Ознакомление с содержанием раздела "Молекулярная физика" в базовой и профильной школе. Выполнение демонстрационных опытов "Механическая модель броуновского (хаотического, теплового) движения молекул", "Диффузия газов и жидкостей", страница 6

Медленно увеличивают объем цилиндра и дают возмож­ность воздуху расширяться постепенно. Затем возвращают уста­новку в исходное состояние и заставляют воздух расшириться быстро, т. е. увеличивают объем цилиндра вращением винта с помощью длинной ручки.

В первом случае температура воздуха остается неизменной. Во втором же она понижается, причем давление уменьшается на большую величину, чем при медленном расширении. Таким об­разом, при адиабатном расширении становится заметно умень­шение внутренней энергии воздуха за счет ее превращения в ме­ханическую энергию.

Опыт 2. Воздушное огниво.

Оборудование: 1) воздушное огниво, 2) серный эфир, 3) вата гиг­роскопическая, 4) кинопроектор, 5) кинофильм «Применение сжатого воз­духа».

Воздушное огниво представляет собой полый прозрачный ци­линдр с плотно пригнанным поршнем, изготовленный из стекла или плексигласа.

          Опыт с огнивом состоит в следующем. На дно цилиндра опускают небольшой кусочек ваты, слегка смоченной серным эфиром, и закрывают цилиндр поршнем. Затем опирают низ прибора о стол и, сосредоточив внимание учащихся на установке, резким, но не очень сильным нажимом руки на головку штока вгоняют поршень внутрь цилиндра (рис.).

Воздух при сжатии сильно нагревается, и пары эфира вос­пламеняются. При демонстрации опыта бывает полезно частично             затемнить класс, тогда вспышка паров будет особенно отчетли­во видна всем учащимся.

Иногда опыт сразу не удается. Это происходит оттого, что поршень пропускает воздух, либо оттого, что в цилиндре скоп­ляется слишком много паров эфира. В первом случае надо сма­зать поршень тавотом или вазелином, а во втором тщательно продуть цилиндр, для чего бывает полезно отвернуть его дно.

Опыт № 10

Кипение воды при пониженном и повышенном давлении.

Оборудование: 1) термометр электрический с термобатареей, 2) на­сос воздушный ручной с резиновой трубкой, 3) трубка металлическая с пробкой, имеющей отверстие для термобатареи, 4) штатив универсальный, 5) спиртовка или керогаз, 6) колба круглодонная емкостью 250—300 мл, 7) пробка в колбе резиновая с отверстием и патрубком, 8) плоская резино­вая шайба диаметром 40—50 мм, 9) противень, 10) спички.

1. Круглодонную колбу с налитой до половины теплой во­дой зажимают в лапке штатива. Под колбу ставят зажженную спиртовку или керогаз. Когда вода в колбе закипит, нагрева­тель убирают, а колбу тотчас закрывают пробкой, соединенной резиновой трубкой с воздушным насосом (рис.14). Темпера­тура в колбе понижается, и вода перестает кипеть.

          Несколькими взмахами поршня откачивают из кол­бы воздух и пары воды и тем уменьшают в ней дав­ление. Вода бурно заки­пает.

Если прекратить откач­ку, то вскоре прекращается и кипение; при возобновле­нии откачки вода начинает кипеть вновь.

Так как температура во­ды падает (подогревание не производится, а от воды отнимается теплота, потребная на парообразование при ки­пении), то делают вывод, что с уменьшением давления вода кипит при пониженной температуре.

Этот опыт можно показать и без насоса.

Когда вода в круглодонной колбе закипит и можно быть уверенным, что пары воды вытеснили из колбы воздух, нагре­ватель убирают, и колбу тотчас наглухо закрывают пробкой. Затем колбу закрепляют на штативе горлышком вниз и под штатив подставляют противень.

Сосредоточив внимание учащихся на подготовленной уста­новке, обливают колбу сверху холодной водой и наблюдают, как вода в колбе бурно закипает (рис. 15).

Следует дать воде в колбе еще остыть, и снова повторить опыт. Таким образом можно заставить воду кипеть даже при комнатной температуре.

          Очевидно, при обливании холодной водой пары, находящие­ся в колбе, конденсируются, давление резко уменьшается, вследствие чего вода закипает. Кипение прекращается, как только давление паров, образо­вавшихся при кипении, снова увеличится.

Надо отметить, что второй вариант опыта для учащихся ме­нее понятен, и его надо ставить в качестве экспериментальной задачи, когда указанная выше зависимость точки кипения от давления уже установлена.

Чтобы после опыта вынуть из колбы пробку, которая атмо­сферным давлением сильно вгоняется в горлышко, надо воду в колбе нагреть почти до кипения.