XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Вода – удивительное рядом

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Трифонова М.В. 1

---

1МБОУ «Специализированная школа №35 г. Донецка»

Кучеренко М.В. 1

---

1МБОУ «Специализированная школа №35 г. Донецка»

Работа в формате PDF

1.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Воде была дана волшебная власть

стать соком жизни на земле.

Леонардо да Винчи

В повседневной жизни мы редко задумываемся о роли воды. А ведь она является элементом, благодаря которому появилась вся жизнь на Земле. Значимость этого вещества нельзя переоценить, вода необходима нам и сейчас для нормальной жизнедеятельности. Сегодня запасы пресной воды очень сильно ограничены, что заставляет нас бережно относиться к этому ресурсу. Особенно это касается нашего региона, где население переживает водную блокаду.

Выбранная тема исследования всегда актуальна. Вода – одно из распространённых веществ на Земле. Люди настолько привыкли к воде, не задумываются, что она – загадочное вещество. А что мы знаем о воде, ее свойствах?

Цель моей работы: экспериментально раскрыть свойства воды в домашних условиях, сконструировать гигрометр и фильтр для очистки воды из подручных средств, испытать их в действии.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить свойства воды, проанализировав научную и популярную литературу, Интернет-статьи.

2. Провести опыты по установлению физических свойств воды.

3. Изготовить фильтр для очистки воды из подручных средств.

4. Экспериментально проверить работу самодельного прибора.

Объект исследования: вода в различных состояниях.

Предмет исследования: физические свойства воды.

Гипотеза: вода обладает удивительными свойствами, которые можно исследовать с помощью простых опытов и приборов, изготовленных в домашних условиях.

Методы: наблюдение, эксперименты (опыты), моделирование, демонстрация работы гигрометра и фильтра,  анализ полученных данных.

2. Основная часть.

   1. Анализ литературы по теме «Физические свойства воды».

Из школьных учебников нам известно – там, где вода, жизнь. Ведь именно вода создала Землю, сделала ее такой, как сейчас, породила жизнь. Больше того, вода – самое удивительное вещество на Земле, и чем больше мы о ней узнаём, тем больше поражаемся.

Вода занимает 3/4 поверхности Земли. Около 1/5 суши покрыто твердой водой (льдом и снегом), добрая половина ее всегда закрыта облаками, которые состоят из водяных паров и мельчайших капелек воды, а там, где никаких облаков нет, в воздухе всегда есть водяные пары. Очень обычна она на нашей планете, даже тело человека на 71 процент состоит из воды. [1]

Поверхность нашей планеты на 70% покрыто океанами и морями, снегом и льдом – 20%. Если взять всю воду из морей и океанов, то можно было бы покрыть Землю водной девяти метровой водной толщей. Но пресной воды очень мало на планете, чем соленой. Воды не хватает всем живым существам: от человека до растений, несмотря на то, что вода есть и под поверхностью земли.

«Вода! У тебя нет ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя не опишешь, тобою наслаждаешься, не понимая, что? ты такое. Ты не просто необходима для жизни, ты и есть жизнь. С тобой во всем существе разливается блаженство, которое не объяснить только нашими пятью чувствами. Ты возвращаешь нам силы и свойства, на которых мы уже поставили было крест. Твоим милосердием снова отворяются иссякшие родники сердца», - говорил Антуан де Сент-Экзюпери.

Физики сделали чистую воду природным стандартом для целого ряда важных физических величин и измерений:

• условный ноль температуры по шкале Цельсия – температура замерзания чистой воды при атмосферном давлении;

• единица температуры – градус. Сотая часть промежутка между температурой кипения и замерзания чистой воды при атмосферном давлении, по шкале Цельсия;

• единица массы – грамм. Масса 1 см³ чистой воды при +4 ⁰С;

• единица количества теплоты – калория. 1 калория – это количество теплоты, которое необходимо затратить, чтобы нагреть 1 г чистой воды на 1 ⁰С при постоянном атмосферном давлении в 1 атм. Теплоемкость – это количество теплоты, необходимое для нагревания на один градус порции вещества определенной массы.

Несмотря на то, что воду используют для измерений, а также для установления разных законов, сама она – нарушитель законов, «написанных» природой. Если бы вода вела себя «послушно», как этого требует периодическая система, открытая русским ученым Дмитрием Ивановичем Менделеевым, она не существовала бы на Земле одновременно в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном.

Чтобы перейти из одного состояния в другое, необходимо изменить температуру воды. Стоит нагреть воду до 100 ⁰С и она начнет превращаться в пар (газ). А если воду охладить до 0 ⁰С, то она превратится в лед.

В твердом состоянии вода (лед) сохраняет форму, потому что частички (молекулы), из которых состоит вещество, сильно взаимодействуют друг с другом (крепко держатся за руки).

Удивительное свойство воды при замерзании – увеличиваться в объеме, но становиться легче воды в жидком состоянии. Поэтому лед плавает на поверхности воды. Это позволяет выживать рыбам в водоемах зимой, т.к. у самого дна температуры воды понижается до +4 ⁰С.

Жидкая вода принимает форму сосуда, куда ее налили. А если разлить немного воды на стол, то она растечется по столу лужицей, а не до бесконечности. Связи между молекулами воды еще будут, но не такие сильные. А также частички будут взаимодействовать с молекулами стола.

Силы «дружбы» между молекулами воды позволяют образовать лужицу. Эти силы называются силами поверхностного натяжения. Они удерживают маленьких «фигуристов» на поверхности воды – водомерки. Эти силы придают форму шара капельке воды. Об этом удивительном свойстве можно прочитать в детской книге о приключениях Незнайки на Луне, посмотреть в мультфильме «Капитошка», увидеть росу на траве.

В газообразном состоянии вода (пар) молекулы не связаны друг с другом, движутся во всех направлениях (как ученики на перемене!). Поэтому пар занимает весь предоставленный ему объем.

Горячая вода испаряется быстрее холодной. С каждой вылетевшей с поверхности воды молекулой уходит тепло, и температура воды понижается. Но и масса воды уменьшается при этом!

Чтобы защитить организм от перегрева, с поверхности тела испаряется жидкость (пот). Когда выходишь из моря, кожа мокрая. Через некоторое время становится прохладно, т.к. испаряется жидкость с поверхности тела. Окружающей среде вода отдает больше тепла, чем любая другая жидкость. Это свойство позволяет регулировать температуру нашего тела. У здорового человека нормальная температура тела поддерживается и в холод, и в зной. Это потому, что тело состоит из воды, у которой теплоемкость в 5-30 раз больше, чем у других веществ. Поэтому вода долго сохраняет тепло.

Вода нагревается в пять раз медленнее песка на пляже, но и во столько же раз дольше сохраняет тепло. Благодаря этому вода прекрасно смягчает климат. В тропиках не гибнут от жары, а в полярных района – от холода. Если бы вода не имела тепловых аномалий, то в средних широтах днем она бы закипала, а ночью - замерзала.

Нас окружают предметы, которые с легкостью впитывают в себя воду. Это одежда под дождем, бумажное полотенце, сахар, цветы необычного окраса и др. А причина в том, что вода поднимается по очень узеньким трубочкам - капиллярам, которых очень много в этих предметах.

Вода – прозрачная жидкость. Мы видим в воде предметы, но их размеры и форма отличаются от истинных. Вода преломляет.

Вода в жидком состоянии способна растворять разные вещества. Благодаря этому протекают жизненно важные процессы в организме.

Можно сказать, что все живое состоит из воды и питательных веществ. Без воды человек не сможет прожить 6-8 дней, а без питательных вещества может обходиться в течение нескольких недель.

Кровь человека по составу микроэлементов близка к морской воде. Во время блокады Ленинграда раствор морской воды, который хранился в одном из институтов, использовали как заменитель крови. Военные хирурги в условиях нехватки донорской крови спасали жизни раненых, переливая им разбавленную морскую воду.

Вода содержится во всех частях растений. В плодах арбуза, апельсина, яблока и др. вода содержится в виде сока, где растворено много различных веществ. В теле животных содержится вода.

Много воды в теле человека. В человеческом эмбрионе содержится 98% воды, новорожденный ребенок состоит на 88% из воды, а у взрослого пятидесятилетнего человека остается приблизительно 70% воды.

Узнать количество воды, содержащееся в моем организме можно с помощью материала, который предлагают на уроках «Окружающий мир». Для этого нужно массу тела разделить на 3, а полученное число умножить на 2. [3]

Проделав расчеты, я получила: кг · 2 = 17,3 кг. Это означает, что мой организм содержит 17,3 кг жидкости. С помощью учителя установила, что мое тело на 66,7% (больше половины тела!) состоит из воды.

2.2. Экспериментальное исследование физических свойства воды.

Если на этой планете есть магия, она содержится в воде.

Лорен Эйсели.

Удивительные свойства воды я наблюдала и исследовала на опытах в домашних условиях.

Опыт 1 Три состояния воды

Вода может находиться в жидком состоянии (налить воду в чашку), в твердом состоянии – это лед (заморозить воду в виде кубиков), в газообразном состоянии – это пар. Над чашкой с горячей водой на фото не видно пара, но когда подержать холодную ложку над чашкой, то на ложке начнут образовываться капельки воды. Это пар превращается опять в воду!

Опыт 2. Вода - растворитель

Цель: пронаблюдать, что не все вещества растворяются в воде.

Оборудование: три стакана с одинаковым количеством воды (температура воды 22 ⁰С), чайная ложка, соль, сахар, мука.

Проведение опыта.

1. В один стакан с водой насыпать чайную ложку соли, во второй – чайную ложку сахара, в третий - чайную ложку муки.

2. Помешать жидкости ложкой. Оставить на некоторое время.

Вывод: в воде растворились соль и сахар (вода прозрачная, на дне стаканов нет осадка), мука не растворилась в воде (вода мутная, на дне стакана осадок). Вода растворяет не все вещества.

Фото результата опыта представлено в Приложении 1.

 Как известно, при охлаждении почти все вещества сжимаются и только вода расширяется. Если бы она сжималась, лед был бы тяжелее воды и тонул. [1]

Фото результатов опытов 3.1- 3.4 по этому утверждению в Приложении 2.

Опыт 3.1. Расширение воды при замерзании

Цель: убедиться, что вода при охлаждении сжимается.

Оборудование: коктейльная трубочка, стакан с подкрашенной водой, небольшой кусок пластилина, фломастер, морозильная камера.

Проведение опыта.

1. Набрать в коктейльную трубочку воду (не менее половины трубочки).

2. Пластилином закрыть оба конца трубочки.

3. Отметить уровень воды в трубочке, расположив ее в вертикальном положении. Это первоначальный объем воды (до замерзания).

4. В таком положении поместить трубочку в морозильную камеру холодильника. Подождать, когда вода в трубочке замерзнет.

5. Вынуть трубочку из морозильной камеры, отметить уровень замерзшей воды фломастером. Это конечный объем воды (после замерзания). Измерить расстояние между отметками.

Вывод: расстояние между метками на трубочке до и после замерзания равно 13,7 - 12,7 = 1 см. Это свидетельствует о том, что объем воды увеличился при замерзании. Вода при замерзании расширяется.

Опыт 3.2. Плотность воды в жидком и твердом состоянии

Цель: убедиться, что лед легче воды.

Оборудование: стакан с водой (температура воды 22 ⁰С), кубик льда.

Проведение опыта.

1. В стакан с водой опустить кубик льда.

2. Пронаблюдать поведение льда в течение 30 минут.

Вывод: лед все время плавал на поверхности воды. Значит лед легче воды. За пол часа объем льда уменьшился. Лед таял. Когда весь лед растаял, уровень воды остался прежним.

Опыт 3.3. Расширение воды при нагревании

Цель: убедиться, что вода при нагревании расширяется.

Оборудование: коктейльная трубочка, стакан с подкрашенной водой 24 ⁰С, скотч или резиновый жгут, фломастер, сосуд с горячей водой 75⁰С.

Проведение опыта.

1. Набрать в коктейльную трубочку подкрашенную воду.

2. Один конец трубочки загнуть и закрепить скотчем или резиновым жгутом, чтобы не вытекала вода.

3. Опустить этот конец трубочки в стакан с горячей водой.

4. Сделать отметку на трубочке – уровень воды в бутылке при нагревании воды.

Вывод: на опыте наблюдалось поднятие воды по трубочке при нагревании воды в бутылке, расстояние между метками 13,2 – 11 = 2,2 см. Вода в бутылке нагревалась от воды, которую наливали в сосуд. Установили, что при нагревании вода расширяется.

Опыт 3.4. Вода тяжелая

Цель: установить, что легче вода или растительное масло.

Оборудование: стакан с водой и стакан с растительным маслом по 40 г (температура 24 ⁰С), сосуд объемом 250 мл, ложка.

Проведение опыта.

1. В пустой сосуд вылить поочередно воду и растительное масло.

2. Дать время, чтобы жидкости успокоились после смешивания.

3. Пронаблюдать какая из жидкостей находится внизу сосуда.

Вывод: Вода опустилась на дно сосуда, а растительное масло находится сверху воды. Жидкости не смешиваются, каждая легла своим слоем. Вода тяжелее масла.

Теперь я знаю почему в супе жир плавает сверху – он легче воды!

В опытах 3.1 и 3.3 наблюдалось поднятие воды по трубочке. Это явление называют физики капиллярностью. Фото результатов моего исследования капиллярности в Приложении

Опыт 4. Капиллярные явления

Цель: пронаблюдать движение жидкости.

Оборудование: 5 стаканов с водой, акварельные краски, 5 полосок бумажных салфеток.

Проведение опыта.

1. Подкрасить в стаканах воду разными цветами акварельных красок.

2. Расставить по кругу стаканы с водой.

3. Опустить один конец бумажные полоски в стакан, второй конец в соседний стакан. И так все по кругу.

4. Пронаблюдать окрашивание полосок.

Вывод: Вода поднималась по капиллярам бумажной полоски, окрашивала полоску в цвет краски. Оказывается вода может двигаться. И красивая картинка получилась.

Теперь я знаю, как в цветочном магазине получают цветы необычного цвета!

Из всех удивительных свойств воды наименее известна, вероятно, ее способность образовывать чрезвычайно прочную поверхностную пленку, которая возникает благодаря очень сильному взаимному притяжению молекул самых верхних ее слоев. Сила поверхностного натяжения воды настолько велика, что может удерживать предметы, которые, казалось бы, плавать не должны. Если осторожно положить на поверхность воды стальную иголку или лезвие безопасной бритвы так, чтобы неловким движением не разорвать пленку, эти предметы не утонут. [1]

Опыт 5. Поверхностное натяжение

Цель: установить, что у воды есть сила.

Оборудование: стакан с водой, картонная полоска 15х2 см, монеты достоинством 2, 5, 10 рублей.

Проведение опыта.

1. Налить в стакан воды до краев.

2. Положить картонную полоску на край стакана так, чтобы один конец полоски лег на воду, а второй свисал.

3. Поочередно на свисающий край будем класть монетки и наблюдать. Какую монетку вода удержит и не уронит.

Вывод: у воды есть сила, которая способна удержать монетку 2 рубля. Полоска не отрывается от поверхности воды, если мы на свободный конец полоски положим одну монетку достоинством 2 рубля. Монетки большим достоинством перевесят, полоска оторвется от воды и монетки упадут. Это значит, что у монет сила больше.

Фото результатов опыта представлено в Приложении 5.

2.3. Изготовление гигрометра и фильтра для воды.

Проблема качественного водоснабжения с каждым годом становится актуальнее, и только от взрослых и детей зависит ее решение. Если взрослые не научат юное поколение бережно и рационально относиться к водным запасам, то последствия могут стать необратимыми. [2]

Природная вода не всегда бывает достаточно чистой, чтобы ее можно было пить. Даже чистая на вид вода может содержать химические примеси, бактерии и другие микроорганизмы, которые могут быть опасными для здоровья человека.

Промышленное очищение воды проходит в 5 этапов:

1. продувание воздухом – насыщение воды кислородом и устранение других газов;

2. коагуляция – химический процесс «склеивания» примесей;

3. седиментация – оседание примесей на дно;

4. фильтрация – пропускание жидкости через пористый материал с целью отделения примесей;

5. дезинфекция – уничтожение болезнетворных организмов.

Долголетие горцев связано с употреблением жидкости из горных ручьев. Вода проходит многократную фильтрацию. И я попробую изготовить фильтр из подручных средств и с его помощью очистить воду.

Для изготовления модели простого фильтра мне понадобилось:

- пластиковая бутылка 2л;

- 2 стакана – один с водой, второй – пустой;

- акварельные краски;

- песок, мелкие камешки, крупный гравий, песок, активированный уголь, ватный диск.

С фотографиями результата опыта с фильтром можно ознакомиться в Приложении5.

Вывод: после шестикратного пропускания подкрашенной воды через фильтр я добилась прозрачности воды.

3. Заключение

В ходе данной работы я убедилась, что вода – это удивительное вещество. Изучила некоторые ее свойства: растворимость веществ в воде, три агрегатных состояния воды (поведение воды), капиллярность, явление поверхностного натяжения. Эти свойства воды человек использует в своей жизни.

У меня получилось сконструировать модель фильтра, с ее помощью очистить воду.

С моими моделями и результатами исследований могут познакомиться одноклассники на уроках «Окружающий мир». А также, это хороший материал для занятий по внеурочной деятельности или летней досуговой площадки.

Список использованных источников и литературы

1. Сергеев Б.Ф. Вещество, которое создало нашу планету // Занимательная физиология – 1969. - URL: https://sheba.spb.ru/za/evrika-fiziolog-1969.htm (дата обращения 19.04.2023).

2. Маленький и увлекательный рассказ для детей-школьников: интересные факты о воде. – Текст электронный // Лиtеrraтура : [сайт]. – 2023. – URL: https:// https://tvercult.ru/nauka/malenkiy-i-uvlekatelnyiy-rasskaz-dlya-detey-shkolnikov-interesnyie-faktyi-o-vode/ (дата обращения 22.05.2023).

3. Плешаков А.А. Окружающий мир. 3 класс. Учеб. для общеобразоват. организаций. В 2 ч. Ч.1 / А.А.Плешаков. – 13-е изд. стереотипное – М.: Просвещение, 2022. – 56-67 с. - Текст : непосредственный.

Приложение 1. Вода – растворитель

Приложение 2. Расширение воды

Приложение 3. Капиллярные явления

Приложение 4. Поверхностное натяжение

Приложение 5. Фильтрование воды