Тиждень 10
Як спостерігати за зміною температури?
Головні думки
● Температура речовини — це міра руху її молекул.
● Що швидше рухаються молекули всередині речовини, то вища її температура.
● Температуру вимірюють термометрами.
● Зміни температури можуть викликати зміни агрегатного стану речовини. Наприклад, лід при нагріванні переходить у рідкий стан і стає водою; вода при нагріванні кипить і стає парою.
Опануйте поняття
● Атом
● Молекула
● Агрегатний стан
● Плавлення
● Кристалічна ґратка
● Кристалізація
● Випаровування
● Висновки роботи
Чому ви не квапитеся брати до рук чайник, у якому кипить вода? Звідки ви знаєте, що він гарячий? З досвіду вам відомо, що вода кипить за високої температури, і об киплячий чайник можна обпектися!
Що змушує рідку воду перетворюватися на газ?
2 500 років тому давньогрецькі мислителі поставили таке запитання: чи можна проводити поділ якогось тіла, наприклад, яблука, нескінченно. Вони припускали, що існують неподільні частинки речовини — атоми. Сучасна наука підтвердила цю здогадку.
Що буде, якщо яблуко розрізати навпіл? Половинки будуть удвічі менші за масою та об’ємом. А якщо потім ці половинки розрізати ще раз навпіл? Четвертинки. А їх навпіл? Восьмушки… Чи можна проводити такий поділ нескінченно?
Зараз ми знаємо, що атоми бувають різними. Різноманітним чином поєднуючись між собою, вони утворюють молекули. Молекули — це найдрібніші частинки речовини, що зберігають її хімічні властивості. Ми не бачимо атомів і молекул, але вони визначають особливості тіл, які ми спостерігаємо. Навіть якщо тіло та його частини не рухаються, молекули або атоми, що його утворюють, перебувають у русі. Це — тепловий рух.
Енергійно потріть долоні одна об одну — вони дещо нагріються.
Якщо протягом тривалого часу із силою терти два дерев’яні брусочки, вони можуть загорітися — колись так добували вогонь. Що відбувається під час тертя?
Тертям давні люди добували вогонь
Тертя тіл приводить до того, що їх молекули починають рухатися швидше. Температура — це міра руху частинок речовини. У наведеному прикладі температура збільшується.
До чого може привести нагрівання — тобто прискорення теплового руху молекул?
До змін стану речовини. Розглянемо на прикладі добре відомої нам речовини — води.
Твердий, рідкий стани та стан газу — це агрегатні стани речовини. Вода — єдина речовина на Землі, яка одночасно та у великих кількостях трапляється в рідкому твердому й газоподібному (газуватому) агрегатних станах.
Лід — тверда речовина. Його молекули розташовані на певних місцях, утворюючи кристалічну ґратку. Взаємодія між сусідніми молекулами тримає їх у певному порядку. Нагрівання спричиняє посилення теплових коливань молекул на їх місцях. Коли температура сягає певного значення, найшвидші молекули зриваються зі своїх місць! Ґратка руйнується, молекули легко змінюють своє розташування, і речовина в цілому легко змінює свою форму. Це вже не лід, а рідина — вода. Лід розплавився. Це — приклад плавління.
Розташування молекул води у різних її агрегатних станах
Якщо температура знизиться, взаємодія молекул розставить їх на місця у кристалічній ґратці. Вода замерзне; назва цього процесу — кристалізація.
А що буде в разі ще більшого зростання температури рідкої води? Після досягнення певної температурної межі молекули почнуть рухатися так швидко, що розірвуть зв’язки, які утримували їх у рідині й розлетяться в різні боки. Якщо нагріти рідину до певної температури, у ній будуть утворюватися бульбашки газу — це знайоме нам кипіння. Пара утворюється над поверхнею води не лише під час кипіння, а завжди. Перетворення рідини на газ має назву випаровування. Кипіння — приклад бурхливого випаровування.
А що буде, якщо охолодити пару? Згадайте холодну пляшку з ілюстрації на початку п’ятого тижня. На ній конденсувалася вода. Пара, що міститься у повітрі, охолонула настільки, що з неї утворилися крапельки води. Перехід зі стану газу до стану рідини — це конденсація.
Запам’ятайте назви процесів переходу речовини з одного агрегатного стану в інший!
А як можна виміряти температуру речовини, адже молекули у її складі такі малі?
З підвищенням температури молекули розганяються і ніби «розштовхують» одна одну. Унаслідок цього нагріті тіла розширюються (стають дещо більшими). Вимірюючи розширення тіл, ми можемо дізнатись температуру! Прилад, що використовує цю властивість, має назву термометр. Зазвичай у термометрах використовують ртуть або спирт. Ці рідини нагріваються, розширюються, рухаються в тонкій трубочці, і їх рівень вказує значення температури.
У яких одиницях вимірюють температуру? У нашій країні для цього використовують градуси за шкалою Цельсія. Ця шкала названа на честь шведського вченого XVIII ст. Андерса Цельсія. Температура замерзання води позначена в ній як 0 °С, а кипіння — як +100°С. Температуру нижче точки замерзання води вважають від’ємною. Наприклад, –30 °С — це сильний мороз.
Термометри можуть бути різними (сучасні навіть можуть оцінювати температуру на відстані)
У процесі проведення наукового дослідження фінальним етапом є формулювання висновків роботи. Досі у практичних роботах цю частину вам допомагає робити вчитель (вчителька), але згодом вам потрібно навчитися робити це самостійно.
У висновках коротко, без подробиць, подають основні результати проведеної роботи, вказують, чи всі завдання були виконані, чи досягнута мета виконаної роботи.
Наведемо приклади.
Приклад 1. Дослідження температури плавлення речовин.
Якщо в оселі зникло електропостачання, дорослі запалюють свічки. Свічки потроху плавляться, рідина біля ґніту починає випаровуватися й горіти. Звісно, хочеться, щоб свічка опливала якомога повільніше. Раніше свічки виготовляли з парафіну, але згодом з’ясували, що його пари небезпечні для здоров’я. Сучасні свічки виготовляють із стеарину.
Стеарин не лише небезпечніший; він має ще одну важливу перевагу над парафіном. Дослідимо її.
Мета: дослідити, який із матеріалів — парафін чи стеарин — краще підходить для виготовлення свічок.
Завдання: Визначити температури, за яких відбувається плавлення парафіну й стеарину, та порівняти їх.
Для проведення дослідження використовуємо водяну баню. Ємність з водою стоїть на нагрівальному столику. Пробірку з досліджуваною речовиною (наприклад, парафіном чи стеарином) занурюємо у воду, що нагрівається.
Водяна баня для дослідження плавлення речовин
Температура досліджуваної речовини фіксується термометром, поміщеним у пробірку.
Ми бачимо, що парафін розплавився за температури близько +50 °С, а стеарин — близько +65 °С.
Висновок. Стеарин має вищу температуру плавлення, ніж парафін. Завдяки цьому стеаринова свічка буде менше «опливати» (краще тримати форму) під час горіння.
Приклад 2. Визначення зміни об’єму води під час її замерзання.
Зміна агрегатного стану може супроводжуватися зміною низки ознак, наприклад, об’єму. Можливо, ви помічали, що пластикова пляшка з водою змінює у морозилці холодильника свою форму. Лід ніби «розпирає» її зсередини. Перевіримо, чи справді об’єм вмісту пляшки збільшується під час заморожування води. Проведемо дослід.
Наллємо в пробірку із позначками воду до об’єму 6 мл. Покладемо її в морозильну камеру. Відзначимо, що об’єм рідини збільшився після заморожування. Залишимо пробірку за кімнатної температури. Після розморожування об’єм рідини в пробірці зменшився.
Мета: визначити причину зміни форми пластикової пляшки під час заморожування в ній води.
Завдання: дослідити зміну об’єму води під час зміни агрегатного стану.
Кількість води у пробірках була однаковою. У пробірці ліворуч воду було заморожено
Висновок. Під час зміни агрегатного стану води її об’єм змінюється, що й може бути причиною деформації пляшки.
У 1827 р. англійський ботанік Роберт Броун вивчав під мікроскопом рослинний пилок. Він помістив дрібний пилок у краплину води й помітив, що його частинки смикаються на всі боки. Невже пилок сам здатен рухатись? Щоб перевірити це, Броун спостерігав, як поводяться у воді частинки різноманітних речовин. З’ясувалося, що у воді рухалися будь-які доволі дрібні частинки.
Роберт Броун (1773–1858)
Рух дрібних частинок під мікроскопом бачили й інші вчені до Броуна. Та лише Броун виявився настільки допитливим, що відкрив нове явище, яке назвали броунівським рухом. Остаточно пояснити це явище зміг лише через століття Альберт Ейнштейн — один з найвідоміших учених за всю історію людства.
Броунівський рух — шлях частинок пилку у воді під мікроскопом
Броунівський рух — наслідок теплового руху молекул. Коли частинка, що перебуває у воді, зовсім дрібна, кожної миті її штовхають доволі багато молекул. Оскільки удари молекул неузгоджені, частинки смикаються то в один бік, то в інший.
В електронній версії підручника використані додаткові завдання, що відрізняються від тих, які містяться у друкованій версії
У стані розробки…