II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
В ЧЕМ СЕКРЕТ ТЕРМОСА
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Оглавление.
Страницы
I. Введение. 3
II. Основная часть. 4-11
1. Введение понятий теплопроводность, конвекция, излучение 4-5
2. Экспериментальная часть. 6-11
3. Изготовление самодельного термоса 11
III. Заключение. 12
IV. Литература. 13
Введение
По выходным мы с родителями любим ходить в лес и всегда берем с собой термос с горячим чаем.
Но однажды я нечаянно уронила термос. Так как другого термоса не было, то мы все равно решили взять его с собой. В лесу мы заметили, что чай остыл, хотя раньше он долгое время оставался теплым. Нам стало интересно, что же случилось? Так появилась исследовательская работа на тему «В чем секрет термоса».
Цель работы: исследовать, почему в термосе температура долго не изменяется.
Задачи работы: 1. Изучить литературу, в которой описываются способы
передачи тепла.
2. Изучить литературу, в которой описывается
устройство и применения термоса.
3. Исследовать, от чего зависит способность термоса
сохранять температуру.
4. Изготовить самостоятельно термос.
Теоретическая часть
В природе и технике теплота передается от более нагретых тел к менее нагретым телам до наступления теплового равновесия. Различают три вида теплопередачи:
1. Теплопроводность. Это способ передачи тепла (энергии) от более нагретых участков тела к менее нагретым участкам, или от более горячих тел к менее нагретым при непосредственном соприкосновении. Теплопроводность у разных веществ различна. Хорошие проводники тепла – металлы, хуже проводят тепло жидкости. Очень плохо проводят тепло воздух, пластмасса, дерево, поролон, пенопласт, строительная пена и т.д. Объясняется это тем, что теплопроводность – это перенос энергии, который происходит при взаимодействии молекул. В металлах расстояние между молекулами значительно меньше размеров самих молекул, в жидкостях примерно равно размеру молекул, а воздух плохо проводит тепло, т.к. промежутки между молекулами значительно больше размеров самих молекул. Доска проводит тепло лучше, чем опилки, полученные при распиловке этой же доски, т.к. между опилками находится воздух, который плохо проводит тепло.
2. Конвекция. Это способ передачи тепла (энергии) струями жидкости или газа. От горячей батареи нагревается воздух около нее, он становится легче и поднимается наверх, а холодный воздух опускается вниз. Следующая партия воздуха нагревается и поднимается вверх, а более холодный воздух опускается вниз. Так постепенно происходит передача тепла от батареи ко всему воздуху в комнате. Если чайник с водой поставить на плиту, то внизу вода нагреется, станет легче и теплая вода поднимется наверх, а холодная вода опуститься вниз, т.к. она более тяжелая. Для того чтобы в жидкостях и газах происходила конвекция, необходимо их нагревать снизу, а охлаждать сверху.
3. Излучение. Это способ передачи тепла (энергии) в виде невидимых лучей. Все тела, нагретые до любой температуры, излучают невидимые лучи, передающие тепло. Чем выше температура тела, тем больше излучается энергии. Излучение может осуществляться даже в полном вакууме. Светлые блестящие поверхности отражают тепло, а темные поверхности поглощают энергию. Поэтому летом все носят, светлую одежду, а зимой – одежду темных тонов.
Чтобы помешать телу охладиться или нагреться, нужно уменьшить теплопередачу. При этом стремятся сделать так, чтобы энергия не передавалась ни одним видом теплопередачи: теплопроводностью, конвекцией, излучением. В этих целях используют термос.
В 1892 году Джеймс Дьюар разработал изолирующую колбу, которая известна в науке под названием сосуд Дьюара. В 1903 году берлинский производитель стеклянных изделий Рейнгольд Бургер усовершенствовал сосуд Дьюара. В 1904 году впервые в хозяйственных целях была выпущена первая партия термосов. Устройство настолько было совершенно и просто в применении, что не изменилось практически и по сей день.
Джеймс Дьюар 1 – крышка термоса
2 – пробка
3 – корпус термоса
4 – зеркальная колба
Основной элемент термоса – колба, сделанная из стекла или нержавеющей стали. Зеркальная поверхность отражая, препятствует передаче энергии излучением. Между стенками колбы – вакуум, теплопроводность которого практически равна нулю. Сосуд закупоривается пробкой, которая препятствует передаче тепла от жидкости в воздух, следовательно, невозможна конвекция. Поэтому в термосе холодное остается холодным, а горячее горячим.
Экспериментальная часть
Папа нам объяснил, что термос может сохранять не только тепло, но и холод, поэтому в своих опытах для наглядности я брала мороженное, т.к. снега на улице еще не было…
Исследование №1Изучение теплоизоляционных свойств воздуха.
Цель исследования: Доказать, что воздух плохой проводник тепла
Оборудование: - пластиковый контейнер
- два пластиковых контейнера меньшего размера
- мороженое.
Ход исследования
-
Мы положили в маленькие контейнеры по одинаковому количеству мороженого и закрыли их крышкой.
Один из контейнеров мы поставили в большой контейнер, который тоже закрыли.
И наблюдали, в каком контейнере мороженое растает быстрее. Мороженое быстрее растаяло в одиночном контейнере, а в двойном контейнере - медленнее, так как тепло из комнаты к мороженому передается хуже.
Вывод 1: Воздух плохо проводит тепло, поэтому между корпусом термоса и колбой находится разреженный воздух.
Исследование № 2.Сравнение поглощательной способности темных и
зеркальных поверхностей.
Цель исследования: исследовать, какие тела лучше поглощают энергию:
темные или зеркальные.
Оборудование: - 2 стакана
- мороженое
- настольная лампа (источник тепла).
Ход исследования
Один стакан мы наполовину зачернили, а другой – обклеили фольгой наполовину и положили в них одинаковое количество куска мороженого.
Включили настольную лампу и поставили оба стакана прозрачной стороной к себе. И наблюдали за таянием мороженого в стаканах.
Мороженое раньше растаяло в зачерненном стакане, так как он быстрее нагрелся, а стакан, обклеенный фольгой почти не нагрелся, потому что зеркальные поверхности отражают энергию.
Вывод 2: черные поверхности поглощают энергии больше, а зеркальные
поверхности – значительно меньше.
Исследование № 3.Сравнение отражательной способности зеркальных
и прозрачных поверхностей.
Цель исследования: исследовать, какие тела больше отражают: зеркальные
или прозрачные.
Оборудование: - 2 одинаковых стакана, один из которых обклеен фольгой
- 2 резиновые перчатки
- настольная лампа (источник тепла).
Ход исследования
Мы взяли два одинаковых стакана, один из них обклеили фольгой и натянули на них по резиновой перчатке.
Включили настольную лампу и поднесли к ней стаканы, наблюдая за деформацией.
Перчатка, натянутая на прозрачный стакан растянулась больше, так как воздух в этом стакане нагрелся сильнее и давление воздуха увеличилось на большую величину.
Вывод 3: зеркальные поверхности отражают энергию больше.
Эти два опыта объясняют, почему внутренняя поверхность колбы блестящая.
Исследование № 4. Сравнение теплоизоляционных способностей
воздуха, ваты, бумаги, пенопласта.
Цель: Исследовать теплоизоляционные свойства ваты, бумаги, пенопласта и
воздуха для самостоятельного создания термоса.
Оборудование: - четыре больших пластиковых контейнера
- четыре маленьких пластиковых контейнера
- мороженое
- вата
- бумага
- пенопласт
- часы
Ход исследования
Мы взяли четыре больших контейнера и вставили в них маленькие. Промежутки в трех контейнерах мы заполнили: № 1-бумагой; № 2- ватой, № 3 – воздухом, № 4 - пенопластом, оставив небольшой зазор.
В маленькие контейнеры положили одинаковое количество мороженого и наблюдали за его таянием. Результаты наблюдений мы занесли в таблицу
|
НАПОЛНИТЕЛЬ |
ВОЗДУХ |
БУМАГА |
ВАТА |
ПЕНОПЛАСТ |
|
ВРЕМЯ ТАЯНИЯ МОРОЖЕНОГО |
3ч |
3ч 25 минут |
3ч 40 минут |
4 ч |
Вывод 4: Лучшим теплоизолятором в домашних условиях является
пенопласт.
Из исследования № 4 мы выяснили, что при изготовлении термоса лучше использовать пенопласт. В таком термосе вода долго не нагреется. Теперь летом в жару, работая на огороде или отдыхая на пляже, мы буду брать самодельный термос, чтобы сохранить прохладную воду.
Теплоизоляционные свойства пенопласта широко используются в быту.
Изучив основные секреты термоса, мы принялись за изготовление своего. Для этого мы взяли две пластиковых бутылки. У большой мы отрезали дно и горлышко, а маленькую обклеили фольгой. Вставили маленькую бутылку в большую, закрыв горлышко крышкой. Но у нас возник вопрос, а чем же лучше заполнить промежутки между бутылками. Мы предположили, что в качестве теплоизолятора можно использовать вату, опилки, поролон или пенопласт.
Заключение.
Проведя наши исследования, мы смогли объяснить, почему горячая вода в термосе долго не охлаждается:
-
Между стенками колбы находится неподвижный разреженный воздух, который плохо проводит тепло.
-
Колба зеркальная, поэтому она хорошо отражает и плохо поглощает тепловую энергию.
-
В разбитой колбе между стенками находится не разреженный, а атмосферный воздух, а он проводит тепло лучше, поэтому вода в термосе охлаждается быстрее.
Литература.
1. «Большая книга вопросов и ответов»/Пер. с итальянского О.А.Литвиновой,
Е.В. Широниной. М.: ЗАО «РОСМЕН-ПРЕСС», 2007. – 232с.
2. «Занимательные опыты и эксперименты /[Ф. Ола и др.]. – М.: Айрис-
пресс, 2006. – 128с.
3. «Физика - юным». Сост. М.Н. Ергомышева – Алексеева. М.,
«Просвещение», 1969. – 184с.
4. «Я познаю мир»: Дет. энциклопедия: Физика/Сост. Художник А.А.
Леонович; Под общ. ред. О.Г. Хинн – М: ТКО «АСТ»,1995. – 480с.
5. www.delaysam.ru
6. images.yandex.ru