Насичена пара. Вологість повітря.

Мета.

Освітня. Пригадати процеси пароутворення та конденсації. Ознайомити з поняттями насиченої пари та вологості повітря.

Розвиваюча. Розвивати логічне та алгоритмічне мислення.

Виховна. Виховувати ціннісне ставлення до життя людини.

Тип уроку. Урок вивчення нового матеріалу.

Дидактичні матеріали:

• Матеріал для повторення. Фізика 8 Урок 58 Пароутворення і конденсація рідин
• Матеріал для повторення. Фізика 8 Урок 59 Питома теплота пароутворення речовини
• Відео. Утворення туману

План

1. Організаційний момент.
2. Насичена пара. Вологість повітря.
3. Вчимося розв’язувати задачі.
4. Запитання до уроку.
5. Домашнє завдання.
6. Перевір себе.
7. Для допитливих.

Хід уроку

1. Організаційний момент.

Аналіз контрольної роботи.

Введення в тему.

2. Вологість повітря. Насичена пара.

Вологість повітря. На Землі безупинно відбувається кругообіг води. Вона випаровується з поверхні світових океанів, вологих ґрунтів, листків рослин,  легенів і шкіри тварин та людини,  а вітри розносять її по всій планеті. Відомо, що людина на 80-90% складається з води, але не всі знають, що рівень вологості в атмосфері відіграє значну роль в її житті. Відхилення цього параметра від нормальних значень здатне непомітно і поступово знизити імунітет, погіршити стан шкіри, підвищити втомлюваність, особливо негативно це позначається на маленьких дітях.

Джерелом вологи в повітрі є вода, що випаровується з відкритих водних поверхонь, землі і рослин. В атмосфері волога може знаходитися в трьох станах: газоподібному — у вигляді пари, рідкому — у вигляді різної величини крапель і твердому — у вигляді снігу або граду.

Наочний приклад рідкого і твердого стану вологи в атмосфері — хмари, що складаються з дрібних крапельок води, кристаликів льоду або їхньої суміші. Необхідна умова утворення хмар — насичення водяної пари до стану конденсації (перетворення пари у воду) або сублімації (перетворення пари в крижані кристали, минаючи рідку фазу) і зниження температури повітря до критичної. Крім того, у повітрі повинні знаходитися так звані ядра конденсації (або сублімації). Звичайно такими ядрами є кристалики солі, що зриваються вітром із гребенів морських хвиль, або мікроскопічний пил, піднятий з поверхні землі, частки гару над виробничими об'єктами. Оскільки над сучасними містами пилу і гару завжди багато, погода в містах завжди гірша ніж за містом. Особливо це виявляється в приморських містах.

Вологість повітря -  фізична величина, що визначає вміст водяної пари в повітрі,  — є одним з найважливіших параметрів атмосфери, що визначає погоду, а також те, наскільки комфортно почуває себе людина в цей момент часу.

Насичена пара. Пара, що знаходиться в динамічній рівновазі з власною рідиною, є насиченою.

Динамічна рівновага між рідиною і парою виникає тоді, коли кількість молекул, що вилітає з вільної поверхні рідини дорівнює кількості молекул, які повертаються в неї.

Тиск насиченої пари будь-якої хімічної сполуки залежить тільки від температури. Насичена пара має за даної температури найбільшу кількість молекул в одиниці об’єму й чинить найбільший тиск. Густина ненасиченої пари менша за густину насиченої.

Абсолютна вологість повітря. Абсолютна вологість характеризує масу водяної пари, що міститься при даній температурі в 1 м3 повітря:

.

За низьких температур, коли пара далека від насичення, її можна вважати ідеальним газом і застосовувати рівняння Менделєєва - Клапейрона. Абсолютна вологість переважно збільшується із підвищенням температури повітря.

Абсолютна вологість не визначає ступінь вологості повітря.

Абсолютна вологість біля поверхні землі коливається від десятих г/м³ (у приполярних та холодних країнах) до 20 г/м³ і вище (у приекваторіальних зонах).

Відносна вологість повітря. Відносна вологість - це відношення парціального тиску водяної пари p за даної температури до тиску насиченої пари за тієї самої температури pн:

 або .

Відносна вологість з підвищенням температури зменшується; вона менша влітку та більша взимку. У межах України відносна вологість у середньому становить 65-75%.

При 100% відносній вологості в повітрі може відбутися конденсація водяних пар з утворенням туману, випаданням води. Температура, при якій це трапляється, називається точкою роси.

Точкою роси називають температуру, за якої наявна в повітрі водяна пара стає насиченою, що сприяє її конденсації на охолодженій поверхні.

Визначити точку роси можна за допомогою конденсаційного гігрометра - пристрою, що має дзеркальну поверхню. Цю поверхню охолоджують під час випаровування леткої рідини типу ефіру і це зумовлює  конденсацію пари в шарах повітря, що прилягають до дзеркальної поверхні.

За виміряним термометром значенням точки роси знаходять густину пари, що відповідає абсолютній вологості ρ. Густину насиченої пари при температурі досліду ρн  знаходять за психрометричними таблицями.

Знаючи температуру точки роси, за допомогою таблиці “Залежність тиску і густини насиченої водяної пари від температури” можна визначити парціальний тиск водяної пари повітря даної вологості - він дорівнює тиску насиченої пари при цій температурі.

Якщо покази сухого та вологого термометрів однакові, це означає, що різниця між сухим та вологим повітрям відсутня. Якщо вологість менша за 100%, то покази вологого термометра менші за покази сухого, оскільки при випаровуванні води внутрішня енергія, а отже, і температура системи зменшується. Якщо різниця між показами термометрів відсутня, це означає, що випаровування рідини не відбувається, а це можливо за відносної вологості повітря 100%.

3. Вчимося розв’язувати задачі.

Задача 69.1. Сухий і вологий термометри показують температури 24°C та  19°C Визначте відносну вологість повітря.

Задача 69.2. У повітрі об’ємом 5 м3 міститься 80 г водяної пари. Визначте абсолютну вологість повітря.

Задача 69.3. За температури повітря 20°C відносна вологість повітря становить 60%. Яка абсолютна вологість повітря?

Задача 69.4. Парціальний тиск водяної пари при температурі 18°C дорівнює 1,59 кПа. Визначте відносну вологість повітря. (76,8%)

Задача 69.5. Визначте густину водяної пари за температури 100°C? Атмосферний тиск дорівнює 100 кПа.

4. Запитання до уроку.

Запитання 69.1. Під час випаровування й кипіння відбувається їхнє перетворення в пару. Поясніть, у чому відмінність цих процесів.

Запитання 69.2. Якщо у відкритій банці залишити небагато води , то вона вся висохне. Чому цього не відбувається у щільно закритій банці?

Запитання 69.3. Чому за однакової температури волога погода переноситься гірше, ніж суха?

Запитання 69.4. Чому в прогумованому одязі важко переноситься спека?

Запитання 69.5. Чому, якщо подихати собі на руку, виникне відчуття тепла, а якщо подмухати - холоду?

Запитання 69.6. Питома теплота пароутворення ефіру значно менша за питому теплоту пароутворення води. Чому ж при змочуванні руки ефіром відчувається більш сильне охолодження, ніж при змочуванні водою?

Запитання 69.7. Для зниження високої температури тіло хворого можна обернути розчином оцту. Поясніть, чому це допомагає.

Запитання 69.8. Чому за абсолютною вологістю повітря не можна визначити, сухе це повітря чи вологе?

Запитання 69.9. Коли абсолютна вологість повітря більша: взимку чи влітку? Відповідь обґрунтуйте.

Запитання 69.10. Чому в морозні дні над ополонкою в річці утворюється туман?

Запитання 69.11.  Чому запотівають окуляри, коли людина з морозу входить до приміщення?

Запитання 69.12. Як вологість впливає на самопочуття людини?

5. Домашнє завдання.

Підручник: параграфи 47-48.

Задача 69.6. Відносна вологість повітря за температури 20°C дорівнює 60 %. Визначте тиск водяної пари в повітрі. (В. 1,4 кПа)

Задача 69.7. Вологий термометр психрометра показує 10°C, а сухий - 14°C. Знайдіть відносну вологість і тиск водяної пари. (В. 60%; 0,96 кПа)

Міні-проєкт. Пароутворення. Вологість повітря.

Усне опитування по запитаннях до уроку.

6. Перевір себе.

Тренувальні вправи:

Задача 69.1.С. Визначте відносну вологість повітря, якщо тиск водяної пари в повітрі за температури 19°C дорівнює 1,1 кПа.

7. Для допитливих.