Исследование физических свойств воды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Управление образования Минского областного исполнительного комитета

Отдел образования Жодинского городского исполнительного комитета

Государственное учреждение образования

«Средняя школа №6 г. Жодино»

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

Исследование физических свойств воды

(Секция «Физика»)

Выполнили:

Лойко Илья Игоревич,

Ермачёнок Даниил Витальевич, учащиеся 8 «В» класса

Жодино 2015

Содержание

• Введение
• Глава 1. Проверка опыта Мпембы
• Глава 2. Исследование температуры замерзания воды в зависимости от концентрации соли
• Опыт 1. Зависимость температуры кипения воды от концентрации растворённой в ней соли
• Опыт 2. Зависимость температура кипения от атмосферного давления
• Опыт 3. Зависимость температуры кипения от высоты столба жидкости в сосуде
• Опыт 4. Зависимость температуры кипения от продолжительности кипения
• Заключение
• Литература

Введение

Аномальные свойства воды, определяющие, в том числе, и наличие жизни на Земле -- её переменная плотность, высокая теплоёмкость и большое поверхностное натяжение, объясняются двумя типами структур, в которые самоорганизуются молекулы жидкости.

Учёным давно были известны 66 необъяснимых свойств воды, отличающих её от большинства других химических веществ, встречающихся в жидком состоянии. Так, в отличие от всех известных жидкостей, плотность которых монотонно увеличивается с понижением температуры, плотность воды максимальна при 4 градусах Цельсия, а при дальнейшем понижении температуры вновь начинает убывать. Это уникальное свойство воды делает возможной жизнь в реках и озёрах -- в противном случае эти относительно мелкие водоёмы неизбежно промерзали бы до дна в зимний период и были бы лишены всех живых организмов, за исключением, может быть, простейших бактерий экстремофилов.

Вода обладает огромной теплоёмкостью -- благодаря этому теплые океанические течения согревают многие северные регионы планеты, принося тепло из южных широт. Мы решили изучить некоторые свойства воды.

Цель работы: Определение уникальных свойств воды, связанных с замерзанием и кипением.

Задачи:

1. Опытным путём проверить выполнимость эффекта Мпембы;

2. Исследовать зависимость температуры замерзания воды от концентрации соли в ней;

3. Исследовать зависимость температуры кипения воды от различных факторов.

Объект исследования: вода.

Предмет исследования: физические свойства воды.

Глава 1. Проверка опыта Мпембы

Что замерзает быстрее, холодная или горячая вода? По логике вещей ответ очевиден. Должна замерзнуть раньше холодная вода, потому что горячая должна ещё остыть до температуры холодной. Но нет, на самом деле раньше замерзнет горячая вода. Эти интересные факты о воде обнаружил в 1936 году студент из Танзании Эристо Б. Мпемба. Эффект Мпембы, или парадокс Мпембы - парадокс, который гласит, что горячая вода может замёрзнуть быстрее, чем холодная, хотя при этом она должна пройти температуру холодной воды в процессе замерзания.

Мы решили проверить на опыте «Эффект Мпембы». Ведь история знает один поучительный пример. Сколько ног у мухи? На этот вопрос ответить очень просто, не правда - ли? Достаточно поймать муху и сосчитать. У мухи 6 ног. Но! На протяжении более 2000 тысяч лет (примерно с 340 г. до н. э. и до конца 18 века), вся официальная наука утверждает - у мухи 8 ног. Источники ошибки - работы Аристотеля. Как уж он умудрился так ошибиться - не известно. Но как, почему, две тысячи лет ни один учёный не удостоился поймать муху и проверить так ли это?

Есть несколько вариантов объяснения этого парадокса:

1) Горячая вода быстрее испаряется из контейнера, уменьшая тем самым свой объём воды с той же температурой замерзает быстрее. В герметичных контейнерах холодная вода должна замёрзнуть быстрее.

2) Наличие снеговой подкладки в морозильной камере холодильника. Контейнер с горячей водой плавит под собой снег, улучшая тем самым тепловой контакт со стенкой морозильника. Контейнер с холодной водой не плавит под собой снег. При отсутствии снеговой подкладки контейнер с горячей водой должен замерзать медленнее.

3) Холодная вода начинает замерзать сверху, ухудшая тем самым процессы теплоизлучения и конвенции, а значит и убыли тепла, тогда как горячая вода начинает замерзать снизу при дополнительном механическом перемешивании воды в контейнерах холодная вода должна замёрзнуть быстрее.

4) Наличие центров кристаллизации в охлаждаемой воде - растворённых в ней веществ. При малом количестве таких центров превращение воды в лёд затруднено и возможно далее её переохлаждение, когда она остаётся в жидком состоянии, имея минусовую температуру. При одинаковом составе и концентрации растворов холодная вода должна замёрзнуть быстрее.

5) Из-за разницы в энергии, запасённой в водородных связях. Чем теплее вода, тем большим оказывается расстояние между молекулами жидкости из-за увеличения отталкивающих сил. В результате водородной связи растягиваются, а следовательно, запасают большую энергию. Эта энергия высвобождается при охлаждении воды - молекулы сближаются друг с другом. А отдача энергии и означает охлаждение.

Но однозначного ответа на вопрос, какие из них обеспечивают стопроцентные воспроизводство Эффекта Мпембы, так и не было получено. Мы пытались воспроизвести опыт Мпембы, но он упорно не получался: всегда холодная вода замерзала быстрее. Морозили воду как в морозильной камере холодильника при различных температурах(-12°C, -15°C, - 18°С), так и на открытом воздухе на балконе (t = - 9°С).

Пытались в точности воспроизвести условия выполнения опыта Мпембы, описанные в причинах 1, 2, 3. И в этих случаях холодная вода замерзала быстрее. Но ведь отрицательный опыт, это тоже опыт.

Поэтому можем заявить, что эффект Мпембы не выполняется.

Глава 2. Исследование температуры замерзания воды в зависимости от концентрации соли

Каждую зиму во время гололёда мы наблюдаем, как дворники посыпают замёрзшие тротуары песчано-солёными смесями. При этом лёд начинает таять. Из курса физики 8 класса нам известно, что температура замерзания воды и таяния льда - 0°С. Почему же тогда лёд на тротуаре тает и при отрицательной температуре. Мы решили провести исследования зависимости температуры замерзания воды от концентрации соли.

Соляные растворы различной концентрации ставили в морозильную камеру холодильника. Температуру в морозильной камере можно менять. Полученные результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Исследование температуры замерзания воды в зависимости от концентрации соли

Как видно из таблицы, с увеличением концентрации соляного раствора, температура замерзания воды уменьшается. Из этого опыта можно сделать соответствующий вывод и рекомендовать службам ЖКХ в сильный мороз не экономить на соли и обильнее посыпать скользкие места. Ведь это отражается на здоровье людей. Можно так же посоветовать автомобилистам в случае отсутствия специальной незамерзающей жидкости для омывания лобового стекла воспользоваться соляным раствором воды.

Опыт 1. Зависимость температуры кипения воды от концентрации растворённой в ней соли

Опыт проводился в один день на протяжении 1-1,5 часа. Так что все измерения фиксировались при постоянном атмосферном давлении. Фиксировалась температура воды на момент закипания. Глубина воды в кастрюле тоже была постоянной. Измерения проводились термометром с ценой деления шкалы 0,1°С с помощью измерения ±0,05°С. Данные опытов приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Зависимость температуры кипения воды от концентрации растворённой в ней соли

Из таблицы видно, что чем выше концентрация соляного раствора, тем выше и температура кипения.

Рекомендации: для уменьшения времени приготовления пищи необходимо варить её в солёной воде. Варка будет происходить при более высокой температуре и, следовательно, быстрее сварится

Опыт 2. Зависимость температура кипения от атмосферного давления