XXIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Средства от запотевания стекол

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Куренкова Е.В. 1

---

1МБОУ ОШ с. Грудцино

Кашичкина И.В. 1

---

1 МБОУ ОШ с. Грудцино с. Грудцино, Нижегородская область

Работа в формате PDF

2.8 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В последние десятилетия на стыке физики, химии, биологии и медицины в результате поиска реше­ний поставленных перед научным обществом задач возникла новая дисциплина - нанотехнология. Ее глав­ными задачами являются разработка и внедрение в промышленное производство процессов, основанных на использовании материалов, состоящих из наночастиц. В последние два десятилетия в научную лексику стремительно «ворвались» ряд новых слов с префиксом «нано»: наноструктура, нанотехнология, наноматериал, нанохимия, наноразмерный материал, наноколлоиды, нанореактор и т.п. Издается ряд новых журналов, посвященных исключительно этой тематике, появились монографии, в названии которых присутствует префикс «нано», а также «нано» - профилированные институты, кафедры и отдельные лаборатории, проводятся многочисленные конференции. В большинстве случаев новые названия даны давно известным объектам или явлениям. Но есть объекты, которых по существу не было в арсенале исследователей еще 20 лет назад и без которых сегодня уже невозможно представить современное развитие науки – это наночастицы.

Цель работы: выяснить, как действуют средства от запотевания стёкол.

Для того, чтобы достичь этой цели я поставила перед собой следующие задачи:

• изучить литературу и интернет - ресурсы по данной теме;

• узнать, что представляют средства от запотевания стёкол;

• экспериментальным путём обнаружить действие этих средств на стёкла и зеркало.

Актуальность данной работы заключается в том, что в настоящее время глав­ными задачами нанотехнологии являются разработка и внедрение в промышленное производство процессов, основанных на использовании материалов, состоящих из наночастиц. Подобную технологию применяют для обработки автомобильных фар, зеркал, медицинских оптических приборов, которые следует защищать от конденсации на них жидкостей. Меня заинтересовала проблема – как обеспечить безопаснее передвижение людей, носящих очки в холодное время года.

Объект исследования: Процесс конденсации водяного пара на холодных поверхностях.

Предмет исследования - вещества, препятствующие конденсации водяного пара на холодных поверхностях.

Практическая значимость: данный материал может использоваться на уроках физики и химии, факультативах в старших классах, а эти средства в повседневной жизни.

Методы и приемы:

• теоретические (анализ литературы, обобщение, систематизация);

• практические (опыты, наблюдение)

1. Теоретическая часть

   1. Исследование процесса конденсации

Конденсация занимает важное место в ряде процессов, протекающих в окружающем нас мире. Вода, испаряясь из рек, озер, морей и океанов, остывая в атмосфере, вновь конденсируется, в результате чего образуются облака. Роса на траве и листьях появляется, когда насыщенный влагой воздух, соприкасается с их охлажденной поверхностью.

Процесс конденсации можно непосредственно наблюдать, в момент входа в теплое помещение с мороза, или если вынести на улицу в жаркий день стакан с ледяной водой. Стенки стакана быстро запотеют из-за того, что водяной пар, содержащийся в воздухе, соприкасаясь с холодным стеклом, конденсируется на нем. Так же вода может при конденсации переходить из газообразного состояния в твердое. Я приняла во внимание, что при борьбе с запотеванием нужно учесть два фактора: температуру и влажность. Если холодный предмет оказывается в теплом помещении, то его более низкая температура и влажность воздуха в помещении обязательно приведут к образованию конденсата на поверхностях этого предмета. Таким образом, предотвратить запотевание очков, по всей видимости, невозможно. Но, можно уменьшить его эффект. Такой вывод я сделала, наблюдая за конденсатом в проводимых мною опытах.

«Явление превращения пара в жидкость называется конденсацией. Термин «конденсация» происходит от латинского слова «конденсаре»— «сгущать».

Виды конденсации

Конденсация на охлаждаемой поверхности может быть двух видов:

• Пленочная конденсация — имеет место, когда жидкость смачивает поверхность (жидкость— смачивающая, поверхность— смачиваемая), тогда конденсат образует сплошную плёнку.

• Капельная конденсация— когда конденсат— не смачивающая жидкость и собирается на поверхности в капли, которые быстро стекают, оставляя почти всю поверхность чистой .

Поверхности, на которых может конденсироваться водяной пар, могут быть смачиваемыми и не смачиваемыми.Как добиться того, что бы вода быстро образовывала крупные капли и стекала по линзам? Как придать стеклянной поверхности эти свойства? В следующей части работы рассмотрим, какие химические средства могут быстро вызвать капельную конденсацию.

1. 2. Гидрофобные и гидрофильные вещества

Вещества делятся на 2 типа:

Гидрофильные растворы - такие растворы, тончайшая пленка которых частично поглощает воду и равномерно распределяет ее по стеклу, способствуя наиболее быстрому и комфортному испарению. К гидрофильным веществам относятся: крахмал, сахар, соль.

Гидрофобные — растворы, отталкивающие влагу: после обработки мельчайшие капельки стекают со стекол, не оставляяследов. К гидрофобным веществам относятся: уголь, животный жир, растительное масло, парафин, воск, крем для кожи^.

Существуют и так называемые «народные средства», о существовании которых я узнала из интернет - ресурсов. Это - следующие вещества: твердое и жидкое мыло, пена для бритья, парафиновая свеча, глицерин, крем для рук, зубная паста, хозяйственное мыло, пена для бритья, спрей для автомобильных стекол. По своему составу, почти все они относятся к гидрофобным веществам, так как содержат растительные и животные жиры в своем составе. Использование автомобильного спрея представляется нам небезопасным для здоровья человека.

1.3. Профессиональные и «народные» средства борьбы с запотеванием очковых линз

Производители антифога для уменьшения эффекта конденсации в настоящее время используют следующие способы:

• модификация поверхности очковых линз в целях придания гидрофильных свойств;

• нанесение на очковые линзы гидрофильных покрытий;

• нанесение на очковые линзы гидрофобных покрытий;

• применение специальных спреев, карандашей и салфеток для обработки очковых линз;

• специальные конструкционные особенности спортивных очков, масок и щитков.

По рекомендациям производителей, обрабатывать стекла очков специальными растворами рекомендуется заранее, примерно за 1 час до использования, а лучше с вечера при этом не требуется удаление предыдущего слоя. Дополнительное преимущество — раствор удобно носить с собой, можно пользоваться одним флаконом на протяжении всего срока годности без ущерба для здоровья.

Все «народные» средства имеются в любой квартире, однако вышеперечисленные способы их применения отнимают много времени. Различные моющие средства приходится часто наносить на стекла заново, предварительно снимая предыдущий слой мыла или шампуня. Также неудобство доставляет и то, что смешанные растворы из моющих средств с водой не могут храниться, потребуется перемешивать ингредиенты перед каждым нанесением. Народные рецепты вполне применимы в качестве одноразового использования, когда запотевают стекла в очках и необходимо быстро принять хоть какие-то меры воздействия.Стоит помнить, что практически все народные средства, особенно с применением зубной пасты, способствуют образованию на поверхности мелких царапин, что существенно сокращает срок службы линз. Поэтому такие очки быстро выходят из строя.

Я сделала следующие выводы, позволяющие определиться с выбором растворов:

1. Гидрофильные — растворы неудобны, если за короткий промежуток времени стеклам приходится несколько раз испытывать перепады температур (например, если по пути на работу делать несколько пересадок, попадая из теплого транспорта на холодную улицу и обратно), стекла могут покрыться тончайшей ледяной корочкой.

2. Гидрофобные — растворы, отталкивающие влагу: после обработки мельчайшие капельки стекают со стекол, не оставляя следов, одновременно меньше оседает, за счет чего значительно облегчается уход за очками.

3. Гидрофильные растворы идеально подходят для обработки очков автолюбителей и спортсменов, например, в целях обработки очков для плавания; а гидрофобные — для людей, часто сталкивающихся с перепадами температур в холодное время года.

II. Практическая часть

Как сделать антизапотеватель быстро и дешево?

Препараты, выпускаемые популярными брендами, как правило, образуют на стекле водоотталкивающую пленку. Благодаря низкому смачиванию (уменьшению коэффициента поверхностного натяжения) она препятствует образованию микрокапель жидкости (воды) на поверхности.

Моя мама постоянно носит очки. Заходя зимой с улицы домой, ей каждый раз приходится протирать очки. Есть немало средств, которые могут бороться с запотеванием стекол не менее эффективно, чем патентованная химия от известных производителей. Среди них – множество простейших, которые всегда находятся под рукой. Я решила проверить на опыте, какое же подручное средство лучше справится с этой проблемой.

1. Мыло.

О бычное мыло обладает теми же свойствами, что и фирменные антизапотеватели. Достаточно создать на поверхности тонкий слой, чтобы не допустить образования конденсата. Сделать это просто – на автостекло куском мыла наносится сетка с ячейками 1.5-2 см и тщательно растирается.

Способ известен давно и применяется практичными людьми в разных областях (в свое время смекалистые военнослужащие боролись даже с образованием конденсата на очках противогазов).

Вывод: Эффективность метода – высокая. Главный недостаток – трудность создания тонкой равномерной пленки при низкой температуре.

2. Гель или пена для бритья.

Работает аналогично предыдущему рецепту, а за счет различных добавок зачастую демонстрирует даже лучший эффект.

Обладает и неоспоримыми преимуществами:

• легко наносится и растирается для образования тонкого защитного слоя;

• имеется почти в каждом доме;

• нет необходимости искать специализированный магазин, торгующий автомобильной химией;

• стоит недорого (подойдут даже самые дешевые средства).

Для зашиты достаточно нанести немного на поверхность (гель, по отзывам, демонстрирует несколько лучшие результаты) и распределить по всей площади. Затем сухим бумажным полотенцем протереть стекло до тех пор, пока оно не станет совершенно прозрачным.

Вывод: Эффективность метода – высокая.

3. WD-40.

Среди уникальных свойств этой жидкости есть и водоотталкивающие. Способ применения аналогичен предыдущим – нанести на поверхность (распылить), насухо вытереть.

Вывод: Эффект проявляется слабее. Недостаток – появление характерного запаха, требует осторожности при обращении.

4. Картофель, лимонный сок.

Ими также нужно обработать стекло и насухо протереть.

Вывод: К недостаткам таких методов относятся недолговечность защитных пленок и интенсивное налипание пыли, поскольку в составе содержаться растительные сахара.

5. Раствор глицерина.

Более сложные варианты самодельных антизапотевателей предполагают работу с доступными химическим веществами. Глицерин обладает гидрофобными свойствами, и может применяться без добавок.

Достаточно смочить кусок ткани, протереть стекло и вытереть его насухо. На поверхности останется водоотталкивающая пленка.

Более эффективным и безопасным средством является спиртовой раствор глицерина (спирт подойдет практически любой). Пропорции для приготовления – от 1:2 до 1:10 (на 1 мл глицерина от 2 до 10 мл спирта). Жидкости смешивают да получения однородного раствора.

Обработка производится таким же способом, как и чистым глицерином.

Важно помнить, что наносить раствор необходимо на сухое стекло.

Вывод: не эффективен

6. Уксус и эфирные масла.

Аналогично спиртовому раствору глицерина действует состав, содержащий:

• Воду – 250 мл (1 стакан);

• Уксус — 30 мл (2 столовых ложки);

• Эфирное масло – 10 капель.

Для приготовления необходимо:

• Довести воду до температуры начала кипения, не кипятить, снять с огня;

• Добавить остальные ингредиенты, перемешать;

• Дать раствору остыть.

Наносить на поверхности с использованием пульверизатора. Срок действия состава после обработки – до 1 месяца.

Проделав все опыты, я обобщила результаты и занесла в таблицу.

Вывод: не эффективен

Вывод: Самым эффективным и доступным средством от запотевания стекол является пена для бритья и хозяйственное мыло. Но у мыла есть недостаток – его трудно наносить тонким слоем на стекло. Поэтому лучшим антизапотевателем среди народных средств нами признана пена для бритья. Она есть в каждом доме, ее легко наносить на стекло, при нанесении нет запаха.

Заключение

Изученные материалы и проведенные исследования не подтвердили гипотезу о том, что некоторые вещества могут полностью предотвратить конденсацию водяного пара на линзах очков. На основании полученных данных, можно сделать следующие выводы:

1. Запотевание очков негативно влияет на безопасность и комфорт человека;

2. Физическое явление конденсации водяного пара не может быть полностью предотвращено химическими веществами;

3. Использование «народных средств» от запотевания очковых линз малоэффективно, часто эти средства небезопасны для здоровья человека и могут вызывать аллергические реакции

4. Профессиональные средства снижения конденсации должны быть безопасны и применяться строго по назначению.

Материалы исследования можно использовать в повседневной жизни.

Литература

1.Перышкин, А.В. Физика 8 класс. Учебник. Москва. Издательство ДРОФА. 2019 г. - 243 с.

2. http://ru.wikipedia.org/wiki/

3.Журнал «За рулём»2012 г. № 5.

4.НаноБокс. Руководство для учителя. Издательство «НаноВиоНет», 2012 г

Интернет- ресурсы

https://www.drive2.ru/b/463793796878959407/?ysclid=lsdkxu1i2i898830896

https://avilon-trade.ru/articles/poteyut-stekla-v-mashine/

Приложение

1. Средства, которые я использовала в своем проекте

2. Стеклянная пластина, обработанная хозяйственным мылом

3. Стеклянная пластина, обработанная пеной для бритья

4. Стеклянная пластина, обработанная ВД – 40

5. Стеклянная пластина, обработанная силиконом

6. Стеклянная пластина, обработанная картошкой

7. Стеклянная пластина, обработанная лимоном

8. Стеклянная пластина, обработанная глицерином

9. Стеклянная пластина, обработанная раствором уксуса