Спиртівка-це простий і доступний пристрій, який дозволяє генерувати полум'я за допомогою спирту. Через свою малу потужність, спиртівка не має здатності досягти такої високої температури, необхідної для закипання води.
Для того щоб зрозуміти, чому так відбувається, потрібно знати кілька фізичних законів.
Перший закон термодинаміки стверджує, що енергія не може з'явитися з нізвідки або зникнути без сліду. Вона може тільки перетворюватися з однієї форми в іншу. У випадку зі спиртівкою, енергія, що виділяється при згорянні спирту, залишається у вигляді тепла. Це тепло передається навколишнім предметам, але в недостатній кількості для закипання води.
Вплив фізичних властивостей речовин
При вивченні фізики важливо розуміти вплив фізичних властивостей речовин на результати експериментів і явища, які спостерігаються в природі. Фізичні властивості речовин визначають їх здатність до зміни стану або поведінки в різних умовах.
Наприклад, при взаємодії із зовнішнім середовищем речовина може змінювати свою температуру, об'єм, щільність або агрегатний стан.
Для прикладу розглянемо випадок скипячения води в відрі на спиртівці. Спиртівка є джерелом тепла, яке передається воді і викликає її нагрівання. При досягненні певної температури, яка називається температурою кипіння, вода починає випаровуватися і перетворюватися на пару.
Однак, коли вода нагрівається на спиртовке, її температура зростає до 100 градусів Цельсія, а потім перестає рости, не досягаючи точки кипіння. Це пояснюється фізичним властивістю води-її поверхневим натягом. Поверхневий натяг води створює тонку плівку на її поверхні, яка заважає утворенню пари і закипання в відрі.
Для успішного закипання води на спиртівці необхідно усунути поверхневий натяг. Це можливо, наприклад, шляхом додавання краплі миючого засобу або солі у воду, що зменшить поверхневий натяг і дозволить воді закипіти при нагріванні на спирті.
- Фізичні властивості речовин визначають їх здатність до зміни стану або поведінки в різних умовах.
- Температура, об'єм, щільність і агрегатний стан - основні фізичні властивості речовин.
- Поверхневий натяг води заважає її закипання на спиртівці.
Температура кипіння води і спирту
Температура кипіння являє собою температуру, при якій рідина переходить в газоподібний стан. Вона залежить від ряду факторів, таких як тиск, склад рідини і її чистота.
Вода є однією з найпоширеніших рідин на землі, і її температура кипіння при нормальних умовах (тобто при атмосферному тиску 101,3 кПа або 1 атмосфері) становить 100 градусів Цельсія. Це означає, що при цій температурі молекули води отримують достатньо енергії для подолання сил тяжіння і переходять у пароподібний стан.
Спирт-ще одна поширена рідина, але з нижчою температурою кипіння. Для етанолу, який є найбільш часто використовуваним видом спирту, температура кипіння становить близько 78,4 градусів Цельсія при нормальних умовах тиску.
При спробі закип'ятити воду у відрі на спиртівці виникає проблема. Температура полум'я спиртівки зазвичай недостатня для досягнення точки кипіння води, який дорівнює 100 градусів Цельсія. В результаті вода може нагріватися до певної температури, але ніколи не досягне точки кипіння.
Однак, варто відзначити, що точка кипіння рідини може змінюватися в залежності від зміни тиску. Якщо збільшити тиск на воду, то її температура кипіння буде підвищуватися. Навпаки, якщо зменшити тиск, то її температура кипіння буде знижуватися.
| Речовина | Температура кипіння (градуси Цельсія) |
|---|---|
| Вода | 100 |
| Спирт (етанол) | 78,4 |
Таким чином, вода і спирт мають різні температури кипіння, що пояснює неможливість закип'ятити відро води на спиртівці при використанні звичайних умов нагріву.
Хімічні властивості спирту і води
1. Прозора рідина з характерним запахом.
2. Речовина при кімнатній температурі і тиску є летючим, тобто випаровується.
3. Вода і спирт можуть змішуватися в різних пропорціях, утворюючи розчини. Ці розчини можуть бути горючими.
4. Спирт є антисептиком і може використовуватися для дезінфекції ран і поверхонь. Однак при великій кількості спирту відбувається зворотний ефект і його використання може викликати роздратування шкіри.
1. Одне з основних складових речовин на землі і людського організму.
2. Кристалічна речовина при температурі нижче 0 градусів Цельсія, в результаті чого утворює лід.
3. Вода має високу теплопровідність і теплоємність, що робить її важливою для регулювання температури тіла. Також вода використовується в охолодженні різних процесів.
4. Вода є універсальним розчинником. Багато речовин здатні розчинятися у воді, що відіграє важливу роль у біологічних процесах, хімічних реакціях та різних технологічних процесах.
Хімічні властивості спирту і води відрізняються один від одного, що обумовлено різними структурами і зв'язками між атомами в даних речовинах.
Принцип роботи спиртівки
Спиртівка являє собою нескладний пристрій, який працює на основі згоряння спирту або іншого палива. Вона складається з резервуара для палива, пальника і кришки з отвором для підтримки Gorenje.
Принцип роботи спиртівки заснований на виборчому випаровуванні і згорянні палива. На початку роботи спиртівки паливо знаходиться в резервуарі і випаровується при нагріванні. Випарене паливо утворює пари повітря і горючого газу, які змішуються у верхній частині пальника. Потім суміш потрапляє в отвір кришки, де вона підпалюється.
Спиртівка має отвір з діаметром, який дозволяє підтримувати стійку роботу пальника. При цьому необхідно враховувати, що якщо діаметр отвору занадто великий, то Gorenje стане некерованим і спиртівка перестане працювати правильно.
Принцип роботи спиртівки заснований на хімічній реакції окислення і згоряння палива при наявності кисню повітря. При цьому виділяється тепло і утворюються продукти згоряння - вода і вуглекислий газ.
Основний недолік спиртівки в тому, що вона не забезпечує досить високу температуру для кип'ятіння води, особливо якщо її обсяг великий. Тому її застосовують переважно для підтримки невеликого вогню або нагрівання невеликого об'єму рідини.
Здатність спиртівки досягати необхідну температуру
Спиртівка, невеликий пристрій, що використовує спирт в якості палива, має ряд особливостей, які роблять її неефективною для закип'ячування великої кількості води у відрі:
1. Пропан-бутан та інші гази, що використовуються в спиртових напоях, мають низьку теплоту згоряння порівняно з іншими видами палива, такими як газ або Електрика. Це означає, що для досягнення досить високої температури для закип'ячування відра води може знадобитися тривалий час.
2. Спиртівка не має високого ступеня концентрації полум'я, що означає, що теплова енергія, що виділяється при згорянні, поширюється в навколишній простір і не зосереджена в одній точці. Тому нагрівання відра з водою буде відбуватися нерівномірно і повільно, вимагаючи більше часу для закип'ячування.
У таблиці нижче наведені порівняльні показники ефективності різних видів палива для нагрівання води:
| Вид палива | Теплота згоряння (кДж / кг) |
|---|---|
| Електрика | 44,5 |
| Газ | 50-55 |
| Спирт | 28,8 |
Як видно з таблиці, спиртівка володіє набагато меншою теплотою згоряння в порівнянні з електрикою або газом, що позначається на її здатності досягати необхідну температуру для закип'ячування відра води.
В результаті, закип'ятити відро води на спиртівці може зайняти значний час, що робить цей спосіб непрактичним і неефективним.
Взаємодія молекул речовин
Притягання молекул - це слабкі сили, які називаються ван-дер-ваальсовими силами. Вони обумовлені тимчасовими відмінностями в розподілі електронної оболонки молекули і призводять до утворення невеликих диполів, які притягують сусідні молекули.
Відштовхування молекул виникає при наближенні молекул один до одного на відстань, меншу певного критичного. На цій відстані починають проявлятися відразливі сили, які перешкоджають подальшому зближенню молекул.
Переміщення молекул речовини відбувається через теплового руху, викликаного коливаннями і обертаннями молекул. Цей рух дозволяє молекулам речовини рухатися в просторі.
При закип'ятті води на спиртівці відбувається взаємодія молекул води з молекулами спирту. Молекули спирту мають слабкіші ван-дер-ваальсові сили, тому вони не можуть ефективно притягувати молекули води і порушувати їх структуру. В результаті, вода не закипає на спиртівці.
Взаємодія молекул речовини відіграє важливу роль у поясненні ряду фізичних явищ, зокрема, зміни фази речовини, її теплоємності та теплопровідності.
Полярність молекул води і спирту
Молекули води (H2O) складаються з двох атомів водню і одного атома кисню. Ця структура робить молекулу води полярною. Оксиген має більшу електронегативність, ніж водень, що призводить до нерівномірного розподілу електронної щільності. В результаті утворюється позитивний заряд на атомах водню і негативний заряд на атомі кисню. Молекули води утворюють водневі зв'язки, притягуючи один одного і утворюючи структуру з сильними міжмолекулярними силами.
Навпаки, молекули спирту ( наприклад, етанолу-C2H5OH) мають більш складну структуру. Вона також містить атоми водню і кисню, але між ними присутній вуглецевий скелет. Молекули спирту не володіють таким сильним електронним нерівновагою, як молекули води, і тому їх полярність набагато нижче.
Полярні молекули краще взаємодіють з іншими полярними молекулами і утворюють міжмолекулярні сили, які утримують їх разом. Це означає, що молекули води здатні утворювати водневі зв'язки один з одним, що забезпечує стійкість і високу киплячу точку цієї сполуки.
Коли ми намагаємося закип'ятити відро води на спирті, отриманий вогонь, як правило, занадто слабкий, щоб перенести достатню енергію на молекули води і змусити їх перейти в газоподібний стан. Більш полярні молекули води мають вищу енергію зв'язування і потребують більше енергії для подолання сил притягання та переходу в пароподібний стан.
Таким чином, через різної полярності молекул води і спирту, енергія, що виділяється горінням спиртівки, недостатня для закип'ят Gorenje відра з водою.
Притягання молекул і сили інтра - і міжмолекулярної взаємодії
Молекули такої речовини, як вода, перебувають у постійному русі та взаємодіють між собою. Ці взаємодії визначають фізичні властивості речовини і впливають на його поведінку.
Інтрамолекулярні сили включають сили, що діють всередині молекули і обумовлюють її структуру і властивості. Вода, наприклад, утворює полярні молекули, де позитивний заряд зосереджений на водні, а негативний - на кисні. Ці полярні зв'язки створюють сили тяжіння всередині молекули.
Міжмолекулярні сили, з іншого боку, діють між молекулами і визначають їх взаємне розташування та рух. Вода володіє силами Ван-дер-Ваальса і гідрофобною взаємодією, які впливають на її поведінку при нагріванні.
Коли вода нагрівається на спирті, енергія переноситься на молекули, підвищуючи їх кінетичну енергію і викликаючи більш інтенсивний рух. Однак, міжмолекулярні сили тяжіння води чинять опір цьому руху, що ускладнює її закипання на спиртівці.
Спиртівка, на якій вода нагрівається, не забезпечує достатньо високої температури для подолання міжмолекулярних сил води. Тому вода на спиртівці буде тільки нагріватися, але не досягне точки кипіння, при якій тяжіння між молекулами буде подолано, і пари води почнуть утворюватися.
Таким чином, тяжіння молекул і сили інтра - і міжмолекулярної взаємодії води є основною причиною, по якій не можна закип'ятити відро води на спиртівці в фізиці 8 клас.