4. Topenie a tuhnutie - edu a tuhnutie.pdf · Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok 39 4. Topenie a tuhnutie Sneh a ľadové cencúle sa pôsobením teplého vzduchu a najmä

Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok 39

4. Topenie a tuhnutie

Sneh a ľadové cencúle sa pôsobením teplého vzduchu a najmä za slnečného počasia topia, ak dosiahnu určitú teplotu a za podmienky, že okolitý vzduch bude mať vyššiu teplotu.

Večer, keď slnko zapadne a teplota vzduchu klesá, voda z roztope-ného snehu či ľadových cencúľov začne pri určitej teplote zamŕzať – tuhne, mení sa na ľad, ak teplota vzduchu klesá.

Príprava na vyučovanieNa skúmanie topenia ľadu v balóne budeš potrebovať balón so za-

mrznutou vodou a doň vloženým teplomerom.

Pomôcky: balón, kvapalinový laboratórny teplomer s rozsahom od -10 do

100 °C, 25 ml vody, niť

Postup: a) Zisti si, koľko vody je 25 ml, približne takým množstvom vody je

potrebné naplniť balón. V balóne nemusí byť presné množstvo vody, a ak by si mal problém s jeho plnením, natiahni balón na výtok vody z vodovodu a napusť doň približne 25 ml.

b) Pred stiahnutím balóna z vodovodu ho treba stočiť tak, aby voda uzavretá v ňom bola bez vzduchovej bubliny.

c) Opatrne vlož do balóna laboratórny teplomer (napríklad liehový). Zaviaž balón s teplomerom tak, aby si mohol pozorovať jeho tep-lotu v rozsahu približne niekoľko stupňov pod 0 °C. Zisti, či voda z balóna nevyteká a vlož ho na niekoľko hodín do mrazničky.


40 Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok

4.1 TopeniePre pevné látky platí, že zohrievaním sa ich teplota zvyšuje. Keď tep-

lota dosiahne určitú hodnotu – teplotu topenia, ktorá je charakteristic-ká pre danú látku – mení látka svoje skupenstvo z pevného na kvapalné.

Niektoré látky, ako napríklad maslo alebo ľad, sa topia pri nižších teplotách. Iné látky, napríklad kovy, ako je oceľ, cín či železo, aby sa roztopili, potrebujú dosiahnuť oveľa vyššiu teplotu. Robí sa to v špe-ciálnych zariadeniach – vysokých peciach. Vtedy hovoríme o tavení.

Ani priebeh topenia nie je pri všetkých látkach rovnaký. Topenie parafí-nu alebo skla je iné ako topenie ľadu. Najskôr preskúmame topenie ľadu.

Pokus Ako prebieha topenie ľadu?

Pomôcky: balón s ľadom a teplomerom (podľa prípravy na vyučovanie), teplo-

mer, stojan s držiakmi, kahan, soľ, ľad, stopky, tyčinka na miešanie

Postup: a) Pred pokusom sa dohodnite v skupine, kto bude:

– sledovať čas a miešať kvapalinu v kadičke,– merať teplotu ľadu v balóne,– merať teplotu slanej vody v kadičke a robiť pozorovania,– zaznamenávať namerané hodnoty a ostatné pozorovania.

b) Podľa obrázka 30 zostav aparatúru. Do aparatúry nedávaj balón s ľadom skôr, kým nebudete pripravení začať pokus.

c) Do kadičky z varného skla daj toľko slanej vody, aby bol balón s ľadom po vložení do nej celý ponorený.

Pracuj v skupine.

POZNÁMKA: Pri odčítavaní teploty používaj

laboratórne okuliare.

Obr. 30 Zohrievanie ľadu v balóne

Tavenie ocele

Voda z roztopeného snehu vytvára cencúle.

4.1 Topenie


d) Urob slaný kúpeľ tak, že kocky ľadu zaleješ vodou a nasypeš do kadičky soľ. Kúpeľ by mal dosiahnuť teplotu okolo -3 °C.

e) Po odstránení všetkých kúskov ľadu pridaj do slaného kúpeľa tep-lomer a balón s ľadom a teplomerom. Oba teplomery upevni na držiak.

f) Presvedč sa, že balón s ľadom je celý vo vode, ale nedotýka sa dna kadičky.

g) Okamžite odmeraj teplotu ľadu v balóne a teplotu slaného kúpe-ľa. Namerané hodnoty zapíš do tabuľky k času 0 sekúnd.

Tabuľka: Hodnoty namerané počas zohrievania ľadu v balóne

čas[s]

teplota slaného kúpeľa [°C]

teplota v balóne[°C]

ostatné pozorovania

0

30

60

...

h) Požiadaj o zapnutie kahana. Teplotu v balóne a teplotu slaného kú-peľa zaznamenávaj každých 30 sekúnd do pripravenej tabuľky.

i) Zaznamenávaj aj ostatné pozorované javy, predovšetkým zmeny objemu balóna.

j) Kúpeľ zohrievaj po teplotu 40 °C, prípadne, až kým voda v balóne nezačne vrieť. Pri vare zaznamenaj teplotu najmenej dvakrát.

k) Namerané hodnoty zaznač do grafu závislosti teploty od času zo-hrievania. Do toho istého grafu nanes zároveň namerané hodnoty teploty ľadu v balóne aj namerané hodnoty teploty slaného kúpe-ľa. Záporné hodnoty teploty nanášaj na teplotnú os pod bod [0, 0].

Odpovedz:

1. Prezri si namerané hodnoty teploty ľadu a kúpeľa v tabuľke. Menia sa pravidelne?

2. Ako sa zmeny teploty prejavujú na čiare grafu? 3. Porovnaj čiary grafu pre teploty namerané v balóne a pre teploty

slaného kúpeľa. Sú čiary grafov rovnaké? 4. Pri akej teplote sa ľad v balóne začal topiť? 5. Za aký čas sa všetok ľad roztopil? 6. Ako si vysvetľuješ skutočnosť, že si balón s ľadom stále zohrieval

a teplota na teplomeri predsa istý čas nestúpala? 7. Vyhodnoť svoje pozorovania zmeny objemu balóna počas jeho zo-

hrievania. 8. Ak by si odvážil balón s ľadom pred pokusom a po roztopení ľadu,

vážil by rovnako alebo rozdielne? 9. Je hustota ľadu a vody rovnaká?

Ľad sa začína topiť pri teplote 0 °C pri určitom tlaku. Kým sa vše-tok ľad neroztopí, jeho teplota sa nemení, aj keď ho zohrievame. Ener-gia, ktorá sa dodáva ľadu zohrievaním, sa spotrebuje na premenu skupenstva – topenie. Topením sa menia aj polohy častíc, z ktorých sa skladajú látky, a na túto zmenu je potrebná energia.

POZNÁMKA: Slaný kúpeľ treba občas

pomiešať, aby sa zabránilo vyprsknu-tiu kvapaliny.

POZNÁMKA: Na zostavenie tabuľky

a kreslenie grafu použi počítačový program TopenieLad.cma (v C6lite).Program je dostupný na:www.fyzikus.fmph.uniba.sk

čas [s]0

teplota [°C]



Na grafe sa topenie kryštalických látok prejavuje vodorovnou čia-rou, čo znamená, že počas topenia sa teplota látky nemení.

Väčšina pevných látok vytvára kryštály, ktoré majú pravidelný geo-metrický tvar. Kryštály kuchynskej soli majú tvar kocky a ľad kryštalizu-je v pravidelných šesťbokých hranoloch. Ku kryštalickým látkam patria aj kovy.

Tieto látky majú za presne stanovených podmienok (tlak) určitú tep-lotu topenia.

Pri niektorých látkach, ako je sklo alebo parafín, nemožno presne určiť teplotu topenia. Pri parafíne sa uvádza, že jeho teplota topenia je medzi hodnotami 34 °C až 56 °C, to znamená, že pri tejto látke sa nedá presne určiť jej teplota topenia. Rovnako je to aj pri topení skla. Teplota topenia skla sa uvádza v rozpätí teplôt 800 °C až 1400 °C. Ide o osobitný druh látok so zvláštnymi vlastnosťami. Tieto látky nazývame beztvaré, iným slovom – amorfné.

Ak zohrievame kúsok skla, spočiatku zmäkne, ľahko sa ohýba alebo naťahuje. Pri ešte vyššej teplote vzniká látka, ktorá sa ťahá ako med, neskôr sa podobá smotane a napokon sa zmení na kvapalinu podobnú vode.

V tabuľke na strane 43 sú uvedené hodnoty teploty topenia niekto-rých známych látok.

Obr. 31 Graf závislosti teploty od času pri topení ľadu

Obr. 32 a) Kryštály kuchynskej soli b) Kryštály ľaduTopenie ľadu

Tavenie skla

čas [s]0

teplota [°C]

teplota topenia

4.1 Topenie


Tabuľka: Teploty topenia niektorých látok

látka teplota topenia [°C]

lieh -116

voda 0

cín 232

olovo 327

hliník 658

zlato 1063

meď 1084

oceľ 1400

železo 1535

Poznať fyzikálne charakteristiky látok, ako je teplota varu a teplo-ta topenia, je dôležité v mnohých priemyselných odvetviach (napríklad v hutníctve, sklárstve, ale aj v chemickom priemysle).

Rieš úlohy

1. Zisti teplotu topenia čokolády.a) Navrhni spôsob merania a vykonaj ho. Tvoj návrh by mal obsa-

hovať: – pomôcky,– postup,– návrh tabuľky na záznam údajov,– zhrnutie.

b) Je čokoláda kryštalická alebo amorfná látka?

2. V nádobách z rôznych kovov sa majú roztaviť iné kovy. Uváž a zdô-vodni, či by boli uskutočniteľné nasledujúce tavenia: a) v nádobe z cínu sa má roztaviť olovo,b) v nádobe z ocele sa má roztaviť hliník.

3. Vysvetli, čo znamená, že teplota topenia liehu je -116 °C a hliníka 658 °C. V akom skupenstve je lieh a hliník pri teplote 20 °C?

4. Urob pokus: skús rozrezať ľad pomocou drôtu a závažia (pozri ob-rázok vpravo).

Pomôcky: tenký drôt s dĺžkou 40 cm, väčší kus ľadu, 2 fľašky naplnené pieskom

(2 závažia)

Postup: a) Na konce drôtu pripevni 2 fľašky naplnené pieskom (závažia). b) Kus ľadu polož na podstavec a daj na naň drôt tak, aby visiace

závažia držali drôt napnutý.

Odpovedz:Ako si vysvetľuješ skutočnosť, že drôt prešiel ľadom bez toho, aby sa

ľad rozdelil na dve časti?

Obr. 33 Tavenie kovov



5. Urob pokus: Prilep kovový hrnček o drevenú doštičku bez lepidla.

Pomôcky: kovový hrnček, drevená doštička, kocky ľadu, kuchynská soľ, voda

Postup: a) Do kovového hrnčeka priprav zmes z ľadu a soli. b) Drevenú doštičku polej vodou a postav na ňu kovový hrnček so

zmesou. c) O chvíľu sa pokús zdvihnúť hrnček.

Odpovedz: Ako si vysvetľuješ, že sa hrnček neoddelil od doštičky?

Domáca príprava na vyučovanie

Do dvoch plastových pohárov nalej rovnaké množstvo vody tak, aby výška hladiny v oboch pohároch siahala 2 cm pod horný okraj pohárov. Poznač fixkou výšku hladiny vody v pohároch. Jeden z pohárov daj do mrazničky zamrznúť a druhý odlož ako kontrolu mimo chladničky.

4.2 TuhnutiePri skúmaní vlastností kvapalín sa voda často používa ako látka za-

stupujúca všetky kvapaliny. Správa sa však voda pri premenách sku-penstva, najmä tuhnutí a topení, naozaj ako reprezentant väčšiny kvapalných látok?

Pri premene vody na ľad pozorujeme, že ľad zväčší svoj objem opro-ti objemu vody. Ak by sme naliali do dvoch pohárov dve rozdielne kva-paliny, napríklad do jednej roztopený parafín zo sviečky a do druhej rovnaké množstvo vody, po stuhnutí oboch látok môžeme pozorovať, že parafín svoj objem zmenší, zatiaľ čo ľad oproti vode svoj objem zväč-ší. Mohli ste sa o tom presvedčiť, ak ste urobili pokus z domácej prípra-vy na vyučovanie. Väčšina kvapalín pri tuhnutí svoj objem zmenšuje, ale pre vodu to neplatí. Vysvetlenie správania sa látok pri premenách skupenstva je v ich časticovej stavbe. Častice kvapalných látok pri tuh-nutí spomaľujú svoj pohyb a ukladajú sa k sebe. Častice ľadu sú ďalej od seba ako častice vody, ukladajú sa veľmi neúsporne, a tak v pevnom skupenstve zaberajú väčší priestor ako v kvapalnom.

Toto zvláštne správanie vody má veľký význam pre život v prírode. Voda pri zamŕzaní svoj objem zväčšuje, a preto sa mení aj jej hustota.

parafín ľad

Obr. 34 Stuhnutý parafín a zamrznutá voda

4.2 Tuhnutie


Ľad má hustotu 917 kg/m3, ale hustota vody je väčšia, 1 000 kg/m3. Preto ľad na vode pláva. Voda má ešte jednu zvláštnosť – najväčšiu hustotu dosahuje pri 4 °C. Voda s touto teplotou klesá v jazere ku dnu – aj pod ľadom zostáva v kvapalnom skupenstve. Táto vlastnosť vody umožňuje rybám aj ostatným živočíchom prežiť zimu. Tento jav nazý-vame anomália vody.

Voda sa mení na ľad pri 0 °C. Túto teplotu nazývame teplotou tuh-nutia. Pokiaľ sa všetka voda nepremení na ľad, jej teplota meraná tep-lomerom sa nemení, hoci mrznúcu vodu stále ochladzujeme. Keď sa všetka voda premení na ľad, ktorý ďalej ochladzujeme, jeho teplota klesá.

Z pokusov sa dá zistiť, že teplota topenia a teplota tuhnutia má pre väčšinu látok rovnakú hodnotu.

Rozdiel medzi topením a tuhnutím látok je v tom, že pri tuhnutí mu-síme kvapalinu ochladzovať a pri topení musíme pevnú látku zohrievať.

Pokusom s látkou, ktorá sa nazýva tiosíran sodný, si môžeme pred-chádzajúce tvrdenie dokázať. Tiosíran sodný je kryštalická látka, ktorá sa používa napríklad na spracovanie čiernobielych filmov. Pretože má nízku teplotu topenia aj tuhnutia, je vhodná na pokusy v laboratóriu.

Pokus 1 Zisti teplotu topenia a tuhnutia kryštalickej látky tiosíranu sodného.

Pomôcky: tiosíran sodný, kahan, 2 laboratórne teplomery (digitálne/liehové),

kadička 250 ml, širšia skúmavka, sieťka, trojnožka, 2 svorky, stojan, stu-dená voda (kocky ľadu), trecia miska, injekčná striekačka s obsahom 20 ml, špajdľa na miešanie

Obr. 35 Prejavy anomálie vody v zime a v lete

Pracuj v skupine.

POZNÁMKA: Na snímanie teploty možno

využiť teplotnú sondu, počítač s prevodníkom a meracím panelom, program COACH.

16 °C

12 °C

8 °C

4 °C

-1 °C

0 °C

2 °C

4 °C



Postup: a) Pred pokusom sa dohodni s ostatnými členmi skupiny, kto bude:

– sledovať čas v 30-sekundových intervaloch,– merať teplotu tiosíranu sodného,– zaznamenávať namerané hodnoty do tabuľky,– ochladzovať vodný kúpeľ.

b) Na záznam času a teploty urob tabuľku asi so 40 riadkami. c) Zostroj aparatúru podľa obrázka A (ak budeš merať teplotu teplo-

mermi), prípadne podľa obrázka B (ak použiješ PC so sondou).

d) Tiosíran sodný rozdrv v trecej miske, daj ho do skúmavky a vlož do vodného kúpeľa – kadičky s vodou, ktorá má izbovú teplotu.

e) Pred zapnutím kahana pod kadičkou odmeraj teplotu tiosíranu sodného a zapíš do tabuľky k času 0 s.

f) Na miernom ohni zohrievaj vodu v kadičke, a tým aj tiosíran sod-ný po teplotu okolo 55 °C, potom kahan vypni.

g) Plynulo pokračuj v odčítavaní času. Pomaly ochladzuj vodný kú-peľ tak, že injekčnou striekačkou budeš odoberať vodu z kadičky a nahrádzať ju studenou, až kým tiosíran sodný nedosiahne tep-lotu okolo 22 °C. Tuhnúci tiosíran sodný neustále miešaj špajdľou.

h) Z nameraných hodnôt času a teploty zostroj graf.

Odpovedz na otázky:

1. Prezri si namerané hodnoty teploty tiosíranu sodného pri zohrieva-ní a ochladzovaní v tabuľke. Menia sa hodnoty pravidelne?

2. Pri akej teplote sa začal tiosíran sodný topiť? 3. Pri akej teplote začal tiosíran sodný tuhnúť? 4. Ako sa topenie a tuhnutie tiosíranu sodného prejavilo na čiare grafu?

čas [s] teplota [°C]0

30 60.....

Tabuľka: Namerané hodnoty času a teploty pri topení a tuhnutí tiosíranu sodného

Obrázok BObrázok A

čas [s]

teplota [°C]

tiosíran sodný

tiosíran sodný

vodný kúpeľ

vodný kúpeľ

4.2 Tuhnutie


Pokus 2Zisti, v akom teplotnom intervale sa topí a tuhne amorfná látka pa-

rafín.

Pomôcky: rovnaké ako v pokuse 1, ale namiesto tiosíranu sodného použijeme

parafín

Postup: Na záznam času a teploty budeš potrebovať rovnakú tabuľku ako

v pokuse 1.

Celý ďalší postup aj s aparatúrou a vyhodnotením je rovnaký ako v predchádzajúcom pokuse 1 na strane 46.

Na obrázku 36 je graficky znázornený priebeh topenia a potom prie-beh tuhnutia kryštalickej látky – tiosíranu sodného. Graf sme získali meraním v laboratóriu.

Tiosíran sodný je kryštalická látka, ktorej teplota topenia je 48 °C. Pri rovnakej teplote táto látka aj tuhne. Vodorovná čiara grafu znamená, že počas topenia či tuhnutia sa teplota látky nemení. Všetka dodávaná energia pri topení sa spotrebuje na zväčšenie pohybu častíc. Pri tuhnu-tí sa odoberá energia, častice spomalia svoj pohyb a usporadúvajú sa do určitých polôh.

V grafe závislosti teploty od času pri topení a tuhnutí parafínu má čiara grafu iný priebeh ako pri kryštalických látkach.

Pracuj v skupine.

POZNÁMKA: Parafín je dobré najskôr

nakrájať na malé šupinky, roztopiť v skúmavke a aj s teplomerom nechať v nej stuhnúť. Meranie realizuj až po tejto príprave.

šupinky parafínu

teplomer

roztopený parafín

vodný kúpeľ

Aparatúra na skúmanie topenia a tuhnutia parafínuObr. 36 Graf závislosti teploty od času pri topení a tuhnutí tiosíranu sodného

0 5 10 15 20

70

65

60

55

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0čas [min]

topenie tuhnutie

teplota [°C]



Parafín ako amorfná látka sa topí aj tuhne v teplotnom intervale od 34 °C do 56 °C. Častice amorfných látok sa pri premenách skupen-stva správajú inak ako častice kryštalických látok, neusporadúvajú sa do pravidelných štruktúr.

Rieš úlohy

1. Urob pokus: porovnanie tuhnutia čistej vody a slanej vody.

Pomôcky: 2 poháre z plastu, voda, kuchynská soľ, teplomer, odmerný valec

(odmerka), voda

Postup: a) Priprav nasýtený roztok kuchynskej soli vo vode. Nasýtený roztok

pripravíš tak, že do teplej vody pridáš toľko soli, aby po zamiešaní roztoku zostala časť soli na dne nádoby.

b) Nalej do jedného pohára čistú vodu a do druhého pohára rovna-ké množstvo slaného roztoku bez kryštálikov soli.

c) Oba poháre vlož do mrazničky a nechaj ich tam cez noc.d) Po vytiahnutí z mrazničky zmeraj teplotu slaného roztoku.

Odpovedz:1. Aká je teplota slaného roztoku po vytiahnutí z mrazničky?2. Prečo sa chodníky a cesty v zime posýpajú soľou?

2. Zisti si informácie a zaznamenaj si ich zdroj: a) Pri akej teplote nepomáha už proti námraze ani solenie ciest

a chodníkov? b) Prečo solenie neodporúčajú ekológovia?

3. Preskúmaj graf na s. 47 a vysvetli, čo sa dialo počas experimentu a merania v čase od:a) 0 do 5 min,b) 5 min do 10 min,

Obr. 37 Graf závislosti teploty od času pri topení a tuhnutí parafínu

0 2 4 6 8 10 12 14

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0čas [min]

začiatok topenia

látka je roztopená

zohrievanie ochladzovanie

začiatok tuhnutia

látka je stuhnutá

teplota [°C]

4.2 Tuhnutie


c) 10 min do 12,5 min, d) 12,5 min do 17,5 min, e) 17,5 min do 21 min.

4. Na grafe je zobrazený priebeh premeny skupenstva chemickej lát-ky, ktorá sa nazýva butylstearát. Butylstearát je organická látka, kto-rá sa využíva aj v kozmetike. Na základe odčítania hodnôt teploty a času z grafu, ako aj premýšľaním nad priebehom dejov pri preme-ne skupenstva, odpovedz na otázky:a) Na grafe je zobrazené zohrievanie či ochladzovanie butylstearátu?b) V akom skupenstve bol butylstearát v čase:

– od 0 po 5 minút,– od 8 po 12 minút?

c) Pri akej teplote butylstearát tuhne?d) Je butylstearát amorfná alebo kryštalická látka?e) Aká bola teplota butylstearátu na začiatku zaznamenávania tep-

loty?f) Za aký čas dosiahol butylstearát teplotu 0 °C?

Vieš, že...

... niektoré pevné látky sa zohrievaním menia priamo na plyn, napríklad jód či naftalín? Táto premena skupenstva sa nazýva sublimácia. Ak pary jódu alebo síry prudko ochladíme, vytvárajú kryštály. Túto premenu nazývame desublimácia. Pary jódu po ochladení na dne banky so studenou vo-dou vytvárajú kryštály čistého jódu.

Pravdepodobne najväčšia krúpa na svete sa našla v Kansase v USA v sep-tembri 1970. Jej hmotnosť bola 766 g.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

40

35

30

25

20

15

10

5

0

čas [min]

teplota [°C]



Úloha – dôležité slová 1. Vysvetli dôležité slová uvedené v pravom stĺpci. 2. K slovám v ľavom stĺpci priraď slová z pravého tak, aby významovo

patrili k sebe.

premena plynu na kvapalinu

topenie

tuhnutie

látka

graf

premena kvapaliny na plyn

kondenzácia rosný bod dážď teplota topenia rovnovážny stav oblak nasýtené pary zmena hustoty teplota tuhnutia destilácia kolobeh vody v prírode kryštalická látka amorfná látka závislosť teploty od času teplotný interval


Dlhodobá úloha

Meteorologické pozorovaniePredpoveď počasia je pre nás dôležitou informáciou. Vďaka pred-

povedi počasia vieme, ako sa obliecť na budúci deň a ako si napláno-vať víkend. Predpovede počasia nám pomáhajú pripraviť sa na ničivý vietor, záplavové dažde alebo na zavlažovanie polí a záhrad v období sucha.

Centrálnym pracoviskom pre predpoveď počasia u nás je Slovenský hydrometeorologický ústav v Bratislave, ktorý zbiera informácie pri-bližne z 50 meteorologických staníc na Slovensku. V tomto ústave sa zhromažďujú správy aj z iných štátov a kontinentov. Pre presné pred-povedanie počasia je dôležité, aby sa počasie sledovalo na rôznych miestach Zeme, ale aj vysoko vo vzduchu pomocou meteorologických balónov. Predpovedať počasie pomáhajú aj meteorologické družice.

Najväčší vplyv na počasie má prúdenie vzduchu. Slnko zohrieva zemský povrch a od neho sa prehrieva vrstva vzduchu nad ním. Teplý vzduch spolu s vodnými parami stúpa hore a na jeho miesto prichádza studený vzduch. Prúdením vzduchu vzniká vietor. Vietor prenáša ob-lačnosť a zrážky.

Úlohou meteorológov je skúmať deje v atmosfére, sledovať vývoj počasia, predpovedať a vysvetľovať ho. Meteorológovia pravidelne merajú teplotu, tlak vzduchu, smer a rýchlosť vetra, vlhkosť vzduchu, oblačnosť, množstvo zrážok. V správe o počasí sa dozvedáme aj o stave a čistote ovzdušia. V nasledujúcej úlohe máte vykonať merania a pozo-rovania podobným spôsobom, ako ich vykonáva meteorológ.

Obr. 38 Pracovisko Slovenského hydrometeorologického ústavu – meracie pole

Meteorologický balón

Snímka Európy z meteorologickej družice (29. 11. 2010) Zdroj: www.shmu.sk

POZNÁMKA: Dobre si prečítaj úlohu,

priprav si pomôcky a meradlá podľa návodov. Počas niekoľkých dní, v ktorých budeš zaznamenávať údaje, sleduj predpovede počasia v novinách a odkladaj si novinové výstrižky.Prípadne sleduj počasie na internete.

Pracuj v skupine.


Dlhodobá úloha

ÚlohaV priebehu najmenej 5 dní meraj, pozoruj a zaznamenávaj do tabuľky: – smer a rýchlosť vetra, – oblačnosť, – teplotu vzduchu, – zrážky,– vlhkosť vzduchu,– zmeny tlaku vzduchu,– zachytávanie prachových nečistôt v ovzduší. Pozorovania a merania zaznač do tabuľky Meteorologické pozorova-

nia na strane 53.

Pomôcky: meteorologická búdka, teplomer, zrážkomer, ukazovateľ smeru vetra,

anemometer, vlhkomer, zachytávač prachových čiastočiek, z jednodu-chých pomôcok zhotovený barometer, odmerný valec, hodinky, kompas

Postup: a) Pripravte si v triede pre každú skupinu pomôcky – meteorologic-

kú búdku, veternú smerovku, anemometer, zachytávač pra-chových čiastočiek (podľa návodov v tejto úlohe), vlhkomer, barometer (podľa návodov v projekte 1 s. 26 a 27), zrážkomer (podľa návodu z učebnice fyziky pre 6. ročník, s. 24).

b) Umiestnite meteorologickú stanicu na voľné priestranstvo škol-ského dvora.

c) Vedľa stanice umiestnite do zeme zrážkomer.d) Ukazovateľ smeru vetra položte vedľa škatule na podstavec me-

teorologickej stanice tak, aby pevne stál. e) Rýchlosť vetra budete zisťovať anemometrom a pomocou tabuľ-

ky na obrázku 42.

Okrem hodnoty rýchlosti vetra zaznamenávaj do tabuľky vietor aj slovami, ktoré sú tučne vytlačené na nasledujúcej strane.

Obr. 39 Meteorologická búdka

Obr. 40 Zrážkomer

Obr. 41 Ukazovateľ smeru vetra – veterná smerovka

veľkosť uhla

[°]

rýchlosť vetra [m/s]

veľkosť uhla

[°]


90 0 57 7

89 1,2 54 7,5

88 1,6 50 8

87 2 47 8,5

85 2,5 43 9

83 3 40 9,5

81 3,5 37 10

78 4 35 10,5

75 4,5 32 11

72 5 30 11,5

69 5,5 28 12

65 6 26 12,5

61 6,5 24 13

Obr. 42 Určovanie rýchlosti vetra pomocou anemometra a tabuľky


Dlhodobá úloha

slabý vietor – mierne sa pohybujú listy na stromochmierny vietor – zdvíha sa prach, hýbu sa malé vetvy stromovsilný vietor – hýbu sa veľké vetvy stromovprudký vietor – hýbu sa celé stromy víchrica – láme stromy, spôsobuje škody na stavbách (strháva ko-míny, škridlice zo striech)

f) Zaznamenaj počasie v jednotlivých dňoch pomocou značiek.g) Zachytávaj prachové čiastočky vo vzduchu.

Poznač si na zachytávač prachových čiastočiek svetové strany. Umiestni ho okolo nohy stojana meteorologickej stanice.

h) Daj do lepenkovej škatule teplomer, nainštaluj anemometer na okraj podstavca. Na hornú časť nohy stojana pripevni vlhkomer a na spodnú časť barometer.

i) Na zaznamenanie údajov si nakresli do zošita tabuľku.

Tabuľka: Meteorologické pozorovania

dátum pozorovania

teplota [°C] o hodine

smer vetra

vietor


záznam počasia pomocou znakov

množstvo zrážok [ml]

vlhkosť vzduchu [%]

tlak vzduchu (stúpa – klesá)

j) Po piatich dňoch pozorovania počasia meteorologickú stanicu ro-zober, uprav prostredie v jej okolí. Lupou si pozri nečistoty, ktoré sa nalepili na lepiacu pásku zachytávača prachových čiastočiek.

Odpovedz:

1. V ktorom dni a o koľkej hodine si nameral najvyššiu teplotu vzdu-chu?

2. V ktorom smere fúkal najčastejšie vietor a akú najväčšiu rýchlosť dosiahol?

3. Aké najväčšie množstvo zrážok si nameral? 4. Ktorý deň bola najväčšia oblačnosť? 5. Zachytili sa na lepidle zachytávača nejaké prachové nečistoty? Pozri

sa lupou. 6. Dá sa povedať, z ktorej svetovej strany ich vietor privial najviac? 7. V ktorý deň bola najväčšia vlhkosť vzduchu? 8. Porovnaj svoje záznamy o počasí s predpoveďou počasia uverejne-

nou v novinách. 9. Prezentuj svoje pozorovania pred triedou.

jasno

polojasno

zamračené

vietor

dúha

búrka

sneh dážď

dážď so snehomhmla

POZNÁMKA: Nepíš do učebnice!

Tabuľku si urob do zošita.



Návody na zhotovenie zariadení pre meteorologické pozorovania

Meteorologická búdkaPomôcky: drevená tyč s dĺžkou 120 cm, drevená rovná plocha s rozmermi

30 x 40 cm, hrubší klinec s dĺžkou okolo 15 cm

Popis:Základnou súčasťou meteorologickej stanice je podstavec zariadení

na pozorovania (obr. 39). Ide o drevenú tyč s dĺžkou 120 cm ukončenú rovnou plochou s rozmermi 30 x 40 cm. V rohu plochy treba odspodu pribiť kolmo na plochu klinec s dĺžkou okolo 15 cm. Vyčnievajúca časť klinca slúži ako súčasť veternej smerovky (obr. 41).

Je dôležité, aby bol podstavec na zariadenia umiestnený na voľnom priestranstve tak, aby namerané hodnoty neovplyvňovala prítomnosť stromov a budov, pretože by mohli skresliť výsledky meraní množstva zrá-žok, smeru a rýchlosti vetra. Podstavec má byť minimálne 1 m nad zemou.

Na plochu pripevníme škatuľu, ktorá slúži na uloženie teplomera. Škatuľa by mala mať nepremokavý povrch a musí ňou voľne prechá-dzať vzduch, ktorého teplotu meriame.

Ukazovateľ smeru vetra Pomôcky: tvrdý plastový materiál (tvrdší papier), výkres, skúmavka, slamka na

pitie, lepidlo, nôž

Postup: a) Priprav si z plastového materiálu alebo z tvrdšieho papiera šípku

a kormidlo.b) Slamku narež rovnako na oboch koncoch. Do jedného zárezu za-

strč šípku, do druhého zárezu na druhom konci kormidlo.c) Slamku prilep v jej strede na dno skúmavky.

Meteorologické stanice žiakov na školskom dvore

šípka

kormidloskúmavka

na klinci

slamka

Podstavec je vhodné urobiť na pracovnom vyučovaní.

Ukazovateľ smeru vetra – veterná smerovka

Meteorologická búdka

4.2 Tuhnutie


d) Priprav kríž svetových strán. Z výkresu vystrihni štvorec 20 x 20 cm a vyznač na ňom svetové strany podľa obrázka.

e) Štvorec s krížom svetových strán nasmeruj pri každom meteoro-logickom meraní pomocou kompasu.

Anemometer

Pomôcky: uhlomer z plastu, niť, stolnotenisová loptička, ihla, palička (20 cm)

Postup: a) Ihlou prepichni loptičku. b) Odstrihni niť dlhú 40 cm a na jednom konci urob na nej uzol. c) Pomocou ihly prevleč niť otvormi v loptičke. d) Druhý koniec nite uviaž o uhlomer podľa obrázka. e) Na uhlomer možno pripevniť (prilepiť izolepou) ako držadlo dre-

venú paličku. f) Pri meteorologickom pozorovaní nastav anemometer v smere

vetra a odčítaj na uhlomeri uhol, o aký sa vychýli niť. Pomocou tabuľky na strane 52 urč z odčítaného uhla výchylky nite – rých-losť vetra v metroch za sekundu [m/s].

Zachytávač prachových čiastočiek

Pomôcky: plastová fľaša, nožnice, izolepa, ihla, hrubšia niť

Postup: a) Z plastovej fľaše vystrihni valec s výškou 5 cm. b) Odstrihni 3 rovnako dlhé nite – 40 cm. c) Pomocou ihly urob do valca 3 otvory, ktoré sú od seba v rovnakej

vzdialenosti. d) Prevleč nite otvormi a uviaž. e) Nalep po obvode izolepu lepivou stranou von tak, aby sa na nej

mohli zachytávať nečistoty (obr. 43). f) Na meteorologickej stanici má zachytávač prachových čiastočiek

visieť okolo nohy podstavca. Nite je potrebné pripevniť pod rov-nú plochu.

Kríž svetových strán. Urob v strede otvor a nasuň na klinec pod smerovkou.

Obr. 43 Zachytávač prachových čiastočiek

nite

0,5 m5 cm

plastový valec s lepiacou páskou

drevená palička

stolnotenisová loptička

Anemometer

uhlomer

niť

90°

180°0°

odstrihnúť

stolček / rovná plocha stojana


Čo sme sa naučili

Hmla, rosa či námraza súvisia s premenou plynného skupenstva na kvapalné skupenstvo. Na chladných predmetoch či v chladnom vzdu-chu sa častice plynu začnú pohybovať pomalšie a spájať sa do kvapiek. Dochádza ku skvapalňovaniu – kondenzácii. Teplota, pri ktorej do-chádza k tvorbe vodných kvapiek, sa nazýva rosný bod. Vznik kvapiek je podmienený kondenzačnými jadrami – napríklad mikroskopickými prachovými čiastočkami v ovzduší.Dážď je dôsledok kondenzácie vodných pár v ovzduší.

Kondenzácia pár kvapalín je podstatou fyzikálnej metódy, ktorou sa oddeľujú kvapalné látky z kvapalných zmesí. Táto metóda sa na-zýva destilácia. Príkladom využitia destilácie je výroba destilovanej vody, ktorá sa využíva v laboratóriách ako rozpúšťadlo, v chladičoch automobilov či do naparovacích žehličiek.

Teplota topenia a tuhnutia je pre látku (za daných podmienok – tlaku) charakteristickou hodnotou. Pre vybrané látky sú hodnoty teploty tope-nia a tuhnutia uvedené v Matematicko-fyzikálno-chemických tabuľkách.

Pri tuhnutí sa látka ochladzuje. Častice látky spomaľujú svoj pohyb a v kryštalickej látke sa usporadúvajú do určitých polôh.

studená voda

prúdenie studenej – chladiacej vody

voda

destilát

Kolobeh vody v prírode

Rosa

kondenzácia

Pri topení látku zohrievame. Častice látky zrýchľujú svoj pohyb a narážajú do seba. Pri kryštalických látkach sa narúša ich štruktúra.

tuhnutie

topenie

Modelovanie dažďa Jednoduchá aparatúra na výrobu destilovanej vody


Čo sme sa naučili

Graf závislosti teploty od času pri topení

Teplota topenia a teplota tuhnutia je pre väčšinu látok rovnaká.

Premeny skupenstva

Meteorologické pozorovania sú založené na fyzikálnych meraniach a ich vyhodnotení.

Meteorológ skúma 6 základných meteorologických prvkov:1. oblačnosť,2. zrážky,3. prúdenie vzduchu (silu a smer vetra),4. teplotu vzduchu,5. tlak vzduchu,6. vlhkosť vzduchu.

vyparovanie

topenie

skvapalňovaniekondenzácia

tuhnutie

subl

imác

ia

desu

blim

ácia

19

17

0

0

[s]

teplota [°C] teplota [°C]

[s]čas

časPriebeh grafu pre kryštalickú látku – vodu Priebeh grafu pre amorfnú látku – butylstearát

Meteorologická stanica


Test 2 – vyskúšaj sa

Premena plynu na kvapalinu Topenie a tuhnutie

1. Máš vyriešiť problém, či možno roztopiť hliník v nádobe z olova. Opíš, ako by si pri riešení postupoval.

2. Na obrázkoch sú znázornené premeny skupenstva látok. Odpovedz na otázky pod obrázkami.

a) Ako nazývame deje znázornené na obrázku A, B, C? K akej pre-mene skupenstva pri nich dochádza? Pri ktorých dejoch musíme látku zohrievať a pri ktorých ochladzovať? (Odpovede zapíš do tabuľky.)

obrázok názov fyzikálneho deja

premena skupenstva

zohrievanie/ochladzovanie

A

B

C

b) Vodu, ktorá má izbovú teplotu (okolo 22 °C), zohrievame, kým za-čne vrieť. Označ osi grafu a voľnou rukou nakresli priebeh grafu, ktorý znázorňuje tento dej.

c) Kocky ľadu z mrazničky (okolo -4 °C) zohrievame, až sa roztopia na vodu. Označ osi grafu a voľnou rukou nakresli priebeh grafu, ktorý znázorňuje tento dej.

3. Občas sa stáva, že v letných mesiacoch padajú krúpy. Opíš, k akým dejom dochádza v atmosfére Zeme, ktoré predchádzajú padaniu krúp. (Snaž sa opísať dej od začiatku.)

A B C

čas [min]0

0 čas [min]

teplota [°C]

úloha b)

úloha c)

teplota [°C]

POZNÁMKA: Nepíš do učebnice!

Tabuľku a grafy kresli do zošita.


Test 2

4. Na troch grafoch je znázornený priebeh zohrievania alebo ochla-dzovania látky a premena jej skupenstva.

a) Rozhodni, ktorý z nich znázorňuje ochladzovanie látky a jej tuh-nutie.

b) Myslíš si, že obrázky znázorňujú premeny skupenstva kryštalickej či amorfnej látky? (Vyber správne slovo z predchádzajúcej vety.)

5. Na obrázku je znázornená koc-ka ľadu plávajúca na vode. Vy-svetli, prečo kocka ľadu (ľadová kryha) pláva na vode a nepo-norí sa. Vo vysvetlení použi aj termín hustota.

A

teplota [°C]

čas [s]

B

čas [s]

C

čas [s]

teplota [°C] teplota [°C]

Documents

4. Topenie a tuhnutie - edu a tuhnutie.pdf · Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok 39 4. Topenie a tuhnutie Sneh a ľadové cencúle sa pôsobením teplého vzduchu a najmä