Удивительные свойства воды.

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа имени Героя Советского Союза А.М. Селютина с. Михайловское»

Исследовательская работа по физике:

«Удивительное вещество - вода»

Работу выполнила:

Ученица 11 «Б» класса

Драева Дз. Р.

Руководитель:

Козаева Т. А.

2022 г.

Содержание

Введение

Мы все привыкли воспринимать воду как должное, забывая, что это уникальный элемент, без которого не было бы жизни на нашей планете. Мало кто задумывается над удивительными свойствами воды, и это, пожалуй, понятно – ведь вода повсюду окружает нас, она очень обычна на нашей планете. Ну, а обычное никогда не кажется удивительным. Однако сама обыденность необычна. Ведь никакое другое вещество не встречается на Земле в таких количествах, да еще одновременно в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. Каждый день мы используем воду для повседневных нужд и не задумываемся о том, как мало мы в действительности знаем о ней. Используя воду ежедневно для приготовления пищи, бытовых, сельскохозяйственных и технических целей, мы не задумываемся о ее роли в нашей жизни. Сколько тайн и загадок таит в себе такое близкое и знакомое понятие – вода?

Цель проекта:

провести опытные исследования физических свойств воды;

Задачи проекта:

Используя различные информационные источники, расширить свои теоретические знания о физических свойствах воды и ее аномалиях.

Провести опытную проверку изученных свойств.

На основе знаний физики объяснить большинство явлений и процессов, связанных с водой.

Представить результат в доступной привлекательной форме

Чтобы как можно лучше познакомиться с таким обычным для всех веществом как вода, раскрыть сущность этого вещества, значимость её физических свойств, необходимо провести опыты, связанные с её свойствами.

Глава 1. Теоретическая часть Физические свойства воды и ее аномалии

Вода обладает многими интересными свойствами, резко отличающими ее от всех других жидкостей. И если бы вода вела себя «как положено», то Земля стала бы просто неузнаваемой. Для воды, будто законы не писаны! Но, благодаря ее капризам, не могла бы родиться и развиваться жизнь.

Вода – это прозрачная жидкость без запаха, цвета, вкуса. Вода текуча. Легко меняет форму, трудно сжимается, сохраняет свой объем. Все тела при нагревании расширяются, при охлаждении сжимаются. Все, кроме воды. При температуре от 0 до + 4 °С вода при охлаждении расширяется, при нагревании сжима­ется. При + 4 °С вода имеет наибольшую плотность, равную 1000 кг/м3. При более низкой и более высокой температуре плотность воды несколько меньше. Благодаря этому осенью и зимой в глубоких водоемах конвекция происходит свое­образно. Вода, охлаждаясь сверху, опускается вниз, на дно, только до тех пор, пока ее температура не снизится до +4 °С. Тогда в стоячем водоеме устанавливается распределение тем­пературы, изображенное на рисунке 1.

Рисунок 1. Распределение температуры

Благодаря этому под слоем льда, покрывающим водоем сверху, живут в воде рыбы и другие обитатели водоемов.

Чтобы нагреть 1 г воды на 1 °С, ей необходимо отдать в 5, 10, 30 раз большее количество теплоты, чем 1 г любого дру­гого вещества, т. е. вода имеет очень большую удельную теп­лоемкость, равную 4200 Дж/(кг•°С). Вследствие этого вода является хорошим теплоно­сителем. Большая удельная теплоемкость воды определяет климат планеты. Вода нагревается значительно медленнее суши, забирая большое количество солнечного тепла. Полученное тепло она сохраняет дольше, чем воздух и земля, выполняя при этом терморегулирующую функцию. На этом свойстве воды основан и принцип обогрева жилых помещений при движении горячей воды по батареям отопительной системы.

Бросьте твердый кусочек свинца в жидкий свинец, и он потонет, так как он плотнее жидкого, как и подавляющее большинство других веществ. А вода? Твердая вода — лед — имеет плотность всего 900 кг/м3, поэтому льдины спокойно плы­вут по поверхности реки. Расширение воды при отвердевании вызывает разрушение горных пород. Затекая днем в трещины скал, вода ночью замерзает и отделяет куски породы.

В одном стакане находится лед при 0 °С, а в другом — та­кое же количество «ледяной» воды. Разница между ними по запасу внутренней энергии так же велика, как между водой при 0°С. и 80°С. Переход из твердого состояния в жидкое со­провождается у воды необыкновенно большим поглощением теплоты — 330 кДж/кг! Из распространенных метал­лов только алюминий превосходит воду по величине удель­ной теплоты плавления. Большое количество теплоты, кото­рое нужно отнять у воды при ее замерзании, объясняет тот факт, что во время снегопада обычно становится теплее, а во время весеннего ледохода у реки сравнительно прохладно. Вода переходит из твердого в жидкое состояние и наоборот (тает и замерзает) при одной и той же температуре 0°С.

Вода требует громадного количества теплоты для своего испарения. Вот почему там, где много воды, даже под паля­щими лучами солнца бывает не очень жарко. Испаряя неко­торое количество воды через поры кожи, организм человека имеет возможность поддерживать определенную температуру тела. Удельная теплота парообразования воды равна 2300 000 Дж/кг. Если бы удельная теплота парообразования воды была раз в десять меньше (например, как у жидкого азота или керосина), то один за другим высыхали бы мелкие водоемы, дождь испарял­ся бы зачастую еще в воздухе, а леса и луга вскоре преврати­лись бы в пустыню. Температура кипения воды +100°С, хотя и тут вода проявляет интереснейшие свойства: это правило соблюдается только при нормальном давлении (которое составляет 760 мм рт. ст.), при понижении давления уменьшается, и температура кипения воды (например, на высоте 2900 м над уровнем моря, где атмосферное давление составляет 525 мм рт. ст., точка кипения воды составляет 90°С.)

Вода – поразительная жидкость – у нее есть другая аномалия. Из всех жидкостей, кроме ртути, у воды самое большое поверхностное натяжение.

Все системы стремятся уменьшить свою энергию. Точно так же сила поверхностного натяжения стремится сократить до минимума площадь поверхности жидкости. Из всех геометрических форм шар обладает при данном объеме наименьшей поверхностью. Так что собственная форма жидкости – шар. Большое количество жидкости не может сохранить шарообразную форму: она изменяется под действием силы тяжести. Если устранить действие силы тяжести, то под действием молекулярных сил жидкость примет форму шара.

Роль поверхностного натяжения в жизни очень разнообразна. Например, существуют целые виды мелких насекомых и паукообразных, передвигающихся за счет поверхностного натяжения. Наиболее известны водомерки, которые опираются на воду кончиками лапок. Сама же лапка покрыта водоотталкивающим налетом. Поверхностный слой воды прогибается под давлением лапки, но за счет силы поверхностного натяжения водомерка остается на поверхности.

В обычных сосудах вода принимает горизонтальную поверхность. Однако и здесь требуется поправка. Приглядитесь внимательнее, и вы заметите, что у краев поверхность жидкости приподнята и образует вогнутую форму. Это – тоже следствие поверхностного натяжения. Молекулы жидкости взаимодействуют между собой и с молекулами сосуда. В зависимости от того, какая из этих сил больше будет наблюдаться, явление смачивания (вогнутая поверхность) или не смачивания (выпуклая форма). Благодаря капиллярным явлениям влага поднимается, и растения имеют возможность питаться.

Вода – лучший растворитель. Свойства и строение воды во многом определяют различные особенности растворов. Вода нужна для нашего организма как растворитель питательных веществ, и как переносчик их, и как среда, в которой протекают различные процессы, связанные с нашей жизнедеятельностью. Нельзя забывать, что в истории нашей планеты вода имеет исключительное значение. Пожалуй, никакое другое вещество не может сравниться с водой по своему влиянию на ход тех величайших изменений, которые претерпела Земля за многие сотни миллионов лет своего существования. Там, где есть жизнь, всегда есть вода. Жизнь без воды невозможна.

Огромное значение воды и важность проблем, связанных с ее загрязнением ни у кого не вызывает сомнений. Запасы пресной воды ограничены. Берегите себя. Берегите воду. Берегите нашу планету!

Аномалии воды — отклонения от нормальных свойств тел — до конца не выяснены и сегодня, но главная причина их известна: строение молекул воды. Атомы водорода присое­диняются к атому кислорода не симметрично с боков, а тя­готеют к одной стороне.

Секреты воды

Современная наука продолжает изучать и находит новые свойства воды. Изучая свойства воды, мы узнали очень интересный факт. Вода обладает «памятью» – накапливает и сохраняет сообщаемую ей информацию. Если воде при замерзании произнести добрые слова или красивую музыку, то получаются великолепной красоты кристаллы, если же слова и музыка были агрессивными – кристаллы получаются мелкими и уродливыми. Этими исследованиями более двадцати лет занимается Японский ученый Масару Емото.

Предполагается, что вода океана хранит память о созданиях, обитавших в его глубинах. Ледники тоже могут вмещать в себя миллионы лет истории нашей планеты. По мнению руководителя лаборатории научно-экспериментального центра Минздрава РФ Станислава Зинина, вода состоит не из отдельных молекул, а из крупных соединений, включающих до 900 молекул - так называемых кластеров. Вода, состоящая из множества кластеров различных типов, воспринимает, хранит и передает самую различную информацию.  Вода реагирует на мысли и эмоции окружающих ее людей, на события, происходящие с населением. Кристаллы, образовавшиеся из только что полученной очищенной воды, имеют простую форму хорошо известных шестиугольных снежинок. Накопление информации меняет их строение, усложняя, повышая их красоту, если информация добрая, и, напротив, искажая или даже разрушая первоначальные формы, если информация злая, оскорбительная. Наблюдали такую ситуацию, когда кристаллы, образовавшиеся из воды, находившейся рядом с цветком, повторили его форму.

Таким образом, вода обладает памятью, которая ей позволяет даже после значительного разбавления распознавать хранящуюся в молекулах информацию. При этом негативная (в смысле вредная) информация также сохраняется. Вода циркулирует вокруг земного шара, протекает через наши тела и разносится по всему миру. Если бы мы могли прочесть информацию, которая хранится в памяти воды, то узнали бы историю.

Мгновенная заморозка: все дело в том, что очищенная без примесей

вода может оставаться жидкой, даже при температуре намного ниже нуля.

Такое явление называется нестабильное состояние переохлажденной

жидкости и может наблюдаться при температуре до – 40 градусов. Это

происходит из-за того, что в очищенной воде отсутствуют центры

кристаллизации, вокруг которых происходит замерзание воды, такие центры

образуются при попадании в воду инородных тел. С неочищенной водой такое

невозможно, так как она содержит в себе различные примеси, которые и

образуют центры кри

Мгновенная заморозка: все дело в том, что очищенная без примесей

вода может оставаться жидкой, даже при температуре намного ниже нуля.

Такое явление называется нестабильное состояние переохлажденной

жидкости и может наблюдаться при температуре до – 40 градусов. Это

происходит из-за того, что в очищенной воде отсутствуют центры

кристаллизации, вокруг которых происходит замерзание воды, такие центры

образуются при попадании в воду инородных тел. С неочищенной водой такое

невозможно, так как она содержит в себе различные примеси, которые и

образуют центры кристаллизации.

Мгновенная заморозка

Мгновенная заморозка: все дело в том, что очищенная без примесей вода может оставаться жидкой, даже при температуре намного ниже нуля. Такое явление называется нестабильное состояние переохлажденной жидкости и может наблюдаться при температуре до – 40 градусов. Это происходит из-за того, что в очищенной воде отсутствуют центры кристаллизации, вокруг которых происходит замерзание воды, такие центры образуются при попадании в воду инородных тел. С неочищенной водой такое невозможно, так как она содержит в себе различные примеси, которые и образуют центры кристаллизации.

Мгновенная заморозка: все дело в том, что очищенная без примесей вода может оставаться жидкой, даже при температуре намного ниже нуля.

Такое явление называется нестабильное состояние переохлажденной жидкости и может наблюдаться при температуре до – 40 градусов (рис.2).

Рисунок 2. Замерзание воды

Это происходит из-за того, что в очищенной воде отсутствуют центры кристаллизации, вокруг которых происходит замерзание воды, такие центры образуются при попадании в воду инородных тел. С неочищенной водой такое невозможно, так как она содержит в себе различные примеси, которые и образуют центры кристаллизации.

Химические свойства воды

Хотелось бы, конечно, вспомнить наши водные богатства, и в первую очередь – озеро Байкал. Но, увы, одно озеро погоды не сделает, а за чистой водой лучше ехать к нашим соседям – в Финляндию. Именно эта страна, по данным исследования ЮНЕСКО, заняла первое место среди 122 государств мира. Кстати, по этому же исследованию седьмая часть жителей нашей планеты пьет воду, использовать которую опасно для здоровья… Давно обнаружена прямая связь между качеством питьевой воды и продолжительностью жизни человека. К сожалению, наша страна по этому показателю занимает 50-е место, и вода, которую мы ежедневно пьем, играет здесь не последнюю роль.

Поскольку основные источники питьевой водопроводной воды - реки и подземные воды, которые находятся под постоянной угрозой загрязнения промышленными отходами, применяемыми в сельском хозяйстве химическими веществами, а также конечными продуктами обмена веществ человека и животных, становится понятным, насколько насущна проблема качества воды в наших водопроводных трубах.

Наиболее низким качество водопроводной воды бывает обычно весной, в период таяния снегов, но и в любое другое время года мы не застрахованы от того, что в один прекрасный момент из водопроводного крана не польется вдруг этакая странная жидкость с экзотическим запахом и цветом. Да и пресловутое хлорирование воды, спасая нас от серьезных недугов, положительных качеств ей, очевидно, не прибавляет.

К числу органолептических показателей относятся те параметры качества воды, которые определяют ее потребительские свойства, то есть те свойства, которые непосредственно влияют на органы чувств человека (обоняние, осязание, зрение). Наиболее значимые из этих параметров - вкус и запах - не поддаются формальному измерению, поэтому их определение производится экспертным путем.

Химические вещества поступают в организм человека не только при прямом потреблении воды в питьевых целях и при приготовлении пищи, а также и косвенно. Например, при вдыхании летучих веществ и кожном контакте во время принятия водных процедур. Вода, текущая из наших кранов, имеет определенный химический состав. Химические вещества, содержащиеся в воде, можно разделить на несколько групп

Значение воды для человека

«Нельзя сказать, что вода необходима для жизни: она и есть жизнь»,- так сказал Сент- Экзюпери об этой жидкости, которую мы употребляем, не особенно задумываясь. Это простейшее химическое соединение двух атомов водорода и одного атома кислорода H2O. Человеку необходимо выпивать как минимум 1,5 литра воды в сутки. В нашей повседневной жизни мы сталкиваемся с водой постоянно. При этом можно сказать, что мы «воду пьем» и «воду льем». Об этих двух вариантах использования воды человеком мы сейчас и поговорим.

а) вода «пищевая» - сама по себе она не имеет питательной ценности, но у нее далеко не маленький перечень «обязанностей» в нашем организме:

- регулирует температуру тела;

- увлажняет воздух;

- доставляет в клетки организма питательные вещества и витамины;

- защищает жизненно важные органы;

- помогает преобразовать пищу в энергию;

- помогает питательным веществам усваиваться органами;

- выводит шлаки.

б) вода хозяйственно-бытовая не менее важный фактор в жизнедеятельности человека:

- питье и приготовление пищи;

- личная гигиена;

- мытье посуды;

- поливка цветов и домашние питомцы;

- промышленность и производство.

Итак, я убедилась, что вода играет огромную роль в жизни каждого человека и природы в целом. Человек начинает испытывать жажду, когда количество воды в его теле уменьшается на 1-2% (0,5- 1,0л). Потеря 10% влаги от веса тела может привести к необратимым изменениям в организме, а потеря 20% (7 - 8л) уже смертельна. Обычный человек теряет в день 2-3 литра воды. В жаркую погоду, при высокой влажности, во время занятий спортом расход воды возрастает. Даже благодаря дыханию человек теряет почти пол-литра воды ежедневно.

Правильный питьевой режим подразумевает сохранение физиологического водного баланса - это уравновешивание поступления и образования воды с ее выделением. Суточная потребность взрослого человека в воде – 30-40 грамм на 1 кг веса тела. Приблизительно 40% ежедневной потребности организма в воде удовлетворяется с пищей, остальное мы должны принимать в виде различных напитков. Летом ежедневно нужно употреблять 2 - 2,5 литра воды. В жарких районах планеты - 3,5 - 5,0л в сутки, а при температуре воздуха 38 –40С и низкой влажности работающим на открытом воздухе потребуется в сутки 6,0 - 6,5л воды. Если организм получает достаточное количество воды, то человек становится более энергичным и выносливым.

Глава 2. Экспериментальная часть Опыт №1. Вода исчезает

В первый день эксперимента наполняем два одинаковы сосуда водой одинакового объема. Оставляем один сосуд открытым, второй накрываем тарелкой (рис. 3). Эксперимент проводится при комнатной температуре.

Рисунок 3. Первый день эксперимента

Через 6 дней замечаем, что в открытой банке воды стало существенно меньше чем в закрытой (рис. 4).

Рисунок 4. Испарение воды

Вывод: Даже при комнатной температуре мельчайшие частицы воды (молекулы) двигаются достаточно быстро, чтобы выскочить и убежать в воздух. Когда банка закрыта, воздушное пространство под крышкой насыщается молекулами воды так плотно, что число выскочивших из воды молекул примерно сравнивается с теми, которые вновь из воздуха падают в воду. В открытой же банке испарившиеся молекулы воды уносятся воздухом. Процесс перехода частиц с поверхности жидкости в газ известен как испарение.

Опыт №2. Только ли тепло может растопить лед?

Для эксперимента понадобились: вода, сосуд, нитка, кусок льда, нить (рис. 5).

Рисунок 5. Кубик льда с нитью

Рисунок 6. Соль на поверхности кубика льда

Для проведения опыта необходимо опустить кубик льда в воду, затем положить на него нить. Сверху кубика посыпаем соль.

Вывод: Чистая вода замерзает при температуре 0° С, а соленая при -20 °С. Именно для этого зимой улицы посыпают солью.

Опыт №3. Плавающая иголка.

Возьмём слишком толстую швейную иголку, обмажем ее слегка маслом и положим аккуратно на поверхность воды в стакане. К нашемуизумлению, игла не пойдет ко дну. Она будет держаться на поверхности, наглядно опровергая всеобщую уверенность в том, что игла не может плавать на воде.

Почему же она не тонет? Ведь сталь тяжелее воды! Безусловно, она в 8 раз тяжелее, и, очутись игла под водою, она не всплыла бы сама собою, как всплывает спичка. Но наша игла под воду не погружается. Чтобы найти причину, поддерживающую ее на воде, рассмотрите внимательно поверхность воды возле нашей плавающей иглы. Вы увидите, что близ нее вода образует вогнутость, небольшую долину, на дне которой и лежит игла.

Рисунок 7. Плавающая иголка

Вывод: Изгибается водная поверхность в этом случае потому, что игла, покрытая тонким слоем жира, не смачивается водой.

Заключение.

Вода - одно из главных богатств на Земле. Трудно представить, что стало бы с нашей планетой, если бы исчезла пресная вода. Человеку нужно выпивать в день около 1,7 литров воды. И примерно в 20 раз больше ежедневно требуется каждому из нас для мытья, приготовления пищи и так далее. Угроза исчезновения пресной воды существует. От загрязнения воды страдает всё живое, она вредна для здоровья человека.

Тепло способствует испарению воды, которая рассеивается в воздухе.

Водяной пар, соприкасаясь с холодным воздухом, превращается снова в воду.

Вода при температуре 0°С превращается в твердое тело. Лед занимает больше места, чем вода в жидком состоянии.

Лед тает, если на него оказывается давление или если посыпать его солью.

Вода – это уникальное вещество, так как существует одновременно в трех состояниях. Знания о свойствах воды, описанных в данной работе, позволят более умело использовать их в повседневной жизни, а также пригодятся и на уроках окружающего мира.

Ученые правы: нет на Земле вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода, и в то же время не существует другого такого же вещества, в свойствах которого было бы столько противоречий и аномалий, сколько в её свойствах.

Список использованной литературы

1. Я.И. Перельман. Занимательная физика. Издательство АСТ. Москва. 2005

2. М.Н. Алексеева. Физика – юным. Теплота. Электричество. Книга для внеклассного чтения. 7 класс. Москва «Просвещение» 1980

3. Том Тит. Научные забавы. Интересные опыты, самоделки, развлечения. Издательский Дом Мещерякова. Москва. 2007

4. Л.А. Горев. Занимательные опыты по физике в 6-7 классах средней школы. Москва «Просвещение» 1985

5. А.В. Перышкин. Физика. 7 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. Москва. Дрофа. 2010

6. Использовался материал с сайта: Фестиваль «Открытый урок 2006/2007», урок-конференция «Вода, вода – кругом вода».

7. Большая книга экспериментов для школьников. Под редакцией Антонеллы Мейями; перевод с итальянского Э.И. Мотылевой. Москва. «РОСМЭН». 2006