Mel ng and solidiﬁca on part 1. Scenariusz Lesson plan

(1)

Mel ng and solidiﬁca on part 1 Scenariusz

Lesson plan

(2)

Wpływ temperatury na zmiany stanu skupienia ciał

Topnienie, Krzepnięcie, Parowanie. Wrzenie, Skraplanie, Sublimacja, Resublimacja You will learn

the physical processes taking place in nature

the English vocabulary related to the physical processes.

Source: licencja: CC 0.

Mel ng and solidiﬁca on part 1

(3)

Look at the picture and answer the ques ons:

Nagranie dostępne na portalu epodreczniki.pl

Source: GroMar, licencja: CC BY 3.0.

nagranie abstraktu

1. In how many states of mater does water exist on the Earth?

2. When does the water transform from one state of ma er to another?

3. Name the physical processes presented in the picture which you know.

nagranie abstraktu

(4)

Watch the slideshow „Melting of Wood's alloy”

Note:

Wood alloy - a low-melting metal alloy (melts already at 66,5°C), silver‐gray, ﬁne‐grained, consisting of bismuth, cadmium, lead and tin.

It was received by an American dentist Barnabas Wood and was used in dentistry. This alloy is usually used: in jewellery for soldering.

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://epodreczniki.pl/a/D1720lmXZ

(5)

nagranie abstraktu

Answer the following ques ons:

1. What should be done to melt the solid?

2. Does the solid melt at any temperature?

3. How do solid par cles behave while hea ng?

nagranie abstraktu

Melting

Phase transition in which transformation of a solid substance into a liquid state is observed.

The energy supplied to the solid causes overcoming binding forces between solid particles.

Solidiﬁcation

The liquid transformation into a solid state.

The energy released by the liquid reduces the velocity of the particles, and the attraction forces connect them to a solid body.

The start of solidiﬁcation process depends on the presence of nucleation seeds in the liquid on which the crystal formation process begins.

Evaporation

Evaporation - transformation of the liquid into a gas state.

(6)

The energy supplied to the liquid overcomes the attractive forces between the molecules.

The speed of the evaporation process depends on the temperature and the vapor pressure above the liquid.

Condensation

Liquefying transformation of gas into a liquid state.

The cooled gas releases energy, the velocity of particles decreases, the attraction forces make the particles to be closer.

Condensation is associated with a reduction in the distance between the molecules of the substance.

The drop in temperature causes the decrease in molecules motion speed.

The forces of interaction between them increase until a new state of equilibrium is achieved.

Sublimation

The direct transfer of substances from solid to gas state without passing the liquid state.

Dry ice (solidiﬁed carbon dioxide) is an example of a sublimating body in normal conditions.

A block of frozen carbon dioxide, exposed in a room to a typical atmospheric pressure and the temperature about 20°C, will sublimate and will not melt.

Resublimation

Direct transfer of a substance from a gas state to a solid one, omitting a liquid state.

Resublimation is a process opposite to sublimation. Frost is created as a result of resublimation of water (steam).

Resublimation, in combination with sublimation or evaporation, is used to purify or separate the substance and to obtain it in the form of ﬁne crystals (this is, among others, iodine puriﬁcation method).

(7)

nagranie abstraktu

Complete the phase transforma on scheme with the names of phase transi ons next to the arrows (use the following names of phase transforma ons: mel ng, solidiﬁca on, sublima on, resublima on, evapora on, condensa on).

Phase transforma on scheme Source: GroMar, licencja: CC BY 3.0.

nagranie abstraktu

Summary

Melting is a change in the state of the body from solid into liquid. It occurs at a constant temperature, called the melting temperature.

(8)

Solidiﬁcation is a change in the state of the body from liquid to solid. This process can occur in the opposite direction (melting).

Some bodies change from the solid to the liquid state without the established transition temperature. Within a certain temperature range, the body gradually softens and

becomes liquid. This process is called softening.

Evaporation is the change in the state of the body in which the body transforms from liquid to gas. It occurs on the surface of the liquid.

Condensation is a phenomenon of transforming steam or gas into the liquid state.

Sublimation is a phenomenon of a direct transition from the solid state to the gas state, omitting the liquid state.

Resublimation is the phenomenon of direct transition from the gas to the solid state, omitting the liquid state.

Exercises

Exercise 4

Exercise 5

Mum put salt and some bu er into the pot with soup. What kind of process are bu er and salt subject to?

Determine which sentences are true.

Water turns into ice at the mel ng point of water.

The process of conver ng liquids into gas, taking place in the whole volume of the liquid at a speciﬁc temperature - it's boiling.

Atmospheric sediment; the result of the water vapor contact with the substrate at the temperature lower than 0°C - it's frost.

The ice melts at -10°C.

Wet underwear can be dried outside in winter because sublima on takes place.



(9)

Write in English why liquid evaporates faster when it has a higher temperature? Explain this process taking into account the molecular structure of bodies.

Exercise 7

zadanie

Match Polish terms with their English equivalents.

freezing evaporation condensation parowanie krzepnięcie wrzenie melting topnienie skraplanie boiling

Source: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY 3.0.

Glossary

boiling wrzenie

Indicate which pairs of expressions or words are translated correctly.

wrzenie - freezing

topnienie - mel ng

krzepnięcie - boiling

skraplanie - condensa on

parowanie - evapora on



(10)

wymowa w języku angielskim: boiling

condensa on skraplanie

wymowa w języku angielskim: condensation

evapora on parowanie

wymowa w języku angielskim: evaporation

freezing krzepnięcie

wymowa w języku angielskim: freezing

mel ng topnienie

wymowa w języku angielskim: melting phase transi on

(11)

wymowa w języku angielskim: phase transition

solidiﬁca on krzepnięcie

wymowa w języku angielskim: solidiﬁcation

sublima on sublimacja

wymowa w języku angielskim: sublimation

Keywords

boiling

condensation evaporation freezing melting

(12)

Scenariusz

Temat

Topnienie i krzepnięcie Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

I. Wykorzystanie pojęć i wielkości ﬁzycznych do opisu zjawisk oraz wskazywanie ich przykładów w otaczającej rzeczywistości.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Rozpoznawanie podstawowych procesów ﬁzycznych.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Określa warunki zachodzenia przemian fazowych.

2. Określa różnice między poszczególnymi przemianami fazowymi.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- rozpoznaje podstawowe procesy ﬁzyczne,

- określa zmiany w budowie cząsteczkowej ciał podczas zachodzącego procesu ﬁzycznego.

Metody kształcenia

1. Uczenie się przez obserwację.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca z całą klasą.

(13)

Wprowadzenie do lekcji

Polecenie

Przyjrzyj się ilustracji.

[Ilustracja 1]

Polecenie

Odpowiedz na pytania:

1. W ilu stanach skupienia występuje woda na Ziemi?

2. Kiedy następuje przejście wody z jednego stanu skupienia w inny?

3. Podaj znane ci nazwy procesów ﬁzycznych przedstawionych na ilustracji.

Odpowiedź

1. Woda na Ziemi występuje w stanie ciekłym, stałym (jako lód) i gazowym (jako para wodna).

2. W temperaturze 0°C woda przechodzi w lód, a para wodna w chmurach zamienia się w śnieg. Powyżej 0°C woda paruje i skrapla się w drobne krople tworzące chmury. Z chmur może padać deszcz.

3. Parowanie, skraplanie, topnienie, sublimacja, resublimacja.

Realizacja lekcji

Pokaz slajdów - topnienie stopu Wooda.

Uwaga: Stop Wooda – niskotopliwy stop metali (topnieje już w temperaturze 66,5°C), srebrzystoszary, drobnoziarnisty, składający się z bizmutu, kadmu, ołowiu i cyny. Został otrzymany przez amerykańskiego dentystę Barnabasa Wooda i miał zastosowanie w stomatologii. Stop ten zazwyczaj jest stosowany: w jubilerstwie do lutowania.

[Slideshow]

Polecenie

Odpowiedz na pytania

1. Co trzeba zrobić, aby ciało stałe uległo stopieniu?

2. Czy ciało stałe topnieje w dowolnej temperaturze?

3. Jak zachowują się cząsteczki ciała stałego podczas ogrzewania tego ciała?

Odpowiedź

(14)

1. Ciała stale wymaga do stopnienia dostarczania energii.

2. Ciało stałe topnieje się w ściśle określonej temperaturze.

3. Cząsteczki w ciele stałym drgają tylko wokół położeń równowagi, natomiast w cieczy przesuwają się względem siebie. Zatem podczas topnienia cząsteczki ciała uzyskują większą swobodę ruchu.

Topnienie

Topnienie - przemiana fazowa, polegająca na przejściu substancji ze stanu stałego w stan ciekły.

Energia dostarczana do ciała stałego powoduje pokonanie sił wiążących między cząsteczkami ciała stałego.

Krzepnięcie

Krzepnięcie - przechodzenie cieczy w stan stały. Energia oddawana przez ciecz powoduje zmniejszenie prędkości cząsteczek, a siły przyciągania łączą je w ciało stałe. Rozpoczęcie krzepnięcia jest uzależnione od obecności w cieczy zarodków krystalizacji, na których rozpoczyna się proces tworzenia kryształów.

Parowanie

Parowanie - przechodzenie cieczy w stan gazowy. Energia dostarczana do cieczy pokonuje siły przyciągania między cząsteczkami. Szybkość procesu parowania zależy od temperatury oraz ciśnienia pary nad cieczą.

Skraplanie

Skraplanie (Kondensacja) - przechodzenie gazu w stan ciekły. Ochłodzony gaz oddaje energię, zmniejsza się prędkość cząsteczek, siły przyciągania zbliżają cząsteczki.

Kondensacja wiąże się ze zmniejszeniem odległości między cząsteczkami substancji. Spadek temperatury powoduje, że cząsteczki poruszają się wolniej. Siły oddziaływania między nimi wzrastają, aż do momentu uzyskania nowego stanu równowagi.

Sublimacja

Sublimacja - bezpośrednie przechodzenie substancji ze stanu stałego w gazowy z pominięciem stanu ciekłego.

Przykładem ciała sublimującego w warunkach normalnych jest suchy lód czyli zestalony dwutlenek węgla.

Blok zamrożonego dwutlenku węgla wystawiony do pomieszczenia, w którym panuje typowe ciśnienie atmosferyczne i temperatura ok 20°C będzie sublimował a nie topił się.

Resublimacja

(15)

W wyniku resublimacji wody (pary wodnej) powstaje szron. Resublimacja, w połączeniu z sublimacją lub parowaniem, jest wykorzystywana do oczyszczania lub rozdzielania substancji i otrzymywania jej w postaci drobnych kryształów (jest to m.in. metoda oczyszczania jodu).

Polecenie

Uzupełnij schemat przemian fazowych podając przy strzałkach nazwy przemian fazowych (wykorzystaj następujące nazwy przemian fazowych: topnienie, krzepnięcie, sublimacja, resublimacja, parowanie, skraplanie).

[Ilustracja 2]

Odpowiedź [Ilustracja 3]

Podsumowanie lekcji

- Zjawisko topnienia polega na zmianie stanu skupienia ciała ze stanu stałego w stan ciekły.

Zachodzi w stałej temperaturze, nazywanej temperaturą topnienia.

- Krzepnięcie to zmiana stanu skupienia ciała z ciekłego na stały. Proces ten może przebiegać w odwrotną stronę (topnienie).

- Niektóre ciała przechodzą ze stanu stałego do stanu ciekłego bez ustalonej temperatury przemiany. W pewnym przedziale temperatur ciało stopniowo mięknie i przechodzi w ciecz. Taki proces nazywamy mięknięciem.

- Parowanie zmiana stanu skupienia polegająca na przejściu ciała ze stanu ciekłego w parę (stan gazowy). Zachodzi na powierzchni cieczy.

- Skraplanie to zjawisko polegające na przejściu pary lub gazu w stan ciekły.

- Sublimacja to zjawisko bezpośredniego przejścia ze stanu stałego w stan gazowy, z pominięciem stanu ciekłego.

- Resublimacja to zjawisko bezpośredniego przejścia ze stanu gazowego w stan stały, z pominięciem stanu ciekłego.

(16)

Lesson plan

Topic

Melting and solidiﬁcation Level

Second

Core curriculum

I. Using physical terms and quantities to describe phenomena and to identify their examples in everyday life.

Timing 45 minutes

General learning objectives

Recognising basic physical processes.

Key competences

1. Deﬁnes the conditions for the occurrence of phase transformations.

2. Determining differences between individual phase changes.

Operational (detailed) goals The student:

- recognizes basic physical processes,

- determines changes in the molecular structure of bodies during a physical process.

Methods

1. Learning through observation.

Forms of work 1. Individual work.

2. Work with the whole class.

(17)

Introduction Task

Look at the illustration.

[Illustration 1]

Task

Answer the questions:

1. In how many states of mater does water exist on the Earth?

2. When does the water transform from one state of matter to another?

3. Name the physical processes presented in the picture which you know.

Answers:

1. Water on Earth occurs in a liquid state, solid (as ice) and gas (as steam).

2. At temperatures below 0°C, the water turns into ice and the water vapor in the clouds turns into snow. Above 0°C the water evaporates and condenses into small drops forming clouds. It can rain from clouds.

3. Evaporation, liquefaction, melting, sublimation, resublimation.

Procedure Task

Watch the slideshow „Melting of Wood's alloy”.

Note: Wood alloy - a low‐melting metal alloy (melts already at 66.5°C), silver‐gray,

ﬁne‐grained, consisting of bismuth, cadmium, lead and tin. It was received by an American dentist Barnabas Wood and was used in dentistry. This alloy is usually used: in jewellery for soldering.

[Slideshow]

Task

Answer the following questions

1. What should be done to melt the solid?

2. Does the solid melt at any temperature?

3. How do solid particles behave while heating?

Answers

(18)

1. The solid body constantly requires to melt the energy delivery.

2. The solid melts at a strictly deﬁned temperature.

3. Particles in the solid body vibrate only around the equilibrium positions, while in the liquid they move relatively. Thus, during melting, the body molecules gain greater freedom of movement.

Melting

Melting - phase transition in which transformation of a solid substance into a liquid state is observed.

The energy supplied to the solid causes overcoming binding forces between solid particles.

Solidiﬁcation

Solidiﬁcation - the liquid transformation into a solid state. The energy released by the liquid reduces the velocity of the particles, and the attraction forces connect them to a solid body.

The start of solidiﬁcation process depends on the presence of nucleation seeds in the liquid on which the crystal formation process begins.

Evaporation

Evaporation - transformation of the liquid into a gas state. The energy supplied to the liquid overcomes the attractive forces between the molecules. The speed of the evaporation process depends on the temperature and the vapor pressure above the liquid.

Condensation

Condensation (Liquefying) - transformation of gas into a liquid state. The cooled gas releases energy, the velocity of particles decreases, the attraction forces make the particles to be closer. Condensation is associated with a reduction in the distance between the molecules of the substance. The drop in temperature causes the decrease in molecules motion speed.

The forces of interaction between them increase until a new state of equilibrium is achieved.

Sublimation

Sublimation - the direct transfer of substances from solid to gas state without passing the liquid state.

Dry ice (solidiﬁed carbon dioxide) is an example of a sublimating body in normal conditions.

A block of frozen carbon dioxide, exposed in a room to a typical atmospheric pressure and the temperature about 20°C, will sublimate and will not melt.

(19)

Resublimation - direct transfer of a substance from a gas state to a solid one, omitting

a liquid state. Resublimation is a process opposite to sublimation. Frost is created as a result of resublimation of water (steam). Resublimation, in combination with sublimation or

evaporation, is used to purify or separate the substance and to obtain it in the form of ﬁne crystals (this is, among others, iodine puriﬁcation method).

Task

Complete the phase transformation scheme with the names of phase transitions next to the arrows (use the following names of phase transformations: melting, solidiﬁcation,

sublimation, desublimation, evaporation, condensation) [Illustration 2]

Answer

[Illustration 3]

Lesson summary

- Melting is a change in the state of the body from solid into liquid. It occurs at a constant temperature, called the melting temperature.

- Solidiﬁcation is a change in the state of the body from liquid to solid. This process can occur in the opposite direction (melting).

- Some bodies change from the solid to the liquid state without the established transition temperature. Within a certain temperature range, the body gradually softens and becomes liquid. This process is called softening.

- Evaporation is the change in the state of the body in which the body transforms from liquid to gas. It occurs on the surface of the liquid.

- Condensation is a phenomenon of transforming steam or gas into the liquid state.

- Sublimation is a phenomenon of a direct transition from the solid state to the gas state, omitting the liquid state.

- Resublimation is the phenomenon of direct transition from the gas to the solid state, omitting the liquid state.

Selected words and expressions used in the lesson plan

boiling

(20)

condensation evaporation freezing melting

phase transition solidiﬁcation sublimation