به نام خدا
27/4/84
کلاس اول راهنمایی
90دقیقه
موضوع درس : اثر گرمابرحالت مواد( میعان )
هدف کلی : دانش آموزان درپایان درس باید بدانند اثرگرمابرحالت موادچیست ومیعان رابتوانند تعریف کنند
رفتارهای ورودی : بعدازاینکه واردکلاس شدم سلام واحوالپرسی می کنم وخودم رامعرفی می کنم برای آشنایی بیشتر بابچه ها حضور وغیاب کرده وبه چهره ها نیز نگاه می کنم سپس کتابشان رامعرفی کرده ودرمورد تیتر درس آن روز توضیح می دهم
هدفهای جزئی : بیشترتوجه کردن بچه ها به تغییر حالات مواد وتأثیر آن دروضعیت زندگی ما
ارزشیابی تشخیصی : سوالاتی راازبچه ها می پرسم تابدانم چقدردرس جلسه قبل رایادگرفته اند وسوالاتی ازدرس جدید نیز می پرسم تابدانم آیا کسی درکلاس هست که دراین مورد اطلاعاتی داشته باشد یا درس جدید رامطالعه کرده باشد
هدفهای رفتاری : من انتظار دارم درپایان درس دانش آموزان بتوانند میعان راتعریف کنند
روش تدریس : روش من ترکیبی ( سخنرانی , پرسش وپاسخ وکارعملی ) همراه است
ارزیابی مرحله ای : همان طور که درحال تدریس هستم سوالاتی راازبچه ها می پرسم تا حواس آنها به درس جلب شود
نحوه ارائه مطالب: ابندا درسم راباسوال میعان چیست آغاز می کنم ومی پرسم تغییرحالات ماده رامی دانند بعدخودم آنراتعریف کرده ومثال می زنم تبدیل بخاربه مایع را میعان یعنی مایع شدن می نامند
وقتی یک ظرف آب رادراتاق می گذارید همان طور که تعدادی ازمولکولهای آب پیوسته بخار می شوند وبه هوا می روند تعدادی از مولکولهای بخار آب موجود درهوانیز که پیوسته به هر سو درحال حرکت اند ممکن است به طور اتفاقی وتصادفی به سطح آب برخورد کنند ودراثر ربایش مولکولهای سطح آب به آب باز گردند دراین حالت میعان رخ داده است
هرچه مقدار بخارآب موجود درهوا بیش تر باشد احتمال برخورد مولکولهای بخارآب باسطح مایع وبازگشت آن به مایع بیشتر است وقتی درهوای یک اتاق آن قدر بخارآب وجودداشته باشد که اگر ظرف آبی درآن اتاق قراردهیم تعدا مولکولهایی که ازسطح مایع جدامیشوند باتعداد مولکولهایی که به مایع باز می گردند مساوی باشد می گوییم هوای اتاق ازبخار آب اشباع یاسیر شده است درچنین حالتی دیگر آب ظرف دراثر تبخیر کاهش نمی یابد
اگر تااینجا سوالی ندارید یک سوال ازشما می پرسم : چرا درمحیط های مرطوب مثل حمام , لباسهای خیس دیرتر خشک می شوند
( جواب : چون درحمام بخارآب فراوانی وجوددارد هوای حمام ازبخار آب اشباع شده است وآب لباسهای دیگر تبخیر می شود )
دربعضی از مناطق کشور ما درفصل تابستان , گاهی هوااز بخار آب سیر می شود دراین حالت می گویند هواشرجی شده است . درهوای شرجی اگر چه بدن انسان عرق می کند اما به دلیل کند بودن سرعت تبخیر عرق روی پوست بدن خیلی دیر بخار میشود وچندان کمکی به خنک شدن بدن نمی کند .
میعان همیشه بر روی سطح مایع صورت نمیگیرد بلکه هر وقت بخار یک ماده سرد شود در هر نقطه ای وبر روی هر سطحی ممکن است میعان صورت گیرد مثلا در زمستان ها روی شیشه پنجره قطره های آب مشاهده میشود .یعنی چون در هوای اطاق مولکولهای بخار آب وجوددارد این مولکولها با شیشه ی سرد برخورد میکنند و به مایع تبدیل میشوند .
بعد سوالی که از بچه ها می پرسم : به نظر شما بارش باران چه ارتباطی با میعان بخار آب دارد ؟ از چند نفر ی جوات را می گیرم و بعد می گویم که : بر اثر سرد شدن و فشرده شدن ابر باران بوجود می آید .و به قطرات آب تبدیل میشود .
خوب :فرایند میعان وارون فرایند تبخیر یعنی تبدیل بخار به مایع است.
اگر مقداری بخار یک ماده را سرد کنیم (یعنی از آن گرما میگیریم ) هنگامی که به دمای میعان یا نقطه میعان خود میرسد شروع به مایع شدن میکند . دمای نقطه میعان یک ماده در شرایط یکان با نقطه جوش آن برابر است . یعنی مثلا اگر در فشار یک اتمسفر به آب صد درجه سلسیوس گرما بدهیم شروع به جوشیدن میکند و نیز اگر در همان فشار از بخار آب صد درجه سیلیسیوس گرما بدهیم شروع به مایع شدن میکند .
هر بخار به هنگام میعان همان قدر گرما از دست میدهد که به هنگام تبخیر میگیرد . بنا براین گرمای نهان ویژه میعان منفی گرما ی نهان ویزه تبخیر است . به این ترتیب گرمای نهان میعان mکیلوگرم بخار یک ماده از زیر محاسبه میشود :01=-m lv
علامت منفی نشان دهنده آن است که بخار هنگام میعان گرما از دست میدهد .
اگر در یک بشر (ظرف ) مقداری آب بریزید . آب بتدریج تبخیر میشود فشار ناشی از حضورمولکولهای بخار در بالای مایع ، فشار بخار مایع گفته میشود . جوشیدن زمانی رخ میدهد که فشار بخار مایع با فشار هوای روی سطح مایع (فشار محیط) برابر شود .
بعد آزمایشی را انجام میدهم : یک ظرف آب( بشر) را روی شعله آتش گذاشته تا به جوش آید . سپس یک کاسه فلزی بزرگ پر از یخ با یک بشقاب فلزی سرد را بالای ظرف میگذاریم (با دستگیره)
قطرات آبی روی کاسه ی فلزی تشکیل میشود .
این آزمایش را با آب نمک انجام دهید آیا آبی که جمع آوری میشود شور است ؟
اگر مایع در حال تبخیر در ظرف سر بسته ای محبوس باشد مولکولهای بخار نمیتوانند از نزدیگی سطح مایع دور شوند برخی از مولکولها بخار طی حرکتهای نا منظم شان به فاز مایع بر می گردنداین فرایند را برای آب میتوانیم با پیکان های دو تایی نمایش دهیم
H2O
سرعت بازگشت مولکولها از فاز بخار به فاز مایع زیاد نیست ، زیرا تعداد مولکولها در فاز بخار کم است اما تبخیر مداوم سبب افزایش غلظت مولکولها در فاز بخار خواهد شد . به این ترتیب سرعت تراکم نیز افزایش می یابد . در نهایت سیستم به وضعیتی می رسد که در آن سرعت تراکم و تبخیر برابر میشود . این حالت که در آن سرعت دو تمایل مخالف با هم برابر است ، حالت تعادل نام دارد . در حالت تعادل ، غلظت مولکولها در حالت بخار ثابت می ماند زیرا مولکولها با همان سرعتی که بخار را ترک کرده و متراکم میشوند ، از حالت مایع گریخته و به صورت بخار در میاید همین طور مقدار مایع ثابت می ماند زیرا مولکولها با همان سرعتی که از آن میگریزند با به آن باز میگردند .
حالت تعادل دال بر یک وضعیت ایستا نیست . در هر سیستم عده ی مولکولهای موجود در مایع و در بخار ثابت است ، زیرا دو تغییر مخالف با سرعت یکسان د رجریانند . نه به این دلیل که تراکم و تبخیر متوقف شده است اگر سرعت تبخیر مایع بیش از سرعت میعان گاز میبود ، بعد از مدتی تمام مایع به بخار تبدیل می شد و برعکس .
چون تراکم مولکولهای بخار در حالت تعادل ثابت است فشار اعمال شده به وسیله بخار نتیز ثابت میباشد فشار بخار در حال تعادل با یک مایع در دمای مشخص را فشار بخار تعادلی آن مایع می مانند
فشار بخار به انرژی جنبشی مولکولها و غلظت ملکولهای بخار بستگی دارد غلظت ملکولهای بخار نیز مانند انرژی جنبشی متوسط آنها تابع دماست : زیرا غلظت بخار بایستی به قدری باشد که سرعت میعان بتواند با سرعت تبخیر برابری کند و میدانیم که سرعت تبخیر تابع دماست .
با افزایش دما فشار بخار یک مایع زیاد میشود به طوری که ملاحظه شد افزایش دما سرعت تبخیر را زیاد میکند و تعادل و قتی برقرار میشود که سرعت میعان بخار نیز به همان نسبت زیاد شود و این تنها و قتی صورت میگیرد که غلظت مولکولهای بخار به بالایی برسد . این عامل و افزایش انرژی جنبشی مولکولهای بخار که با بالا رفتن دما همراه است ، افزایش فشار بخار را توجیه میکند .
مایعاتی که نیروهای جاذبه بین مولکولی آنها ضعیف است ، دارای فشار بخار نسبتا زیاد ند.
این نمودار ، مربوط به یک سیستم یک جزئی است ، یعنی رفتارآب خالص را در غیاب هر ماده دیگری نشان میدهد . فشار کل سیستمی که با این نمودار نشان داده شده است، فقط مربوط به فشار بخار آب و فشار هیچ گاز دیگری در آن دخالت ندارد .
در این شکل منحنی oc، منحنی فشار بخار مایع است و به نقطه بحرانی ،cختم میشود .نقاط روی این خط بیانگر مجموعه ای از شرایطدما و فشار ند که در آنها مایع و بخار میتوانند در تعادل باشند . خطodمنحنی مایع زیر انجماد است ، یعنی سیستم های بین مایع و بخار که به وسیله نقطه های این خط مشخص میشوند ، ناپایدارند . منحنی oa منحنی فشار بخار جامد است وبیانگر مجموعه ای ازنقاط می باشد که شرایط دما وفشار رابرای تعادل جامد – بخار تعریف می کنند . خط BOمنحنی دمای ذوب نمایشگر شرایط تعادل بین جامد ومایع است این 3 منحنی درنقطهO که به نقطه سه گانه مشهور است تلاقی می یابند درشرایط مششخص شده به وسیله ایسن نقطه یعنی 01/0درجه سانتیگراد وفشار 00603/0 اتمسفر جامد , مایع وبخار می توانند درحالت تعادل باشند فازهایی ( جامد , مایع وبخار) که درتحت مجموعه ای ازشرایط دما وفشار درتعادل باشند رانمی توان ازنمودارفاز بدست آورد محل قرارز گرفتن نقطه مورد نظر ممکن است دریکی از نواحی زیرباشد
1- درناحیه ای که به صورت جامد ] کمایع یا بخار مشخص شده است فقط یک فاز وجوددارد فاتز مشخص ضده برروی نمودار 2- برروی هریک از خط ها دوفاز وجوددارد این فازها دردوطرف خط مشخص شده اند 3- درنقطه 5 سه فازوجودداردفقط یک نقطه بااین مشخصات برروی نموداروجوددارد( نقطه سه گانه )
شیب منحنی دمای ذوب ( یادمای انجماد) منحنیBO بیانگر کتاهش دمای ذوب دراثر افزایش فشاراست . چنین شیبی فقط درمورد عده ی کمی ازاجسام مانند گالیم – بیسموت و آب مشاهده شده است این شیب نشاندهنده وضعیت غیرعادی انبساط جسم دراثر انجماداست دردمای صفردرجه سانتیگراد حجم یک مول آب 18 سانتیمتر مکعب وحجم یک مول یخ 63/19 سانتیمتر مکعب است . درنتیجه دراثر انجمادیک مول آب وتبدیل آن به یخ منبسط می شود . افزایش فشار بااین انبساط و همچنین با فرایند انجماد مقابله خواهد کرد به این ترتیب دمای انجماد آب در اثر افزایش فشار کل کاهش می یابد .
تغییرات فاز ناشی از تغییرات دما در فشار ثابت را میوان با تفسیر خط افقی رسم شده در فشار مرجع (خط رسم شده اتمسفر ) توضیح داد نقطه تلفافی این خط با منحنی BOبیانگر دمای ذوب نرمال است و نقطه تلافی خط 1 اتمسفر با منحنی COنمایش دهنده ی دمای جوش نرمال میباشد . بعد از این نقطه فقط بخار وجود دارد . تغییرات فاز ناشی از تغییر فشار در دمای ثابت را میتوان با استفاده خط عمودی رسم شده در دمای مرجع توضیح داد . مثلا اگر دمای 0025/0درجه سانتی گراد فشار افزایش یابد . نقطه تلاقی خط عمودی با خط AO،فشار مربوط به تغییر بخار به جامد را نشان میدهد و نقطه تلاقی خط عمودی BOنمایشگر فشار مربوط به تغییر جامد به مایع است . بالاتر از این نقطه فقط مایع وجود دارد .
برای موادی که در اثر انجماد منقبض میشوند ، شیب منحنی دمای انجماد در جهت مخالف خواهد بود و دمای انجماد با افزایش فشار ، بالا خواهد رفت .
ارزشیابی پایان : تا ببینم چه قدر درس را فهمیده اند . خانم ----میعان چیست ؟ بعد جواب را خودم نیز میگویم .
بعد از اینکه سوالات را پرسیدم و متوجه شدم که بچه ها درس را یاد گرفته اند در پایان تکلیفی برای جلسه آینده آنها میدهم صفحه 25 کتاب ، آزمایش کنید را انجام داده و نتیجه مشاهده تان را برای من در دفتر خود نوشته و بیاورید .
انتخاب رسانه : کتاب درسی (راهنمایی) و از کتاب های دیگر (دوره دبیرستان)
در پایان کار : مرور مطالب گفته شده به همراه کمک گرفتن از بچه ها .
والسلام و علیکم و رحمه ا...