Фізика. Повторне видання. 8 клас. Засєкіна (2025)

Тема 2. Зміна агрегатного стану. Теплові машини

ТИ НАВЧИШСЯ:

вибирати пізнавальну ситуацію, яку можна розв’язати дослідницьким способом, формулювати висновки, презентувати результати, здійснювати самоаналіз дослідницької діяльності;
опрацьовувати, систематизувати та представляти інформацію природничого змісту;
формулювати проблему й обирати стратегії її розв’язання;
досліджувати процеси, що супроводжуються перетворенням агрегатного стану речовини;
складати рівняння теплового балансу;
розв’язувати фізичні задачі на визначення величин, що описують поглинання/виділення тепла у процесах кипіння/конденсації, плавлення/тверднення та на ККД теплових машин.

ТИ ЗРОЗУМІЄШ:

властивості рідин (поверхневий натяг, капілярність, змочування), пари (вологість), твердих тіл (аморфних і кристалічних);
які зміни відбуваються у внутрішній будові речовини під час переходу її з одного агрегатного стану в інший;
принцип дії теплових машин;
переваги і недоліки впливу теплових машин та інших засобів теплотехніки на довкілля;
чому важливі енергоощадні заходи для родини, громади, країни;
які є способи подолання екологічних проблем, пов’язаних із використанням теплових машин.

ТИ ЗМОЖЕШ:

описувати будову і властивості речовини при переході її з одного агрегатного стану в інший, використовуючи поняття: питома теплота плавлення, питома теплота пароутворення, питома теплота згорання палива;
пояснювати процеси змочування, підняття рідини в капілярах, пароутворення і конденсації, плавлення і тверднення, згорання.

§ 9. Досліджуємо поверхневий натяг рідин, змочування і капілярні явища

- Ми детальніше вивчатимемо рідини. Варто пригадати все, що вчили, про рідкий стан. Як це краще зробити? Повторити параграфи 1-3? Переглянути відео в е-додатку? О, зроблю плакат чи презентацію!

ДОСЛІДЖУЙ

Виконай досліди (мал. 9.1) і переконайся, що вода може: (а) утримувати на поверхні легкі предмети; (б) підніматися тоненькими капілярами (порами); (в) розтікатись по поверхні або збиратись у краплини.

Мал. 9.1

ДІЗНАВАЙСЯ

Чому виникає поверхневий натяг? Характерною властивістю рідини є те, що на межі з газом рідина утворює вільну поверхню. Такі явища, як поверхневий натяг, змочування поверхонь, утворення крапель, капілярні явища зумовлені саме особливостями взаємодії молекул, що містяться в поверхневому шарі рідини (мал. 9.2).

Мал. 9.2

Усередині рідини кожна молекула рівномірно оточена іншими молекулами, і сили взаємодії між ними скомпенсовані. Молекули ж поверхневого шару лише з одного боку оточені молекулами рідини, з іншого — молекулами газу. Відповідно, сили взаємодії між молекулами на поверхні рідини не скомпенсовані. Виникає сила, напрямлена вглиб рідини та вздовж її поверхні. Тому поверхня води стягується й стає як еластична плівка, що дозволяє утримувати легкі предмети. Це явище називають поверхневим натягом.

• Переглянь в е-додатку відео поверхневого натягу рідин (9.1).

Поверхневий натяг рідини визначається силами міжмолекулярної взаємодії, тому він залежить від:

природи рідини: у летких рідин, які швидко випаровуються (ефір, спирт, бензин) поверхневий натяг менший, ніж у нелетких (ртуть, рідкі метали);
температури рідини: що вищою є температура рідини, тим меншим є її поверхневий натяг;
наявності в складі рідини поверхнево-активних речовин; їх наявність значно зменшує поверхневий натяг рідини;
властивостей газу (або іншої рідини), з яким межує дана рідина.

Поверхневий натяг (surface tension) — фізичне явище, зміст якого полягає в прагненні рідини скоротити площу своєї поверхні при незмінному об’ємі.

Мило та миючий засіб називають поверхнево-активними речовинами (surfactants). Їхні молекули містять частину, яка сильно притягується до молекул води, і частину («хвіст»), яка не взаємодіє з молекулами води. Унаслідок чого молекули поверхнево-активної речовини мігрують на поверхню води і стирчать догори «хвостами», створюючи нову поверхню, яка має значно менший поверхневий натяг (мал. 9.3).

Мал. 9.3

- Так, з милом краще відмивається бруд. Але якщо мило та інші миючі засоби так впливають на поверхневий натяг води, то чи не створюють вони небезпеку для природних водойм? Дізнаюсь сам і поділюсь інформацією з однокласниками й однокласницями.

Чому вода змочує одні поверхні й не змочує інші? Відомо, що за однакової маси найменшу площу поверхні має тіло сферичної форми. Саме такої форми і намагається надати рідині поверхневий натяг. При контакті з будь-якою поверхнею до формування поверхні долучається взаємодія з молекулами цієї поверхні, і все це відбувається під дією сили тяжіння. Тому краплі, розташовані на поверхні, сплющені згори силою тяжіння і спотворені на межі дотику рідини з поверхнею. Якщо молекули рідини притягуються одна до одної слабше, ніж до молекул твердого тіла, то рідина розтікається (змочує поверхню) (мал. 9.4, а). А якщо сили притягання між частинками самої рідини більші, ніж сили притягання цих молекул до молекул твердого тіла, то рідина набуває сферичної форми (не змочує поверхню) (мал. 9.4, б).

Мал. 9.4. а — рідина змочує поверхню, б — рідина не змочує поверхню

Оскільки явища змочування і незмочування зумовлено властивостями речовин рідини й твердого тіла, то та сама рідина може бути змочувальною для одного твердого тіла й незмочувальною для іншого. Вода, наприклад, змочує скло й не змочує парафін. Щоб виміряти ступінь змочування певної поверхні, вчені вимірюють крайовий кут. Якщо кут менший від 90 , то матеріал поверхні є гідрофільним (любить воду) і змочується. Якщо кут більший за 90 , то матеріал гідрофобний (боїться води) — не змочується.

• Переглянь в е-додатку відео змочування і незмочування тіл (9.2).

Чому вода піднімається в капілярах? У природі часто зустрічаються тіла, пронизані численними дрібними капілярами (від лат. capillaris — волосяний) — вузькими каналами довільної форми. Таку структуру мають папір, дерево, ґрунт, багато тканин і будівельних матеріалів. Рідина, яка змочує капіляр, втягується в нього, піднімаючись на досить велику висоту (мал. 9.5, а). У вузеньких капілярах сила викривлення поверхні на межі дотику рідини і стінки поширюється на всю поверхню рідини. За рахунок цього викривлення створюється додаткова сила, яка діє на рідину. Так піднімаються волога та поживні речовини в стеблах рослин, волога у ґрунтових капілярах. Якщо рідина не змочує капіляр, то вона в капілярі опускається (мал. 9.5, б). Чим меншим є радіус капіляра, тим більша висота підняття (або опускання) рідини (мал. 9.5, в).

Мал. 9.5

• Переглянь в е-додатку анімаційну модель підняття рідини в капілярах (9.3).

ДУМАЙ

1. Які властивості має поверхневий шар рідини?
2. Що змушує рідину зменшити свою площу вільної поверхні?
3. Прокоментуй прислів’я: як з гусака вода, вийти сухим з води, носити воду в решеті. Чи дійсно можна вийти з води сухим? Що для цього потрібно?
4. Чому волоски пензлика злипаються після того, як його виймають із води?
5. Де капілярні явища зустрічаються в природі та техніці?
6. Чому розплавлений жир плаває на поверхні води у вигляді сплюснутих кульок?

ДІЙ

ВИКОНАЙ ДОСЛІДЖЕННЯ

Виконуй досліди з дотриманням правил безпеки життєдіяльності!

1. Досліди поверхневий натяг рідини. Обладнання: склянка з водою, пластикова картка, монети. Перевір, чи справді можна утримати монети (мал. 9.6). Запропонуй спосіб визначення сили поверхневого натягу.

Мал. 9.6

2. З’ясуй, яка рідина має більший поверхневий натяг — вода чи спирт (мал. 9.7). Обладнання: дві монети, піпетка, вода та спирт.

Мал. 9.7

• Перевір свій результат за відео в е-додатку (9.4).

3. Досліди вплив мила на поверхневий натяг. Обладнання: миска із водою, чорний мелений перець (або мелена кава), мило (або миючий засіб).

4. Досліди капілярні явища. Обладнання: а) посудина з водою, трубочки різного діаметра, лінійка (мал. 9.8, а); б) пористий папір, склянки з водою, фарба (мал. 9.8, б).

Мал. 9.8

ОПРАЦЮЙ ІНФОРМАЦІЮ

Візьми участь у груповій роботі

1. Об’єднайтесь у групи та розподіліть запитання (a-в) для пошуку інформації. Запитання: а) як поверхнево-активні речовини впливають на навколишнє середовище; б) у яких випадках капілярні явища відіграють позитивну роль, а у яких — негативну; в) яке практичне використання гідрофобних і гідрофільних речовин.

2. Об’єднайтесь у групи. Виконайте досліди із мильними бульбашками (е-додаток, 9.5).

ОЦІНИ СЕБЕ

• Виконай у е-додатку завдання для самооцінювання (9.6).