Почему стеклянную трубочку уровня каким пользуются строители

Цель занятия: систематизировать знания о тепловых явлениях; продолжить формирование умений выделять тепловые явления, описывать их физическими величинами, графиками, формулами; организовать контроль и взаимоконтроль изученного.

1. Актуализация знаний

2. Виды агрегатных состояний вещества

3. Решение задач

I. Организационный момент.

II. Актуализация знаний (разгадывание кроссворда по вариантам).

Слова записываются только по горизонтали. В результате заполнения кроссворда появится ключевое слово – название одного из тепловых явлений.

1. Интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объёму жидкости при определённой температуре.

2. «Еда» для двигателя внутреннего сгорания.

3. Один из процессов (тактов) двигателя внутреннего сгорания.

4. Явление превращения жидкости в пар.

5. Переход вещества из жидкого состояния в твёрдое состояние.

6. Парообразование, происходящее с поверхности жидкости.

7. Природное явление, связанное с конденсацией водяного пара.

8. Прибор для определения влажности воздуха.

9. Вещество, образовавшееся в результате кристаллизации воды.

Ответы на вопросы кроссворда. Кипение, топливо, сжатие, парообразование, кристаллизация, испарение, туман, иней. Ключевое слово (по вертикали выделено жирной линией) – плавление.

1. Переход вещества из твердого состояния в жидкое состояние.

2. Вещество, образовавшееся в результате кристаллизации воды.

3. Один из процессов (тактов) двигателя внутреннего сгорания.

4. Природное явление, связанное с конденсацией водяного пара.

5. Явление превращения жидкости в пар.

6. Прибор для определения влажности воздуха.

7. Явление превращения пара в жидкость.

8. Интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объёму жидкости при определённой температуре.

9. Переход вещества из жидкого состояния в твёрдое состояние.

Ответы на вопросы кроссворда. Плавление, снег, выпуск, роса, парообразование, гигрометр, конденсация, кипение, отвердевание. Ключевое слово (по вертикали выделено жирной линией) – испарение.

Взаимопроверка, выставление оценок в оценочный лист.

При разгадывании кроссворда вам встретились процессы, связанные с изменением агрегатных состояний вещества. Назовите их.

Ответ. Плавление, кристаллизация, парообразование (испарение и кипение), конденсация.

В чем сходство и различие испарения и кипения?

Ответ. Сходство в том, что испарение и кипение – два способа парообразования, сопровождающиеся поглощением тепла. Отличие в том, что испарение происходит при любой температуре, а кипение — при определенной и постоянной для каждой жидкости температуре.

IV. Решение задач

1) На рисунке изображен график изменения температуры некоторого кристаллического вещества массой 500 г. В точке А вещество находилось в жидком состоянии.

а) Каким процессам соответствуют участки графика АВ и ВС? Что это за вещество?

б) В каком состоянии находилось вещество в точках К, М и С?

в) В какой из точек (К или М) молекулы данного тела обладают большим запасом кинетической энергии? Почему?

г) В какой из точек (В или С) внутренняя энергия вещества больше? Почему?

д) Сколько теплоты выделится через 11 мин после начала наблюдения?

Ответы. а) АВ – охлаждение жидкого вещества, ВС – кристаллизация. График составлен для свинца, т.к. температура кристаллизации 327˚С.

б) В точке К свинец находился в жидком состоянии, в точке М – часть свинца в жидком, а часть – в твердом состоянии, в точке С – в твердом состоянии.

в) В точке К молекулы свинца обладают большим запасом кинетической энергии. При охлаждении средняя скорость движения молекул уменьшается, следовательно, уменьшается и их средняя кинетическая энергия.

г) При температуре плавления внутренняя энергия вещества в жидком состоянии больше внутренней энергии такой же массы вещества в твердом состоянии, т.к. при отвердевании вещества выделяется определенная энергия. Следовательно, в точке В внутренняя энергия свинца больше, чем в точке С.

д) Q₁ = c m Δt = 2100 Дж;

Q₂ = λ m = 12500 Дж;

2) На рисунке изображены графики нагревания трех жидкостей.

а) Какова температура кипения второй жидкости? Что это за жидкость?

б) Через сколько минут после начала наблюдения закипела первая жидкость?

в) Какое количество теплоты передано третьей жидкости для того, чтобы нагреть ее и полностью превратить в пар, если масса этой жидкости равна 500 г?

Ответы. а) 80˚С, спирт.

б) Через 15 минут.

в) Q₁ = c m Δt = 41125 Дж;

Q₂ = L m = 450000 Дж;

V. Ум – хорошо, а два – лучше (работа в парах).

Найдите ошибки в тексте!

Дан график плавления цинка массой 1 кг. Участок АВ соответствует нагреванию жидкого металла, участок ВС – плавлению. Процесс плавления длился 30 минут. Он сопровождался выделением 2,1·10 5 Дж энергии. Участок СD соответствует охлаждению жидкого металла.

Дан график плавления олова, т.к. температура его плавления 232˚С.

АВ – нагревание твердого металла.

Процесс плавления длился 10 минут.

Он сопровождался поглощением 5,9 ·10 4 Дж энергии.

СD – нагревание жидкого металла.

1. Почему лёд не сразу тает, если его внести с мороза в теплую комнату?

2. Почему стеклянную трубочку уровня, каким пользуются строители, наполняют не водой, а спиртом?

3. Почему овощные культуры на участках, находящихся возле водоёмов (рек, озёр, прудов), меньше страдают от заморозков, чем расположенные вдали от них?

4. Объясните, почему повышается температура воздуха при снегопаде и понижается во время ледохода?

5. Какая ошибка, с точки зрения физики, допущена автором следующих стихов:

Она жила и по стеклу текла,

Но вдруг её морозом оковало,

И неподвижной льдинкой капля стала,

А в мире поубавилось тепла.

6. Зачем горячий чай переливают в блюдце и дуют на него?

7. Почему перед дождём становится тепло?

Подведем итог нашим ответам. Какие процессы идут с выделением энергии? С поглощением энергии?

Ответ. Кристаллизация и конденсация — с выделением энергии, плавление и парообразование – с поглощением энергии.

На рисунке изображен график изменения температуры некоторого кристаллического вещества массой 2 кг. В точке А вещество находилось в твердом состоянии.

1) Что это за вещество?

2) Каким процессам соответствуют участки графика АВ,

ВС и СД? Как изменяется внутреннее строение вещества

в течение всего времени наблюдения?

3) Какое количество теплоты передано веществу на участке

2 вариант

На рисунке приведен график конденсации пара и

1) Какая это жидкость?

2) Сколько времени длился процесс конденсации?

В какой точке (А или В) кинетическая энергия молекул

вещества больше? Почему? В каком состоянии находится

вещество через 10 минут после начала наблюдения?

3) Какое количество теплоты выделится на участке АС, если масса пара 0,5 кг?

Список использованной литературы:

1. Физика. 10 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. — 19-е изд. — М.: Просвещение, 2010. — 366 с.: ил.
2. Марон А.Е., Марон Е.А. «Сборник качественных задач по физике 10 кл, М.: Просвещение, 2006
3. Л.А. Кирик, Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Методические материалы для преподавателя 10 класс,М.:Илекса, 2005.-304с:, 2005
4. Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Физика 10 класс.-М.: Мнемозина,2010

Содержание

Строение вещества. [ править ]

Еще в глубокой древности, 2500 лет назад, некоторые ученые высказывали предположение о строении вещества. Греческий ученый Демокрит ( 460 — 370 лет до н. э.) считал, что все вещества состоят из мельчайших частичек. В научную теорию эта идея превратилась только в 18 в. и получила дальнейшее развитие в 19 в. Появление представлений о строении вещества позволило не только объяснить многие явления, но и предсказать, как они будут протекать в тех или иных условия.

Многие опыты подтверждают представления о строении вещества. Рассмотрим некоторые из них.

Попытаемся сжать теннисный мячик. При этом объем воздуха, который заполняет мяч, уменьшится. Можно уменьшить и объем надувного шарика, и кусочка воска, если приложить некоторое усилие.

Объем тела изменяется также при его нагревании и охлаждении.

Проделаем опыт. Возьмем медный или латунный шарик, который в не нагретом состоянии проходит сквозь кольцо. Если шарик нагреть, то, расширившись, он уже сквозь кольцо не пройдет. Через некоторое время шарик, охладившись (а значит и уменьшившись в размере), и частично нагрев кольцо, (а значит, увеличив его), он вновь пройдет сквозь кольцо.

С помощью опыта определим, как меняется объем жидкости при нагревании.

Колбу, наполненную доверху водой, плотно закроем пробкой. Сквозь пробку пропускаем стеклянную трубочку. Вода частично заполнит трубочку. Отметим уровень жидкости в трубке. Нагревая колбу, мы заметим, что через некоторое время уровень воды в ней повысится.(иллюстрация к опыту)

Значит, при нагревании объем тела увеличивается, а при охлаждении уменьшается.

Попытаемся объяснить, почему происходит изменение объема тела.

По-видимому, все вещества состоят из отдельных частичек, между которыми имеются промежутки. Если частицы удаляются друг от друга, то объем тела увеличиваются. И если частички сближаются, объем тела уменьшается.

Тогда возникает вопрос: если тела состоят из мельчайших частичек, почему они кажутся нам сплошными?

Современная наука доказала, что частицы вещества так малы, что мы их не видим.

Для того, чтобы убедиться в том, что частицы вещества малы, проделаем опыт.

В сосуде с водой растворим маленькую крупинку гуаши. Через некоторое время вода в нем станет синей. Отольем немного воды в другой сосуд и дольем в него чистую воду. Раствор во втором сосуде будет окрашен слабее, чем в первом. Потом повторим всю операцию, но уже с водой из второго сосуда. В третьем сосуде вода будет окрашена еще слабее чем во втором, и гораздо слабее, чем в первом.

Поскольку в воде растворили очень маленькую крупинку гуаши и только часть ее попала в третий сосуд, можно предположить, что крупинка состояла из большого числа мельчайших частичек, как, впрочем, и вода, в которой растворили гуашь. Это называется диффузией, но об этом позже.

Этот опыт, как и многие другие подтверждают гипотезу о том, что вещества состоят из очень маленьких частиц.

Молекулы. [ править ]

Все вещества состоят из отдельных частиц — это было доказано современной наукой. Эти частицы были названы молекулами (в переводе с латинского "маленькая масса").

Молекула вещества — это мельчайшая частица данного вещества.

Например, самая маленькая частица воды — это молекула воды. Наименьшая частица соли — это молекула соли.

Попытаемся представить себе, каковы размеры молекул.

Если можно было бы уложить в один ряд вплотную друг к другу 10 000 000 (или 10-7 степени) молекул воды, то получилось бы ниточка всего в 2мм. Малый размер молекул позволяет получить тонкие пленки различных веществ. Капля масла, например, может растекаться по воде слоем толщиной всего в 0,000002 м (или 2 · 10-6 степени).

Даже небольшие тела состоят из огромного вещества молекул. Так, например, в крупинке соли или сахара содержится очень большое число молекул. Подсчитано, что в 1 см³ воздуха находится около 27 · 1018 степени молекул. Чтобы понять, насколько велико это число, представим следующее. Через маленькое отверстие пропускают по миллиону молекул в секунду, тогда указанное количество молекул пройдет через отверстие за время 840 000 лет.

Из-за очень малых размеров молекулы невидимы невооруженным глазом или в обычные микроскопы. Но при помощи специального прибора — электронного микроскопа — удалось сфотографировать наиболее крупные из них. На рисунке показано расположение молекул белка.

Окружающие нас тела, даже похожие на первый взгляд, будут различны. В природе вы не встретите двух совершенно одинаковых снежинок или песчинок, людей, животных и пр.

Ученые с помощью опытов доказали, что молекулы разных веществ отличаются друг от друга, а молекулы одного и того же вещества одинаковы. Например, воду, полученную из сока или молока, нельзя отличить от воды, полученной путем перегонки из морской воды. Молекулы воды одинаковы. Из таких молекул не может состоять никакое другое вещество.

Молекулы, в свою очередь, состоят из еще более мелких частиц — атомов.

Например, наименьшая частица воды — это молекула воды. Она состоит из трех атомов: двух атомов водорода и одного атома кислорода. Из курса химии вы узнаете, что воду обозначают H2O. H — атом водорода, O — атом кислорода.

Молекулы принято изображать схематически, т. е. с помощью моделей молекул. Две молекулы воды показаны на рисунке. Если разделить две молекулы воды, то образуется два атома кислорода и четыре атома водорода. На следующем рисунке показано, что каждые два атома водорода могут соединиться в молекулу водорода, а атомы кислорода — в молекулу кислорода.

Атомы тоже состоят из более мелких частиц, но об этом вы узнаете в курсе химии 8 класса.

Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах. [ править ]

Всем хорошо известно, что если в комнату внести какое-либо пахучее вещество, например, духи или нафталин, то запах вскоре будет чувствоваться во всей комнате. Распространение запахов происходит из-за того, что молекулы духов (или нафталина) движутся.

Возникает вопрос, почему же запах в комнате распространяется не мгновенно, а спустя некоторое время.

Дело в том, что движению молекул пахучего вещества в определенном направлении мешает движение молекул воздуха. Молекулы духов (или нафталина) на своем пути сталкиваются с молекулами газов, которые входят в состав воздуха. Они постоянно меняют направление движения и, беспорядочно перемещаясь, разлетаются по комнате.

Проделаем опыт, который можно объяснить только тем, что тела состоят из молекул, которые находятся в непрерывном движении.

Нальем в мензурку (или стакан) немного медного купороса, имеющего темно-голубой цвет. Сверху осторожно добавим чистой воды.

Вначале между водой и медным купоросом будет видна резкая границ, которая через несколько дней станет не такой резкой. Граница, отделяющая одну жидкость от другой, исчезнет через 2-3 недели. В сосуде образуется однородная жидкость бледно-голубого цвета. Это значит, что жидкости перемешались.

Наблюдаемое явление объясняется тем, что молекулы воды и медного купороса, которые расположены возле границы раздела этих жидкостей, поменялись местами. Граница раздела стала расплывчатой. Молекулы медного купороса оказались в нижнем слое воды, а молекулы воды переместились в верхний слой медного купороса.

Если дать мензурке постоять 2-3 недели, то граница между ними будет еще более расплывчатой и постепенно совсем исчезнет. Вся вода окрасится в голубой цвет. Это происходит потому, что молекулы, двигаясь непрерывно и беспорядочно, распространяются по всему объему. Жидкость в сосуде становится однородной.

Явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого, называется диффузией.

В твердых телах также происходит диффузия, но только еще медленнее.

Например, очень гладко отшлифованные пластинки свинца и золота кладут одна на другую и ставят на них некоторый груз. (Пластинку золота, как более тяжелую, располагают внизу.) При комнатной температуре (20°С) за 4-5 лет золото и свинец взаимно проникают друг в друга на расстояние около 1мм. Во всех приведенных опытах мы наблюдаем взаимное проникновение молекул веществ, т. е. диффузию.

Явление диффузии играет большую роль в природе. Так, например, благодаря диффузии поддерживается однородный состав атмосферного воздух вблизи поверхности Земли. Диффузия растворов различных солей в почве способствует нормальному питанию растений и т.д.

Взаимное притяжение и отталкивание молекул. [ править ]

Если все тела состоят из мельчайших частиц (молекул или атомов), почему же твердые и жидкости не распадаются на отдельные молекулы или атомы? Что заставляет их держаться вместе, ведь молекулы разделены между собой промежутками и находятся в непрерывном беспорядочном движении?

Дело в том, что между молекулами существует взаимное притяжение. Каждая молекула притягивает к себе все соседние молекулы и сама притягивается ими.

Когда мы разрываем нить, ломаем палку или отрываем кусочек бумаги, то преодолеваем силы притяжение между молекулами.

Заметить притяжение между двумя молекулами совершенно невозможно. Когда же притягиваются многие миллионы таких частиц, взаимное притяжение становится значительным. Поэтому трудно разорвать руками веревку или стальную проволоку.

Притяжение между молекулами в разных веществах неодинаково. Этим объясняется различная прочность тел. Например, стальная проволока прочнее медной. Это значит, что частицы стали притягиваться друг к другу сильнее, чем частицы меди.

Притяжение между молекулами становится заметным только тогда, когда они находятся очень близко друг к другу. На расстоянии, превышающем размеры самих молекул, притяжение ослабевает. Две капли воды сливаются друг с другом, если они соприкасаются. Два свинцовых цилиндра сцепляются вместе, если их вплотную прижать друг к другу ровными, только что срезанными поверхностями. При этом сцепление может быть настолько прочным, что цилиндры не удается оторвать друг от друга даже при большой нагрузке.

Однако осколки стекла нельзя срастить, даже плотно прижимая их. Из-за неровностей не удается их сблизить на то расстояние, на котором частица могут притянуться друг к другу. Но если размягчить стекло путем нагрева (плавление), то различные части можно сблизить и стекло в этом случае спаивается.

Это значит, что частицы стекла оказались на таком расстоянии, когда действует притяжение между ними.

Соединение кусков металла при сварке или при спайке, а также склеивание основано на притяжении молекул друг к другу.

Следовательно, между двумя молекулами (атомами) существует взаимное притяжение, которое заметно только на расстояниях, сравнимых с размерами самих молекул (атомов).

Тогда попытаемся выяснить, почему между молекулами имеются промежутки. Если молекулы притягиваются друг к другу, то они должны как-то слипнуться. Этого не происходит потому, что между молекулами (атомами) в то же время существует отталкивание.

На расстояниях, сравнимых с размерами самих молекул (атомов), заметнее проявляется притяжение, а при дальнейшем сближении — отталкивание.

Многие наблюдаемые явления подтверждают существование отталкивания между молекулами.

Так, например, сжатое тело распрямляется. Это происходит потому, что при сжатии молекулы оказываются на таком расстоянии друг от друга, когда начинает проявляться отталкивание.

Некоторые явление в природе можно объяснить притяжением молекул друг к другу, например смачивание твердого тела жидкостью.

Опыт. К пружине подвешиваем на нитке стеклянную пластинку так, чтобы ее нижняя поверхность была расположена горизонтально. Эту пластинку подносим к сосуду с водой так, чтобы она легла на поверхность воды. При отрывании пластинки от воды, пружинка заметно растянется. Это доказывает существование притяжения между молекулами. По растяжению пружины, можно видеть насколько оно велико. Оторвав пластинку от воды, можно увидеть, что на ней остается тонкий слой воды, т.е. пластинка смочена водой. Значит, при отрывании пластины, мы преодолеваем притяжение между молекулами воды. Разрыв произошел не там, где соприкасаются молекулы воды с частицами стекла, а там, где молекулы воды соприкасаются друг с другом.

Строительный уровень – ватерпас, необходимый инструмент при определении отношения строительных плоскостей к горизонту. В последнее время на смену этому инструменту приходят лазерные, а еще раньше стали применяться оптические приборы типа теодолит, нивелир. Однако профессиональные инструменты мало используются в домашнем строительстве. Они дороги, кроме того, с помощью обычного ватерпаса проводили измерения при строительстве, настоящих шедевров архитектуры, задолго до изобретения мудреных приборов. Давайте вспомним, как сделать водяной уровень своими руками, тем более это очень просто.

Ватерпас существуют в двух разновидностях.

• Ватерпас в виде планки различной длины со стеклянной продолговатой колбочкой в середине с запаянной в ней колбочкой. При горизонтальном положении планки пузырек оказывается точно по середине колбочки.

• Уровень работающий по принципу сообщающихся сосудов. Состоит в примитивном исполнении из трубки со стеклянными воронками на концах. Трубка, заполненная водой до середины воронок размещенная строго по горизонтали показывает одинаковый уровень жидкости в обоих воронках. Принцип работы показан на рисунке ниже.

Несмотря на то, что уровень – это примитивный инструмент, он широко используется в строительстве благодаря своим преимуществам перед другими приборами, а именно:

• простота измерения в сочетании с высокой точностью измерений;
• легко изготовить из подручных материалов;
• прибор можно использовать для определения отношения плоскостей к горизонту имеющих длину от одного до десяти и более метров.

Единственный недостаток водяного уровня – его нельзя использовать в холодное время года. Однако если воду заменить незамерзающей жидкостью то и этот недостаток преодолим.

Водяной уровень можно приобрести в магазинах строительной техники, или же изготовить своими руками. Он недорогой, однако, зачем тратить не лишние деньги, если можно изготовить прибор своими руками. Особенно показательно изготовить уровень вместе с ребенком и научить его первичным строительным навыкам. Умение определять уровень – это основополагающее знание строителя любого уровня подготовки, пригодится даже при строительстве скворечника.

Материал для изготовления водяного уровня своими руками

• Прозрачный шланг с внутренним диаметром около 7 мм. Такие шланги можно приобрести в хозяйственном магазине, иногда используются в аквариумистике и поэтому можно приобрести в зоомагазине. Длина шланга в среднем 10 метров;
• Шприц одноразовый на 20 мл с широкой канюлей;
• Герметик в виде пластилина;
• Резиновые или пробковые пробки под диаметр шприца. Вместо пробок можно использовать поршни от шприца с отрезанные на половину;
• Вода водопроводная или незамерзающая жидкость, используемая для обмывания стекол автомобиля в дождливую погоду;
• Ведра для воды.

Последовательность сборки водяного уровня

Приступим к изготовлению водяного уровня своими руками. Процесс состоит из следующих этапов:

• На концы прозрачного шланга нанизываем канюли шприцов. Для надежной фиксации концы залепляем предварительно размятым герметиком. Делать надо аккуратно. Правильно подобранный герметик надежно закрепит соединения между шприцом и шлангом.
• Ведро с водой или жидкостью ставим на возвышенную поверхность. Один конец шланга вместе со шприцом со снятым поршнем опускаем в ведро, второй конец со шприцом и поршнем находящемся в крайнем нижнем положении опускаем в ведро максимально ниже первого ведра.
• Шприцом, на нижнем конце шланга, засасываем жидкость внутрь шланга. До тех пор пока поршень не выйдет из шприца. Далее жидкость самотеком побежит в нижнее ведро. Таким образом заполним всю систему жидкостью без пузырьков.
• Выравниваем уровень жидкости таким образом, чтобы шприцы были заполнены наполовину.
• Закрываем шприцы пробками или поршнем от шприца с отрезанным наполовину штоком.

На видеоролике показан процесс заправки водяного уровня. Главное, чтобы в трубке не осталось ни одного пузырька воздуха.

Применение водяного уровня

Делаем замеры уровня поверхности по отношению к горизонту.

• Работу проводим вдвоем. Наносим отметку приблизительно половина метра от пола. К ней прикладываем конец шланга с разметкой на шприце и фиксируем в этот конец на отметке.
• С другой стороны противоположный конец трубки прикладываем приблизительно на том же уровне, что и противоположный конец. Далее перемещая конец трубки вверх или вниз добиваемся совпадения уровня жидкости на одинаковых отметках. В найденной точке делаем метку.
• Таким же образом поступают на других стенах помещения и также делают отметки карандашом. Рулеткой отмеряют самое маленькое расстояние до основания, все остальные точки, выше указанной необходимо поднять до нулевой отметки на линии горизонта.

Как видите пользоваться водяным уровнем достаточно просто, а результат измерений точен и приемлем для домашнего строительства. Итак, мы рассмотрели, как легко изготовить водяной уровень своими руками и как им пользоваться. Теперь даже, когда рядом не будет строительных магазинов, Вы сможете изготовить уровень самостоятельно.

Видео

Предлагаем посмотреть, как пользоваться водяным уровнем, изготовленным своими руками.