prod20868-diplom1 - Портал Гимназии №1505

ГБОУ Гимназия №1505
«Московская городская педагогическая гимназия-лаборатория»
Диплом
Влияние примесей на скорость испарения воды
автор: ученик 10 класса «А»
Жалеев Тимур
Руководитель: Ветюков Д. А.
Москва
2013
Оглавление:
1. Введение
1.1. Актуальность
1.2. Цель
1.3. Задача
2. Основная часть
2.1. Глава 1
2.2. Глава 2
3. Заключение
3.1. Вывод
3.2. Список литературы
1
Введение
Испарение происходит с интенсивным поглощением тепла, поэтому вода,
охлаждающаяся без него, охлаждается медленней, чем с ним.
Актуальность: Если с помощью малого количества примесей можно замедлять или
ускорять испарение, то можно контролировать испарение в больших водоемах.
Цель: Исследовать зависимость интенсивности испарения воды от поверхностных
пленок на воде.
Задача: Сравнить изменение температуры воды, которая испаряется, не испаряется
(испарению можно помешать при помощи крышки) и водой с примесями,
интенсивность испарения которой зависит от самой примеси.
Основная часть
Глава 1
Молекулы воды, которые имеют достаточную кинетическую энергию и находятся
близко к поверхности, способны оторваться от остальных молекул воды, т.е.
происходит испарение. Если быстрые молекулы находятся в толще воды, а не на
поверхности, то, ударяясь о другие молекулы, совершают над ними работу и
теряют свою энергию. Быстрые молекулы воды, которые оторвались от
поверхности воды, уносят энергию с собой, поэтому внутренняя энергия воды
понижается, и она охлаждается.
Некоторые примеси, например, поверхностно-активные вещества (ПАВ), могут
образовывать молекулярную пленку, снижая поверхностное натяжение на
поверхности воды. Эта пленка может помешать молекулам проходить через нее.
Снижение поверхностного натяжения может наоборот, облегчить прохождение
молекул воды через поверхность воды. В зависимости от того, какой из этих
факторов сильнее изменяет скорость испарения, она может изменяться в большую
или меньшую сторону.
Глава 2
Мы измеряли температуру воды, которая испаряется, не испаряется (испарению мы
мешали при помощи крышки) и воды с примесями, интенсивность испарения
2
которой зависит от примеси. При этом начальная температура воды в обоих
случаях одинакова, также одинаковы все остальные условия проведения
экспериментов.
Температуру
мы
измеряли
при
помощи
термометров,
подключенных к компьютеру системой LabQuest, и программы Logger Lite 1.6.1.
Вода остывала в кюветах с площадью поверхности 3*10-3 м2 и объемом 1,64*10-4 м3.
Мы находили мощность остывания для каждого случая с единицы площади за
каждые 5 секунд проведения эксперимента по следующей формуле:
, где
1. c – удельная теплоёмкость воды (с=4200 Дж/(кг *К))
2. m – масса воды в кюветах (в нашем случае m=0,164 кг)
3. S – площадь поверхности кювет (в нашем случае S=3,168*10-3 м2)
4. t – промежуток времени между считываниями данных (в нашем случае t=5 с)
5. T2-T1 – изменение температуры за время t
Мощность остывания складывается из мощности испарения (конвекция над
сосудом), которая нам и нужна, и других мощностей (теплопередача, излучение,
конвекция возле сосуда). Исключить эти факторы из эксперимента невозможно, но
возможно исключить испарение, закрыв сосуд крышкой. После этого мы вычитали
из мощности остывания с испарением мощность остывания без испарения, и
получали чистую мощность испарения воды при данной температуре. Если
вычитать из мощности остывания воды с примесью мощность остывания воды с
крышкой, то получим мощность испарения воды с примесью. Эту мощность мы
сравнивали с мощностью испарения чистой воды с помощью графиков.
В качестве примесей для образования поверхностных пленок мы использовали
подсолнечное масло, эфирный раствор стеариновой кислоты, растворы разных
моющих средств, мыльный раствор. При этом некоторые из них замедляли
испарение, некоторые – ускоряли, а некоторые не влияли на него.
Рассмотрим графики зависимости средних мощностей испарения чистой воды и
воды с примесями при данной температуре от температуры.
3
1. Зависимость средней мощности испарения чистой воды и воды с маслом при
данной температуре от температуры
4
2. Зависимость средней мощности испарения чистой воды и воды с
поверхностной пленкой стеариновой кислоты при данной температуре от
температуры
3. Зависимость средней мощности испарения чистой воды и воды с моющим
с
р
е
д
с
т
в
о
м
«
Миф» при данной температуре от температуры
5
4. Зависимость средней мощности испарения чистой воды и воды с моющим
средством «Cif» при данной температуре от температуры
6
5. Зависимость средней мощности испарения чистой воды и воды с моющим
средством «Help» при данной температуре от температуры
7
6. Зависимость средней мощности испарения чистой воды и воды с моющим
средством «Help» при данной температуре от температуры
7. Зависимость средней мощности испарения чистой воды и воды с мыльным
раствором при данной температуре от температуры
Следующая таблица представляет то, насколько уменьшилась средняя мощность
испарения с данной примесью в процентах (отрицательное значение говорит о том,
что она увеличилась).
Примесь
Среднее уменьшение мощности
8
испарения с примесью
Масло
-7,8%
Поверхностная пленка стеариновой
0,9%
кислоты
Моющее средство «Миф»
15,1%
Моющее средство «Cif»
11,8%
Моющее средство «Help» (1
-28,3%
эксперимент)
Моющее средство «Help» (2
-14,8%
эксперимент)
Мыльный раствор (4 мл)
22,2%
Мыльный раствор (8 мл)
19,0%
Мы видим, что поверхностная пленка стеариновой кислоты не влияет на скорость
испарения. Моющие средства для посуды («Миф» и «Cif»), а также мыльный
раствор замедляют испарение. Масло и моющее средство для стекол («Help»)
ускоряет испарение. Из среднего замедления испарения и графиков можно
заметить, что такие примеси, как «Help», «Миф» и мыльный раствор довольно
сильно влияют на скорость испарения, «Cif» и масло влияют гораздо меньше, а
пленка стеариновой кислоты не влияет вовсе.
Заключение:
Вывод: С помощью примесей можно довольно сильно влиять на испарение, и, как
следствие, можно их применять для контроля испарения. Но примеси могут
повлиять не только на испарение, но и на другие процессы.
Список литературы:
1. Chemistry and Technology of Surfactants / Edited by Richard J. Farn. —
Blackwell Publishing Ltd, 2006. — 315 p.
2. Dierker M., Schäfer H. J. Surfactants from oleic, erucic and petroselinic acid:
Synthesis and properties // European Journal of Lipid Science and Technology. —
2010. — Т. 112. — № 1. — С. 122.
9
3. Ланге К. Р. Поверхностно-активные вещества: синтез, свойства, анализ,
применение = Surfactants. A Practical Handbook / Пер. с англ. — СПб.:
«Профессия», 2004. — 240 с.
4. Плетнев М. Ю. Косметико-гигиенические моющие средства // . —
«Химия». — М., 1990. — С. 17—20
5. Мыла (химич.) — статья из Большой советской энциклопедии
10