4. Topenie a tuhnutie

4. Topenie a tuhnutie

Sneh a ľadové cencúle sa pôsobením teplého vzduchu a najmä za slnečného počasia topia, ak dosiahnu určitú teplotu a za podmienky, že okolitý vzduch bude mať vyššiu teplotu.

Večer, keď slnko zapadne a teplota vzduchu klesá, voda z roztopeného snehu či ľadových cencúľov začne pri určitej teplote zamŕzať – tuhne, mení sa na ľad, ak teplota vzduchu klesá.

Príprava na vyučovanie Na skúmanie topenia ľadu v balóne budeš potrebovať balón so zamrznutou vodou a doň vloženým teplomerom.

Pomôcky:

balón, kvapalinový laboratórny teplomer s rozsahom od -10 do 100 °C, 25 ml vody, niť

Postup:

a) Zisti si, koľko vody je 25 ml, približne takým množstvom vody je potrebné naplniť balón. V balóne nemusí byť presné množstvo vody, a ak by si mal problém s jeho plnením, natiahni balón na výtok vody z vodovodu a napusť doň približne 25 ml. b) Pred stiahnutím balóna z vodovodu ho treba stočiť tak, aby voda uzavretá v ňom bola bez vzduchovej bubliny. c) Opatrne vlož do balóna laboratórny teplomer (napríklad liehový). Zaviaž balón s teplomerom tak, aby si mohol pozorovať jeho teplotu v rozsahu približne niekoľko stupňov pod 0 °C. Zisti, či voda z balóna nevyteká a vlož ho na niekoľko hodín do mrazničky.

Teplota. Skúmanie premien skupenstva látok

39


4.1 Topenie Pre pevné látky platí, že zohrievaním sa ich teplota zvyšuje. Keď teplota dosiahne určitú hodnotu – teplotu topenia, ktorá je charakteristická pre danú látku – mení látka svoje skupenstvo z pevného na kvapalné. Niektoré látky, ako napríklad maslo alebo ľad, sa topia pri nižších teplotách. Iné látky, napríklad kovy, ako je oceľ, cín či železo, aby sa roztopili, potrebujú dosiahnuť oveľa vyššiu teplotu. Robí sa to v špeciálnych zariadeniach – vysokých peciach. Vtedy hovoríme o tavení. Ani priebeh topenia nie je pri všetkých látkach rovnaký. Topenie parafínu alebo skla je iné ako topenie ľadu. Najskôr preskúmame topenie ľadu.

Tavenie ocele

Pokus Pracuj v skupine.

Ako prebieha topenie ľadu?

Pomôcky:

balón s ľadom a teplomerom (podľa prípravy na vyučovanie), teplomer, stojan s držiakmi, kahan, soľ, ľad, stopky, tyčinka na miešanie

POZNÁMKA: Pri odčítavaní teploty používaj laboratórne okuliare.

Postup:

a) Pred pokusom sa dohodnite v skupine, kto bude: – sledovať čas a miešať kvapalinu v kadičke, – merať teplotu ľadu v balóne, – merať teplotu slanej vody v kadičke a robiť pozorovania, – zaznamenávať namerané hodnoty a ostatné pozorovania. b) P odľa obrázka 30 zostav aparatúru. Do aparatúry nedávaj balón s ľadom skôr, kým nebudete pripravení začať pokus.

Voda z roztopeného snehu vytvára cencúle. Obr. 30 Zohrievanie ľadu v balóne

c) Do kadičky z varného skla daj toľko slanej vody, aby bol balón s ľadom po vložení do nej celý ponorený.

40


4.1 Topenie d) U rob slaný kúpeľ tak, že kocky ľadu zaleješ vodou a nasypeš do kadičky soľ. Kúpeľ by mal dosiahnuť teplotu okolo -3 °C. e) Po odstránení všetkých kúskov ľadu pridaj do slaného kúpeľa tepPOZNÁMKA: lomer a balón s ľadom a teplomerom. Oba teplomery upevni na Slaný kúpeľ treba občas držiak. pomiešať, aby sa zabránilo vyprsknuf) Presvedč sa, že balón s ľadom je celý vo vode, ale nedotýka sa tiu kvapaliny. dna kadičky. g) Okamžite odmeraj teplotu ľadu v balóne a teplotu slaného kúpeľa. Namerané hodnoty zapíš do tabuľky k času 0 sekúnd. Tabuľka: Hodnoty namerané počas zohrievania ľadu v balóne

čas [s] 0

teplota slaného kúpeľa [°C]

teplota v balóne [°C]

ostatné pozorovania

30 60 ... h) Požiadaj o zapnutie kahana. Teplotu v balóne a teplotu slaného kúpeľa zaznamenávaj každých 30 sekúnd do pripravenej tabuľky. i) Zaznamenávaj aj ostatné pozorované javy, predovšetkým zmeny objemu balóna. j) Kúpeľ zohrievaj po teplotu 40 °C, prípadne, až kým voda v balóne nezačne vrieť. Pri vare zaznamenaj teplotu najmenej dvakrát. k) Namerané hodnoty zaznač do grafu závislosti teploty od času zohrievania. Do toho istého grafu nanes zároveň namerané hodnoty teploty ľadu v balóne aj namerané hodnoty teploty slaného kúpeľa. Záporné hodnoty teploty nanášaj na teplotnú os pod bod [0, 0].

POZNÁMKA: Na zostavenie tabuľky a kreslenie grafu použi počítačový program TopenieLad.cma (v C6lite). Program je dostupný na: www.fyzikus.fmph.uniba.sk teplota [°C]

Odpovedz: 1. P rezri si namerané hodnoty teploty ľadu a kúpeľa v tabuľke. Menia sa pravidelne? 2. Ako sa zmeny teploty prejavujú na čiare grafu? 3. Porovnaj čiary grafu pre teploty namerané v balóne a pre teploty slaného kúpeľa. Sú čiary grafov rovnaké? 4. Pri akej teplote sa ľad v balóne začal topiť? 5. Za aký čas sa všetok ľad roztopil? 6. Ako si vysvetľuješ skutočnosť, že si balón s ľadom stále zohrieval a teplota na teplomeri predsa istý čas nestúpala? 7. Vyhodnoť svoje pozorovania zmeny objemu balóna počas jeho zohrievania. 8. Ak by si odvážil balón s ľadom pred pokusom a po roztopení ľadu, vážil by rovnako alebo rozdielne? 9. Je hustota ľadu a vody rovnaká?

0

čas [s]

Ľad sa začína topiť pri teplote 0 °C pri určitom tlaku. Kým sa všetok ľad neroztopí, jeho teplota sa nemení, aj keď ho zohrievame. Energia, ktorá sa dodáva ľadu zohrievaním, sa spotrebuje na premenu skupenstva – topenie. Topením sa menia aj polohy častíc, z ktorých sa skladajú látky, a na túto zmenu je potrebná energia.


41

4. Topenie a tuhnutie Na grafe sa topenie kryštalických látok prejavuje vodorovnou čiarou, čo znamená, že počas topenia sa teplota látky nemení. teplota [°C]

teplota topenia 0 čas [s]

Obr. 31 Graf závislosti teploty od času pri topení ľadu

Väčšina pevných látok vytvára kryštály, ktoré majú pravidelný geometrický tvar. Kryštály kuchynskej soli majú tvar kocky a ľad kryštalizuje v pravidelných šesťbokých hranoloch. Ku kryštalickým látkam patria aj kovy. Tieto látky majú za presne stanovených podmienok (tlak) určitú teplotu topenia.

Topenie ľadu

Tavenie skla

42

Obr. 32 a) Kryštály kuchynskej soli

b) Kryštály ľadu

Pri niektorých látkach, ako je sklo alebo parafín, nemožno presne určiť teplotu topenia. Pri parafíne sa uvádza, že jeho teplota topenia je medzi hodnotami 34 °C až 56 °C, to znamená, že pri tejto látke sa nedá presne určiť jej teplota topenia. Rovnako je to aj pri topení skla. Teplota topenia skla sa uvádza v rozpätí teplôt 800 °C až 1400 °C. Ide o osobitný druh látok so zvláštnymi vlastnosťami. Tieto látky nazývame beztvaré, iným slovom – amorfné. Ak zohrievame kúsok skla, spočiatku zmäkne, ľahko sa ohýba alebo naťahuje. Pri ešte vyššej teplote vzniká látka, ktorá sa ťahá ako med, neskôr sa podobá smotane a napokon sa zmení na kvapalinu podobnú vode. V tabuľke na strane 43 sú uvedené hodnoty teploty topenia niektorých známych látok.


4.1 Topenie

Tabuľka: Teploty topenia niektorých látok

látka

teplota topenia [°C]

lieh

-116

voda

0

cín

232

olovo

327

hliník

658

zlato

1063

meď

1084

oceľ

1400

železo

1535

Poznať fyzikálne charakteristiky látok, ako je teplota varu a teplota topenia, je dôležité v mnohých priemyselných odvetviach (napríklad v hutníctve, sklárstve, ale aj v chemickom priemysle).

Obr. 33 Tavenie kovov

Rieš úlohy 1. Zisti teplotu topenia čokolády. a) Navrhni spôsob merania a vykonaj ho. Tvoj návrh by mal obsahovať: – pomôcky, – postup, – návrh tabuľky na záznam údajov, – zhrnutie. b) Je čokoláda kryštalická alebo amorfná látka? 2. V nádobách z rôznych kovov sa majú roztaviť iné kovy. Uváž a zdôvodni, či by boli uskutočniteľné nasledujúce tavenia: a) v nádobe z cínu sa má roztaviť olovo, b) v nádobe z ocele sa má roztaviť hliník. 3. V ysvetli, čo znamená, že teplota topenia liehu je -116 °C a hliníka 658 °C. V akom skupenstve je lieh a hliník pri teplote 20 °C? 4. U rob pokus: skús rozrezať ľad pomocou drôtu a závažia (pozri obrázok vpravo). Pomôcky: tenký drôt s dĺžkou 40 cm, väčší kus ľadu, 2 fľašky naplnené pieskom (2 závažia) Postup: a) Na konce drôtu pripevni 2 fľašky naplnené pieskom (závažia). b) K us ľadu polož na podstavec a daj na naň drôt tak, aby visiace závažia držali drôt napnutý.

Odpovedz: Ako si vysvetľuješ skutočnosť, že drôt prešiel ľadom bez toho, aby sa ľad rozdelil na dve časti?


43

4. Topenie a tuhnutie 5. Urob pokus: Prilep kovový hrnček o drevenú doštičku bez lepidla. Pomôcky: kovový hrnček, drevená doštička, kocky ľadu, kuchynská soľ, voda Postup: a) Do kovového hrnčeka priprav zmes z ľadu a soli. b) Drevenú doštičku polej vodou a postav na ňu kovový hrnček so zmesou. c) O chvíľu sa pokús zdvihnúť hrnček.

Odpovedz: Ako si vysvetľuješ, že sa hrnček neoddelil od doštičky?

Domáca príprava na vyučovanie Do dvoch plastových pohárov nalej rovnaké množstvo vody tak, aby výška hladiny v oboch pohároch siahala 2 cm pod horný okraj pohárov. Poznač fixkou výšku hladiny vody v pohároch. Jeden z pohárov daj do mrazničky zamrznúť a druhý odlož ako kontrolu mimo chladničky.

4.2 Tuhnutie Pri skúmaní vlastností kvapalín sa voda často používa ako látka zastupujúca všetky kvapaliny. Správa sa však voda pri premenách skupenstva, najmä tuhnutí a topení, naozaj ako reprezentant väčšiny kvapalných látok? Pri premene vody na ľad pozorujeme, že ľad zväčší svoj objem oproti objemu vody. Ak by sme naliali do dvoch pohárov dve rozdielne kvapaliny, napríklad do jednej roztopený parafín zo sviečky a do druhej rovnaké množstvo vody, po stuhnutí oboch látok môžeme pozorovať, že parafín svoj objem zmenší, zatiaľ čo ľad oproti vode svoj objem zväčší. Mohli ste sa o tom presvedčiť, ak ste urobili pokus z domácej prípravy na vyučovanie. Väčšina kvapalín pri tuhnutí svoj objem zmenšuje, ale pre vodu to neplatí. Vysvetlenie správania sa látok pri premenách skupenstva je v ich časticovej stavbe. Častice kvapalných látok pri tuhnutí spomaľujú svoj pohyb a ukladajú sa k sebe. Častice ľadu sú ďalej od seba ako častice vody, ukladajú sa veľmi neúsporne, a tak v pevnom skupenstve zaberajú väčší priestor ako v kvapalnom.

parafín

ľad

Obr. 34 Stuhnutý parafín a zamrznutá voda

Toto zvláštne správanie vody má veľký význam pre život v prírode. Voda pri zamŕzaní svoj objem zväčšuje, a preto sa mení aj jej h ustota.

44


4.2 Tuhnutie

Ľad má hustotu 917 kg/m3, ale hustota vody je väčšia, 1 000 kg/m3. Preto ľad na vode pláva. Voda má ešte jednu zvláštnosť – najväčšiu hustotu dosahuje pri 4 °C. Voda s touto teplotou klesá v jazere ku dnu – aj pod ľadom zostáva v kvapalnom skupenstve. Táto vlastnosť vody umožňuje rybám aj ostatným živočíchom prežiť zimu. Tento jav nazývame anomália vody.

-1 °C

16 °C

0 °C

12 °C

2 °C

8 °C

4 °C

4 °C

Obr. 35 Prejavy anomálie vody v zime a v lete

Voda sa mení na ľad pri 0 °C. Túto teplotu nazývame teplotou tuhnutia. Pokiaľ sa všetka voda nepremení na ľad, jej teplota meraná teplomerom sa nemení, hoci mrznúcu vodu stále ochladzujeme. Keď sa všetka voda premení na ľad, ktorý ďalej ochladzujeme, jeho teplota klesá. Z pokusov sa dá zistiť, že teplota topenia a teplota tuhnutia má pre väčšinu látok rovnakú hodnotu. Rozdiel medzi topením a tuhnutím látok je v tom, že pri tuhnutí musíme kvapalinu ochladzovať a pri topení musíme pevnú látku zohrievať. Pokusom s látkou, ktorá sa nazýva tiosíran sodný, si môžeme predchádzajúce tvrdenie dokázať. Tiosíran sodný je kryštalická látka, ktorá sa používa napríklad na spracovanie čiernobielych filmov. Pretože má nízku teplotu topenia aj tuhnutia, je vhodná na pokusy v laboratóriu.

Pokus 1 Zisti teplotu topenia a tuhnutia kryštalickej látky tiosíranu sodného. Pracuj v skupine.

Pomôcky:

tiosíran sodný, kahan, 2 laboratórne teplomery (digitálne/liehové), kadička 250 ml, širšia skúmavka, sieťka, trojnožka, 2 svorky, stojan, studená voda (kocky ľadu), trecia miska, injekčná striekačka s obsahom 20 ml, špajdľa na miešanie


POZNÁMKA: Na snímanie teploty možno využiť teplotnú sondu, počítač s prevodníkom a meracím panelom, program COACH.

45


Tabuľka: Namerané hodnoty času a teploty pri topení a tuhnutí tiosíranu sodného

čas [s] 0 30 60 .....

teplota [°C]

vodný kúpeľ

tiosíran sodný

Obrázok A

Postup:

a) Pred pokusom sa dohodni s ostatnými členmi skupiny, kto bude: – sledovať čas v 30-sekundových intervaloch, – merať teplotu tiosíranu sodného, – zaznamenávať namerané hodnoty do tabuľky, – ochladzovať vodný kúpeľ. b) N a záznam času a teploty urob tabuľku asi so 40 riadkami. c) Z ostroj aparatúru podľa obrázka A (ak budeš merať teplotu teplomermi), prípadne podľa obrázka B (ak použiješ PC so sondou).

vodný kúpeľ

tiosíran sodný

Obrázok B

teplota [°C]

čas [s]

d) Tiosíran sodný rozdrv v trecej miske, daj ho do skúmavky a vlož do vodného kúpeľa – kadičky s vodou, ktorá má izbovú teplotu. e) Pred zapnutím kahana pod kadičkou odmeraj teplotu tiosíranu sodného a zapíš do tabuľky k času 0 s. f) N a miernom ohni zohrievaj vodu v kadičke, a tým aj tiosíran sodný po teplotu okolo 55 °C, potom kahan vypni. g) Plynulo pokračuj v odčítavaní času. Pomaly ochladzuj vodný kúpeľ tak, že injekčnou striekačkou budeš odoberať vodu z kadičky a nahrádzať ju studenou, až kým tiosíran sodný nedosiahne teplotu okolo 22 °C. Tuhnúci tiosíran sodný neustále miešaj špajdľou. h) Z nameraných hodnôt času a teploty zostroj graf. Odpovedz na otázky: 1. P rezri si namerané hodnoty teploty tiosíranu sodného pri zohrievaní a ochladzovaní v tabuľke. Menia sa hodnoty pravidelne? 2. Pri akej teplote sa začal tiosíran sodný topiť? 3. Pri akej teplote začal tiosíran sodný tuhnúť? 4. Ako sa topenie a tuhnutie tiosíranu sodného prejavilo na čiare grafu?

46


4.2 Tuhnutie Pokus 2

Zisti, v akom teplotnom intervale sa topí a tuhne amorfná látka pa- Pracuj v skupine. rafín.

Pomôcky:

POZNÁMKA:

rovnaké ako v pokuse 1, ale namiesto tiosíranu sodného použijeme Parafín je dobré najskôr parafín nakrájať na malé šupinky, roztopiť

Postup:

Na záznam času a teploty budeš potrebovať rovnakú tabuľku ako v pokuse 1.

v skúmavke a aj s teplomerom nechať v nej stuhnúť. Meranie realizuj až po tejto príprave.

Celý ďalší postup aj s aparatúrou a vyhodnotením je rovnaký ako v predchádzajúcom pokuse 1 na strane 46. Na obrázku 36 je graficky znázornený priebeh topenia a potom priebeh tuhnutia kryštalickej látky – tiosíranu sodného. Graf sme získali meraním v laboratóriu. vodný kúpeľ

teplota [°C]

70

teplomer

65

roztopený parafín

60 55

topenie

tuhnutie

50 45 40 35 30 25 20 15 10

šupinky parafínu

5 0 0

5

10

15

20

čas [min]

Obr. 36 Graf závislosti teploty od času pri topení a tuhnutí tiosíranu sodného

Aparatúra na skúmanie topenia a tuhnutia parafínu

Tiosíran sodný je kryštalická látka, ktorej teplota topenia je 48 °C. Pri rovnakej teplote táto látka aj tuhne. Vodorovná čiara grafu znamená, že počas topenia či tuhnutia sa teplota látky nemení. Všetka dodávaná energia pri topení sa spotrebuje na zväčšenie pohybu častíc. Pri tuhnutí sa odoberá energia, častice spomalia svoj pohyb a usporadúvajú sa do určitých polôh. V grafe závislosti teploty od času pri topení a tuhnutí parafínu má čiara grafu iný priebeh ako pri kryštalických látkach.


47

4. Topenie a tuhnutie teplota [°C] 110 100

látka je roztopená



začiatok topenia

70 60



50 40 30

začiatok tuhnutia



80

zohrievanie

20

látka je stuhnutá



90

ochladzovanie

10

čas [min]

0 0

2

4

6

8

10

12

14

Obr. 37 Graf závislosti teploty od času pri topení a tuhnutí parafínu

Parafín ako amorfná látka sa topí aj tuhne v teplotnom intervale od 34 °C do 56 °C. Častice amorfných látok sa pri premenách skupenstva správajú inak ako častice kryštalických látok, neusporadúvajú sa do pravidelných štruktúr.

Rieš úlohy 1. Urob pokus: porovnanie tuhnutia čistej vody a slanej vody. Pomôcky: 2 poháre z plastu, voda, kuchynská soľ, teplomer, odmerný valec (odmerka), voda Postup: a) Priprav nasýtený roztok kuchynskej soli vo vode. Nasýtený roztok pripravíš tak, že do teplej vody pridáš toľko soli, aby po zamiešaní roztoku zostala časť soli na dne nádoby. b) Nalej do jedného pohára čistú vodu a do druhého pohára rovnaké množstvo slaného roztoku bez kryštálikov soli. c) Oba poháre vlož do mrazničky a nechaj ich tam cez noc. d) Po vytiahnutí z mrazničky zmeraj teplotu slaného roztoku.

Odpovedz: 1. Aká je teplota slaného roztoku po vytiahnutí z mrazničky? 2. Prečo sa chodníky a cesty v zime posýpajú soľou? 2. Z isti si informácie a zaznamenaj si ich zdroj: a) Pri akej teplote nepomáha už proti námraze ani solenie ciest a chodníkov? b) Prečo solenie neodporúčajú ekológovia? 3. P reskúmaj graf na s. 47 a vysvetli, čo sa dialo p očas experimentu a merania v čase od: a) 0 do 5 min, b) 5 min do 10 min,

48


4.2 Tuhnutie

c) 10 min do 12,5 min, d) 12,5 min do 17,5 min, e) 17,5 min do 21 min. 4. Na grafe je zobrazený priebeh premeny skupenstva chemickej látky, ktorá sa nazýva butylstearát. Butylstearát je organická látka, ktorá sa využíva aj v kozmetike. Na základe odčítania hodnôt teploty a času z grafu, ako aj premýšľaním nad priebehom dejov pri premene skupenstva, odpovedz na otázky: a) Na grafe je zobrazené zohrievanie či ochladzovanie butylstearátu? b) V akom skupenstve bol butylstearát v čase: teplota [°C] 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

čas [min]

– od 0 po 5 minút, – od 8 po 12 minút? c) Pri akej teplote butylstearát tuhne? d) Je butylstearát amorfná alebo kryštalická látka? e) A ká bola teplota butylstearátu na začiatku zaznamenávania teploty? f) Za aký čas dosiahol butylstearát teplotu 0 °C?

Vieš, že... ... niektoré pevné látky sa zohrievaním menia priamo na plyn, napríklad jód či naftalín? Táto premena skupenstva sa nazýva sublimácia. Ak pary jódu alebo síry prudko ochladíme, vytvárajú kryštály. Túto premenu nazývame desublimácia. Pary jódu po ochladení na dne banky so studenou vodou vytvárajú kryštály čistého jódu.

Pravdepodobne najväčšia krúpa na svete sa našla v Kansase v USA v septembri 1970. Jej hmotnosť bola 766 g.


49

4. Topenie a tuhnutie Úloha – dôležité slová 1. Vysvetli dôležité slová uvedené v pravom stĺpci. 2. K slovám v ľavom stĺpci priraď slová z pravého tak, aby významovo patrili k sebe.

 premena plynu na kvapalinu  topenie  tuhnutie  látka  graf  premena kvapaliny na plyn

50

 kondenzácia  rosný bod  dážď  teplota topenia  rovnovážny stav  oblak  nasýtené pary  zmena hustoty  teplota tuhnutia  destilácia  kolobeh vody v prírode  kryštalická látka  amorfná látka  závislosť teploty od času  teplotný interval


Dlhodobá úloha Meteorologické pozorovanie

Predpoveď počasia je pre nás dôležitou informáciou. Vďaka predpovedi počasia vieme, ako sa obliecť na budúci deň a ako si naplánovať víkend. Predpovede počasia nám pomáhajú pripraviť sa na ničivý vietor, záplavové dažde alebo na zavlažovanie polí a záhrad v období sucha. Centrálnym pracoviskom pre predpoveď počasia u nás je Slovenský hydrometeorologický ústav v Bratislave, ktorý zbiera informácie približne z 50 meteorologických staníc na Slovensku. V tomto ústave sa zhromažďujú správy aj z iných štátov a kontinentov. Pre presné predpovedanie počasia je dôležité, aby sa počasie sledovalo na rôznych miestach Zeme, ale aj vysoko vo vzduchu pomocou meteorologických balónov. Predpovedať počasie pomáhajú aj meteorologické družice.

Obr. 38 Pracovisko Slovenského hydrometeorologického ústavu – meracie pole

Pracuj v skupine.

POZNÁMKA: Dobre si prečítaj úlohu, priprav si pomôcky a meradlá podľa návodov. Počas niekoľkých dní, v ktorých budeš zaznamenávať údaje, sleduj predpovede počasia v novinách a odkladaj si novinové výstrižky. Prípadne sleduj počasie na internete.

Meteorologický balón

Najväčší vplyv na počasie má prúdenie vzduchu. Slnko zohrieva zemský povrch a od neho sa prehrieva vrstva vzduchu nad ním. Teplý vzduch spolu s vodnými parami stúpa hore a na jeho miesto prichádza studený vzduch. Prúdením vzduchu vzniká vietor. Vietor prenáša oblačnosť a zrážky. Úlohou meteorológov je skúmať deje v atmosfére, sledovať vývoj počasia, predpovedať a vysvetľovať ho. Meteorológovia pravidelne merajú teplotu, tlak vzduchu, smer a rýchlosť vetra, vlhkosť vzduchu, oblačnosť, množstvo zrážok. V správe o počasí sa dozvedáme aj o stave a čistote ovzdušia. V nasledujúcej úlohe máte vykonať merania a pozo- Snímka Európy z meteorologickej rovania podobným spôsobom, ako ich vykonáva meteorológ. družice (29. 11. 2010) Zdroj: www.shmu.sk


51

Dlhodobá úloha Úloha

V priebehu najmenej 5 dní meraj, pozoruj a zaznamenávaj do tabuľky: – smer a rýchlosť vetra, – oblačnosť, – teplotu vzduchu, – zrážky, – vlhkosť vzduchu, – zmeny tlaku vzduchu, – zachytávanie prachových nečistôt v ovzduší. Pozorovania a merania zaznač do tabuľky Meteorologické pozorovania na strane 53.

Pomôcky:

meteorologická búdka, teplomer, zrážkomer, ukazovateľ smeru vetra, anemometer, vlhkomer, zachytávač prachových čiastočiek, z jednoduchých pomôcok zhotovený barometer, odmerný valec, hodinky, kompas Obr. 39 Meteorologická búdka

Postup:

a) P ripravte si v triede pre každú skupinu pomôcky – meteorologickú búdku, veternú smerovku, anemometer, zachytávač prachových čiastočiek (podľa návodov v tejto úlohe), vlhkomer, barometer (podľa návodov v projekte 1 s. 26 a 27), zrážkomer (podľa návodu z učebnice fyziky pre 6. ročník, s. 24). b) Umiestnite meteorologickú stanicu na voľné priestranstvo školského dvora. c) Vedľa stanice umiestnite do zeme zrážkomer. d) Ukazovateľ smeru vetra položte vedľa škatule na podstavec meteorologickej stanice tak, aby pevne stál. e) Rýchlosť vetra budete zisťovať anemometrom a pomocou tabuľky na obrázku 42.

Obr. 40 Zrážkomer

veľkosť uhla [°]

rýchlosť vetra [m/s]

veľkosť uhla [°]

rýchlosť vetra [m/s]

90

0

57

7

89

1,2

54

7,5

88

1,6

50

8

87

2

47

8,5

85

2,5

43

9

83

3

40

9,5

81

3,5

37

10

78

4

35

10,5

75

4,5

32

11

72

5

30

11,5

69

5,5

28

12

65

6

26

12,5

61

6,5

24

13

Obr. 42 Určovanie rýchlosti vetra pomocou anemometra a tabuľky Obr. 41 U kazovateľ smeru vetra – veterná smerovka

Okrem hodnoty rýchlosti vetra zaznamenávaj do tabuľky vietor aj slovami, ktoré sú tučne vytlačené na nasledujúcej strane.

52


Dlhodobá úloha slabý vietor – mierne sa pohybujú listy na stromoch mierny vietor – zdvíha sa prach, hýbu sa malé vetvy stromov silný vietor – hýbu sa veľké vetvy stromov prudký vietor – hýbu sa celé stromy víchrica – láme stromy, spôsobuje škody na stavbách (strháva komíny, škridlice zo striech) f) Zaznamenaj počasie v jednotlivých dňoch pomocou značiek. g) Zachytávaj prachové čiastočky vo vzduchu. Poznač si na zachytávač prachových čiastočiek svetové strany. Umiestni ho okolo nohy stojana meteorologickej stanice. h) Daj do lepenkovej škatule teplomer, nainštaluj anemometer na okraj podstavca. Na hornú časť nohy stojana pripevni vlhkomer a na spodnú časť barometer. i) Na zaznamenanie údajov si nakresli do zošita tabuľku.

jasno

vietor

polojasno

dúha

zamračené

búrka

sneh

dážď

hmla

dážď so snehom

Tabuľka: Meteorologické pozorovania dátum pozorovania teplota [°C] o hodine smer vetra vietor rýchlosť vetra [m/s] záznam počasia pomocou znakov množstvo zrážok [ml] vlhkosť vzduchu [%] tlak vzduchu (stúpa – klesá)

j) Po piatich dňoch pozorovania počasia meteorologickú stanicu rozober, uprav prostredie v jej okolí. Lupou si pozri nečistoty, ktoré sa nalepili na lepiacu pásku zachytávača prachových čiastočiek.

POZNÁMKA: Nepíš do učebnice! Tabuľku si urob do zošita.

Odpovedz: 1. V ktorom dni a o koľkej hodine si nameral najvyššiu teplotu vzduchu? 2. V ktorom smere fúkal najčastejšie vietor a akú najväčšiu rýchlosť dosiahol? 3. Aké najväčšie množstvo zrážok si nameral? 4. Ktorý deň bola najväčšia oblačnosť? 5. Zachytili sa na lepidle zachytávača nejaké prachové nečistoty? Pozri sa lupou. 6. Dá sa povedať, z ktorej svetovej strany ich vietor privial najviac? 7. V ktorý deň bola najväčšia vlhkosť vzduchu? 8. Porovnaj svoje záznamy o počasí s predpoveďou počasia uverejnenou v novinách. 9. Prezentuj svoje pozorovania pred triedou.


53


Návody na zhotovenie zariadení pre meteorologické pozorovania

Meteorologické stanice žiakov na školskom dvore Podstavec je vhodné urobiť na pracovnom vyučovaní.

Meteorologická búdka Pomôcky:

drevená tyč s dĺžkou 120 cm, drevená rovná plocha s rozmermi 30 x 40 cm, hrubší klinec s dĺžkou okolo 15 cm

Popis:

Základnou súčasťou meteorologickej stanice je podstavec zariadení na pozorovania (obr. 39). Ide o drevenú tyč s dĺžkou 120 cm ukončenú rovnou plochou s rozmermi 30 x 40 cm. V rohu plochy treba odspodu pribiť kolmo na plochu klinec s dĺžkou okolo 15 cm. Vyčnievajúca časť klinca slúži ako súčasť veternej smerovky (obr. 41). Je dôležité, aby bol podstavec na zariadenia umiestnený na voľnom priestranstve tak, aby namerané hodnoty neovplyvňovala prítomnosť stromov a budov, pretože by mohli skresliť výsledky meraní množstva zrážok, smeru a rýchlosti vetra. Podstavec má byť minimálne 1 m nad zemou. Na plochu pripevníme škatuľu, ktorá slúži na uloženie teplomera. Škatuľa by mala mať nepremokavý povrch a musí ňou voľne prechádzať vzduch, ktorého teplotu meriame.

Meteorologická búdka šípka

Ukazovateľ smeru vetra slamka

skúmavka na klinci

Pomôcky:

tvrdý plastový materiál (tvrdší papier), výkres, skúmavka, slamka na pitie, lepidlo, nôž kormidlo

Ukazovateľ smeru vetra – veterná smerovka

54

Postup:

a) P riprav si z plastového materiálu alebo z tvrdšieho papiera šípku a kormidlo. b) S lamku narež rovnako na oboch koncoch. Do jedného zárezu zastrč šípku, do druhého zárezu na druhom konci kormidlo. c) Slamku prilep v jej strede na dno skúmavky.


4.2 Tuhnutie d) P riprav kríž svetových strán. Z výkresu vystrihni štvorec 20 x 20 cm a vyznač na ňom svetové strany podľa obrázka. e) Štvorec s krížom svetových strán nasmeruj pri každom meteorologickom meraní pomocou kompasu.

Anemometer Pomôcky:

uhlomer z plastu, niť, stolnotenisová loptička, ihla, palička (20 cm)

Postup:

a) Ihlou prepichni loptičku. b) Odstrihni niť dlhú 40 cm a na jednom konci urob na nej uzol. c) Pomocou ihly prevleč niť otvormi v loptičke. d) Druhý koniec nite uviaž o uhlomer podľa obrázka. e) N a uhlomer možno pripevniť (prilepiť izolepou) ako držadlo drevenú paličku. f) P ri meteorologickom pozorovaní nastav anemometer v smere vetra a odčítaj na uhlomeri uhol, o aký sa vychýli niť. Pomocou tabuľky na strane 52 urč z odčítaného uhla výchylky nite – rýchlosť vetra v metroch za sekundu [m/s].

Kríž svetových strán. Urob v strede otvor a nasuň na klinec pod smerovkou. drevená palička 0°

180°

uhlomer 90°

Zachytávač prachových čiastočiek niť

Pomôcky:

plastová fľaša, nožnice, izolepa, ihla, hrubšia niť

Postup:

a) Z plastovej fľaše vystrihni valec s výškou 5 cm. b) Odstrihni 3 rovnako dlhé nite – 40 cm. c) P omocou ihly urob do valca 3 otvory, ktoré sú od seba v rovnakej vzdialenosti. stolnotenisová loptička d) Prevleč nite otvormi a uviaž. e) N alep po obvode izolepu lepivou stranou von tak, aby sa na nej mohli zachytávať nečistoty (obr. 43). Anemometer f) Na meteorologickej stanici má zachytávač prachových čiastočiek visieť okolo nohy podstavca. Nite je potrebné pripevniť pod rovstolček / rovná nú plochu. plocha stojana nite

5 cm odstrihnúť

0,5 m

plastový valec s lepiacou páskou



Obr. 43 Zachytávač prachových čiastočiek


55

Čo sme sa naučili Hmla, rosa či námraza súvisia s premenou plynného skupenstva na kvapalné skupenstvo. Na chladných predmetoch či v chladnom vzduchu sa častice plynu začnú pohybovať pomalšie a spájať sa do kvapiek. Dochádza ku skvapalňovaniu – kondenzácii. Teplota, pri ktorej dochádza k tvorbe vodných kvapiek, sa nazýva rosný bod. Vznik kvapiek je podmienený kondenzačnými jadrami – napríklad mikroskopickými prachovými čiastočkami v ovzduší. Dážď je dôsledok kondenzácie vodných pár v ovzduší.

Rosa

Kondenzácia pár kvapalín je podstatou fyzikálnej metódy, ktorou sa oddeľujú kvapalné látky z kvapalných zmesí. Táto metóda sa nazýva destilácia. Príkladom využitia destilácie je výroba destilovanej vody, ktorá sa využíva v laboratóriách ako rozpúšťadlo, v chladičoch automobilov či do naparovacích žehličiek.

Kolobeh vody v prírode

prúdenie studenej – chladiacej vody

studená voda kondenzácia

voda

destilát Modelovanie dažďa

topenie

Jednoduchá aparatúra na výrobu destilovanej vody

Teplota topenia a tuhnutia je pre látku (za daných podmienok – tlaku) charakteristickou hodnotou. Pre vybrané látky sú hodnoty teploty topenia a tuhnutia uvedené v Matematicko-fyzikálno-chemických tabuľkách. tuhnutie

Pri topení látku zohrievame. Častice látky zrýchľujú svoj pohyb a narážajú do seba. Pri kryštalických látkach sa narúša ich štruktúra.

Pri tuhnutí sa látka ochladzuje. Častice látky spomaľujú svoj pohyb a v kryštalickej látke sa usporadúvajú do určitých polôh.

56


Čo sme sa naučili

Graf závislosti teploty od času pri topení teplota [°C]

teplota [°C] 19 0

čas [s]

17

čas [s] Priebeh grafu pre amorfnú látku – butylstearát

0

Priebeh grafu pre kryštalickú látku – vodu

Teplota topenia a teplota tuhnutia je pre väčšinu látok rovnaká. Premeny skupenstva

skvapalňovanie kondenzácia

sublimácia

desublimácia

vyparovanie

topenie

tuhnutie

Meteorologické pozorovania sú založené na fyzikálnych meraniach a ich vyhodnotení. Meteorológ skúma 6 základných meteorologických prvkov: 1. oblačnosť, 2. zrážky, 3. prúdenie vzduchu (silu a smer vetra), 4. teplotu vzduchu, 5. tlak vzduchu, 6. vlhkosť vzduchu. Meteorologická stanica


57

Test 2 – vyskúšaj sa Premena plynu na kvapalinu Topenie a tuhnutie POZNÁMKA: Nepíš do učebnice! Tabuľku a grafy kresli do zošita.

1. M áš vyriešiť problém, či možno roztopiť hliník v nádobe z olova. Opíš, ako by si pri riešení postupoval. 2. Na obrázkoch sú znázornené premeny skupenstva látok. Odpovedz na otázky pod obrázkami.

A B C a) Ako nazývame deje znázornené na obrázku A, B, C? K akej premene skupenstva pri nich dochádza? Pri ktorých dejoch musíme látku zohrievať a pri ktorých ochladzovať? (Odpovede zapíš do tabuľky.)

teplota [°C]

obrázok

názov fyzikálneho deja

premena skupenstva

zohrievanie/ ochladzovanie

A 0

úloha b)

čas [min]

teplota [°C]

0

čas [min] úloha c)

58

B C

b) Vodu, ktorá má izbovú teplotu (okolo 22 °C), zohrievame, kým začne vrieť. Označ osi grafu a voľnou rukou nakresli priebeh grafu, ktorý znázorňuje tento dej. c) Kocky ľadu z mrazničky (okolo -4 °C) zohrievame, až sa roztopia na vodu. Označ osi grafu a voľnou rukou nakresli priebeh grafu, ktorý znázorňuje tento dej. 3. Občas sa stáva, že v letných mesiacoch padajú krúpy. Opíš, k akým dejom dochádza v atmosfére Zeme, ktoré predchádzajú padaniu krúp. (Snaž sa opísať dej od začiatku.)


Test 2

4. N a troch grafoch je znázornený priebeh zohrievania alebo ochladzovania látky a premena jej skupenstva. teplota [°C]

teplota [°C]

A

teplota [°C]

B čas [s]

C čas [s]

čas [s]

a) Rozhodni, ktorý z nich znázorňuje ochladzovanie látky a jej tuhnutie. b) Myslíš si, že obrázky znázorňujú premeny skupenstva kryštalickej či amorfnej látky? (Vyber správne slovo z predchádzajúcej vety.) 5. N a obrázku je znázornená kocka ľadu plávajúca na vode. Vysvetli, prečo kocka ľadu (ľadová kryha) pláva na vode a neponorí sa. Vo vysvetlení použi aj termín hustota.


59

4. Topenie a tuhnutie

Recommend Documents