IV Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

СОСУД ДЬЮАРА И ОГРОМНЫЙ ЛЕТАЮЩИЙ ТЕРМОС
Кондратенко А.Р.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


Введение

Однажды осенью я была со своим классом на олимпиаде «Музеи, парки, усадьбы Москвы». Было холодно и мы устроили пикник с горячим чаем из термосов. Перед этим мы гуляли несколько часов, но чай при этом все равно был очень горячий. Мне стало очень интересно, как же работает термос?

В интернете я нашла информацию о том, что термос изобрел Джеймс Дьюар (рис. 1.)

Рис. 1. Джеймс Дьюар

Джеймс Дьюар — это шотландский физик и химик, который в 1881 году изобрел сосуд Дьюара, или в быту — термос. Благодаря этому изобретению он смог получить очень холодный жидкий водород! [1].

Цель работы:

1. Сравнить работу термоса и обычной банки.

2. Разобраться как работает термос.

3. Найти примеры термосов в естественной природе.

Основная часть

  1. Опыт с термосом

Подготовка к эксперименту

Рис. 2. Предметы для эксперимента.

Для проведения эксперимента нам понадобились — термос, алюминиевая банка, чайник с кипятком, специальный градусник с диапазоном измерений от -10 до 110 градусов по Цельсию, секундомер, лабораторный журнал, молоток с керном, микро-дрель и пила. Данные предметы изображены на рис. 2.

Мы налили кипяток из чайника в термос и стали измерять температуру в термосе каждые 30 минут, как изображено на рис. 3.

Рис. 3. Измерение температуры воды в термосе.

Все измерения мы заносили в лабораторный журнал (рис. 4). В начале у воды была температура 95 градусов. За 12 часов температура упала до 50 градусов. Вода остывала очень медленно!

Рис. 4. Протокол эксперимента по измерению температуры в термосе.

  1. Опыт с алюминиевой банкой

Для того, что бы сравнить, как будет вести себя вода не в термосе, а в другой посуде, мы взяли алюминиевую банку и перелили кипяток из термоса в неё, что бы у воды был тот же объём (рис. 5.)

Рис. 5. Подготовка эксперимента по измерению температуры воды в алюминиевой банке.

Затем мы провели аналогичные измерения и занесли данные в наш лабораторный журнал (рис 6).

Рис. 6. Протокол эксперимента по измерению температуры в алюминиевой банке.

В этом случае температура воды упала до 50 градусов всего за один час. Это очень быстро! Разница с термосом составила 11 часов!

3. Испорченный термос

Что бы понять, откуда берется такая разница, мы решили немного «сломать» наш термос. Для этого мы сняли его крышку с донышка (рис. 7).

Рис. 7. Снятие крышки с донышка термоса.

Молотком и керном сделали углубление, что бы сверло не соскальзывало, (рис. 8) и начали сверлить отверстие в корпусе термоса.

Рис. 8. Подготовка термоса к просверливанию отверстия

Когда мы просверлили отверстие (рис. 9.), то раздался звук, входящего в термос воздуха.

Рис. 9. Просверленное отверстие в термосе.

Далее мы повторили наш эксперимент. В этом случае температура воды опустилась до 50 градусов всего за три часа (рис. 10).

Рис. 10. Протокол эксперимента по измерению температуры в испорченном термосе.

Наш термос стал похож на обычную алюминиевую банку! Нам стало интересно, как же он устроен, и мы решили его распилить!

4. Устройство термоса

После того как мы распилили термос, мы увидели, что он состоит из двух сосудов (рис. 11).

Рис. 11. Устройство термоса.

Один — внутренний, а другой - внешний, который мы видим. Между сосудами находится пространство, в котором находится вакуум. Именно вакуум и не даёт холодному стать теплым, а горячему остыть потому, что вакуум это пустота и через него тепло или холод не проходят! Так же у внутреннего сосуда зеркальные стенки, которые отражают тепловое излучение горячей жидкости.

5. Сравнение динамики остывания разных сосудов

Для того, что бы наглядно представить разницу во времени остывания термоса, алюминиевой банки и испорченного термоса, наши данные из лабораторного журнала мы занесли в электронные таблицы в компьютере. По этим данным мы построили график зависимости температуры от времени в наших трех экспериментальных сосудах. Он представлен на рис. 12.

Рис. 12. График зависимости температуры от времени в трех экспериментальных сосудах.

Как видно из данного графика, все три сосуда вначале эксперимента имели практически одинаковую температуру около 95 градусов. Однако, алюминиевая банка остыла до 50 градусов очень быстро, за 1 час. При этом исправный термос остывал до 50 градусов очень долго, а именно целых 12 часов! А испорченный термос был близок к алюминиевой банке и остыл до 50 градусов всего за 2,5 часа. Исходя из этого, можно сделать вывод, что именно наличие вакуума между двумя сосудами в термосе является причиной такого его долгого остывания.

6. Огромный летающий термос

Как вы думаете, какой самый большой термос всегда рядом с нами? Этот термос — наша земля! Взгляните на схематичное изображение земли на рис. 13. [2].

Рис. 13. Строение земли

В самом центре Земли, в земном ядре температура достигает от 4000 до 5000 градусов по Цельсию. Мантия имеет температуру около 3500 градусов. Возле земной коры температура около 1000 градусов (рис. 14) [3].

Рис. 14. Температура разных слоев земли.

Дальше идет очень тонкая, по сравнению с самой Землей литосфера и земная кора, на поверхности которой температура совсем не зависит от того, что внутри Земли! Таким образом, литосфера и земная кора хранят температуру внутри Земли, и является стенками огромного летающего термоса!

Заключение

1. Мы исследовали работу термоса и сравнили его с обычной алюминиевой банкой.

2. Мы изучили внутреннее устройство термоса и установили, что вакуум является необходимым условием сохранения температуры в термосе!

3. Мы нашли пример «естественного» термоса в нашей солнечной системе!

Список использованных источников и литературы

  1. Ресурс о Джеймсе Дьюаре https://ru.wikipedia.org/wiki/Дьюар,_Джеймс

  2. Ресурс о строении Земли http://mypresentation.ru/presentation/mesto_zemli_v_kosmose__prezentaciya_po_astronomii_

  3. Ресурс о температуре внутри Земли https://kopilkaurokov.ru/geografiya/uroki/vnutriennieie-stroieniie-ziemli-litosfiera