравновешиваются. Изучая основы механики, вы узнали, что любая механическая система, будучи предоставлена самой себе,  стремится занять такое положение, в котором ее потенциальная энергия наименьшая. Подмеченная в механике  закономерность соблюдается и в молекулярной физике. Так, в тех случаях, когда жидкость находится в свободном  состоянии и не взаимодействует с опорой или сосудом (например, в кабине искусственного спутника Земли), она  принимает форму шара. Это объясняется тем, что для заданного объема жидкости шаровая поверхность наименьшая.  Жидкость принимает шаровую поверхность потому, что в этом случае потенциальная энергия ее поверхностного  слоя наименьшая.  Выделим   мысленно   молекулу   М2,   находящуюся   на поверхности   жидкости.   Результирующая   сила   притяжения этой молекулы к молекулам пара меньше результирующей силы   ее   притяжения   к   молекулам   жидкости.   Благодаря этому     сила, направленная внутрь жидкости. То же можно сказать о всех молекулах жидкости, находящихся в  поверхностном слое, толщина   которого   равна   радиусу   действия молекулярных   сил.  Поверхностный   слой   давит   на молекулы,   находящиеся   внутри   жидкости.   В   этом отношении   он   напоминает   оболочку   детского   воздушного   шара.   Чтобы   переместить   молекулу   Мз,   расположенную непосредственно   под   поверхностным   слоем,   необходимо   совершить   работу   против   сил   молекулярного   давления. Следовательно, молекулы, образующие поверхностный слой жидкости, обладают дополнительной потенциальной энергией по сравнению с молекулами, находящимися внутри жидкости.   равнодействующая     появляется Поверхностное натяжение  Свободная поверхность жидкости стремится сократиться. Это можно наблюдать в случае, когда  жидкость имеет форму тонкой пленки. Примером такого состояния могут служить мыльные пленки,  подобные тем, которые вы получали в детстве, выдувая мыльные пузыри. (Эксперимент 1 Пускание  мыльных пузырей.)  Так как толщина мыльных пленок очень мала, жидкость в пленке можно рассматривать как два поверхностных слоя, не учитывая влияния молекул, находящихся между слоями. Получив мыльный пузырь, наблюдайте за ним, не отрывая пузырь от трубки, с помощью которой он был получен. Вы заметите, что пузырь уменьшается. Это свидетельствует о сокращении поверхности мыльной пленки. Возьмите   проволочный   четырехугольный   каркас   и   соедините   его   противоположные   вершины тонкой ненатянутой нитью. Опустив каркас в мыльную воду, вы заметите, что вынутый из воды каркас затянут мыльной пленкой (рис а). Проколов пленку по одну сторону нити, вы увидите, что нить примет форму дуги (рис. б). Опыт свидетельствует о том, что поверхность мыльной пленки сокращается. Силу, которая действует вдоль поверхности жидкости перпендикулярно линии, ограничивающей эту поверхность, и стремится сократить ее до минимума, называют силой поверхностного натяжения. Силу поверхностного натяжения, приходящуюся на единицу длины, можно выразить так:  σ=F l σ Величину   называют поверхностным натяжением. Поверхностное натяжение измеряется силой, с которой поверхностный слой действует на единицу длины того или иного контура несвободной поверхности жидкости по касательной к этой поверхности. В Международной системе единиц эта величина измеряется в ньютонах на метр ( Н/м).  Смачивание. Капиллярность. 1 2 3 Чистая поверхности стола капля воды растекается что вода смачивает поверхность Сила   взаимодействия   молекул   жидкости   друг   с другом меньше сил взаимодействия с молекулами твердого тела. Под действием последних (а также под действием силы тяжести) жидкость растекается по поверхности твердого тела. 1 2 3 Жирная  поверхность стола не растекается что вода не смачивает поверхность Сила   притяжения молекул жидкости друг к другу больше силы взаимодействия с молекулами твердого тела и, как следствие, жидкость принимает форму, близкую   к   шаровой.   Сплюснутость   капельки жидкости   —   результат   действия   сил   тяжести   и взаимодействия   молекул   жидкости   с   молекулами твердого тела. 4 Примеры  4 Примеры  Мерой смачивания является угол   между смачи ваемой поверхностью и касательной к поверхности жид­ Θ кости. Этот угол называют углом смачивания или краевым углом. Явление   смачивания   и   несмачивания   имеет   важное   значение   в   быту   и  технике.  Если   бы   вода   не   смачивала поверхность нашего тела, был бы бесполезен душ, купание, а процесс умывания был бы возможен только в присутствии моющих веществ. Хорошее смачивание необходимо обеспечить, например, при крашении и стирке, при пайке, лужении и других технологических процессах. Наоборот, при сооружении гидроизоляционных устройств необходимы вещества, не смачиваемые водой.  Если жидкость налить в сосуд, изготовленный из. материала, который жидкостью смачивается, то поверхность жидкости у стенок сосуда искривляется. Часть жидкости поднимается по стенке сосуда (рис. а).  Это происходит потому, что силы взаимодействия молекул жидкости со стенками сосуда больше сил взаимодействия молекул жидкости между собой. Если жидкость налить в сосуд, материал которого не смачивается жидкостью, ее поверхность у стенок будет такой же, как показано на рисунке , б. Искривленную поверхность жидкости вблизи границы ее соприкосновения с твердым телом называют мениском (от греческого слова «менискос» — полумесяц). В широкий сосуд с жидкостью опустим две пластины, расположенные вертикально на значительном расстоянии друг от друга. Около пластин хорошо заметны мениски (рис. 34, а). В промежутках между пластинами поверхность жидкости горизонтальна. Последнее обстоятельство свидетельствует о том, что влияние взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела заметно лишь вблизи от пластин. Сблизив пластины (рис. 34, б), можно заметить, что: а)   мениски жидкости между пластинами сливаются и жидкость принимает вогнутую форму; б)       уровень   жидкости   между   пластинами   поднимается   выше   уровня широкой   части   сосуда.   Выясним,   почему   это   происходит.  При   сближении площадь   поверхности   жидкости   между   ними   уменьшается   и   действие   сил молекул   жидкости   и   молекул   стенок   распространяется   на   всю   эту   по­ Правый и левый мениски соединяются. Появляется равнодействующая сил взаимодействия. Если   поверхность   жидкости   вогнутая,   то   ее   стремление   к   сокращению возникновению равнодействующей силы, направленной вертикально вверх. В жидкость поднимется. выпуклую   или в жидкости   пластин притяжения верхность. молекулярного приведет результате   к Если поверхность жидкости выпуклая, то ее стремление к сокращению к возникновению   результирующей   силы,   направленной   вертикально   вниз.   В   результате   жидкость   между   пластинами опустится ниже уровня в широкой части сосуда. приведет