XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Термос своими руками

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Соломонова А.С. 1

---

1МБОУ «Средняя общеобразовательная школа №7» г. Калуги

Васенкова О.В. 1

---

1МБОУ «Средняя общеобразовательная школа №7» г. Калуги

Работа в формате PDF

1.8 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Каждый современный человек хоть раз в жизни пользовался термосом. В 2024 году исполнилось 120 лет со времени его выпуска как торговой марки. Это слово давно стало нарицательным и вошло во все словари. Между тем, изобретатели прототипов термоса были далеки от коммерции.

Термос сегодня — незаменимый помощник в быту. Термосы широко используются людьми, предпочитающими вести активный образ жизни: туристами, путешественниками, спортсменами, любителями лыжных, велосипедных или пеших прогулок, охотниками, рыбаками. Термосы являются спутниками офисных работников, людей, часто ездящих в служебные командировки. Благодаря термосу у вас всегда будут под рукой горячий чай, кофе, суп или второе блюдо.

По проведенному нами опросу люди используют термос в основном на отдыхе (дача, рыбалка и др.), в обычной жизни – это в основном термокружки и не так часто. (Приложение 1).

Бывают такие ситуации, когда под рукой нет термоса промышленного производства.

Цель работы: создание термоса собственной конструкции для практического применения.

Задачи работы:

• узнать историю создания термоса;

• изучить строение термоса;

• исследовать свойства этого прибора;

• придумать и сделать конструкцию собственного термоса;

• проследить за изменением температуры разных жидкостей в термосе.

Гипотеза: возможно создать термос своими руками способом, отличным от общепризнанного, расположенного на сайтах Интернета [5].

ГЛАВА 1. ЧТО ТАКОЕ ТЕРМОС?

1. 1. История появления термоса

Что такое термос, и кто его придумал? Все знают, что термос — это бытовая термоизоляционная посуда, разновидность сосуда Дьюара, предназначенная для продолжительного сохранения более высокой или низкой температуры пищи.

Интересна история изобретения этого удобного предмета.

Прообразом современного термоса был стеклянный ящик с двойными стенками и откаченным из межстеночного пространства воздуха, который был разработан немецким физиком Адольфом Фердинандом Вейнхольдом в 1881 году и использовался для хранения жидкого кислорода [6].

В конце XIX века шотландский ученый Джеймс Дьюар придумал двухслойную стеклянную колбу. Если из промежутка между слоями выкачать воздух, такой сосуд очень хорошо сохранял температуру своего содержимого. В сосудах Дьюара можно было хранить жидкий азот, короче, изобретение было большим шагом в физике низких температур (Приложение 2) [4].

Термос появился чуть позже, публика узнала о нем в 1904 году. Берлинские производители стеклянных изделий Рейнхольд Бургер и Альберт Ашенбреннер живо интересовались научными изобретениями. Жидкого азота у них не было, но они были уверены, что за возможность хранить при себе некоторое количество горячего чая туристы, охотники и путешественники будут готовы платить хорошие деньги. Взяв за основу сосуд Дьюара, Бургер и Ашенбруннер добавили к нему металлический корпус, пробку, сделанную из коры пробкового дуба, и навинчивающийся колпачок, который мог одновременно служить и кружкой. Стеклянную колбу посеребрили снаружи и изнутри — это улучшило температурные характеристики инновационного «устройства». Новый тип посуды назвали «термос», что в переводе с греческого обозначало «теплый». Дьюар не запатентовал свои сосуды, поэтому, когда он, увидев коммерческий успех термосов, попытался подать в суд, то проиграл коммерсантам. Ведь Рейнгольд Бургер еще в 1903 году получил патент на термос — DE170057, а через пару лет был получен патент на термос и в США. Фирму, занявшуюся производством нового вида посуды, изобретатели назвали Тhermos GmbH — так, собственно, и появилось это название (Приложение 3) [7].

Первыми оценили пользу термоса летчики, которые в то время летали на самолетах-этажерках с открытой кабиной и сильно мерзли от холода и сильного ветра. В суровых условиях горячий напиток им был жизненно необходим. Вслед за летчиками свойства термоса оценили и рядовые обыватели [8].

1. 2. Виды термосов

Существуют несколько разновидностей термосов:

• Термосы для напитков — самый распространенный тип термосов, предназначены для горячих напитков, имеют компактные размеры и вытянутую цилиндрическую форму, легко помещаются в рюкзак или сумку. Термосы для напитков отличаются от других типов термосов узкой горловиной диаметром 25-55 мм. Узкая горловина обеспечивает таким термосам минимальные теплопотери, благодаря чему они лучше термосов других типов держат температуру. Пробка может быть обычной винтовой или с клапаном. Крышка термоса может использоваться как стакан (Приложение 4) [2, 46].

• Термосы с крышкой-помпой — предназначены для хранения жидкостей, при нажатии на кнопку на крышке термоса из носика сбоку термоса польется горячая жидкость. Термосы с крышкой-помпой имеют большой объем и предназначены для перевозки на автомобиле, а не для ношения с собой. Термосы с крышкой-помпой хорошо сохраняют температуру, так как крышка не снимается при наливе жидкости. Термосы с крышкой-помпой хорошо подходят для использования дома, на пикнике, на даче, в автомобильной поездке. Большого объема такого термоса хватит для обеспечения горячим напитком даже большой семьи (Приложение 5).

• Термокружка (термочашка, термостакан) — термосы объемом 0,25-0,5 литра, имеющие форму кружки или стакана, рассчитаны на одного человека. Двойные стенки термокружки помогают сохранять напиток горячим. Термокружки удобны для коротких поездок по городу, поездок в офис, велопрогулок. Термокружки оснащаются открывающейся крышкой или клапаном, которые можно открывать и закрывать одной рукой в автомобиле или велосипеде, не отвлекаясь от дороги (Приложение 6).

• Универсальные термосы — являются промежуточным вариантом между термосами для жидкости и пищевыми термосами, имеют горловину среднего размера, что позволяет как наливать в них как напитки, так и горячую пищу. Универсальные термосы могут использоваться в быту, кемпингах, автотуризме и путешествиях (Приложение 7).

• Пищевые термосы — предназначены для хранения и транспортировки первых и вторых блюд, а также мороженного. Объем пищевых термосов обычно составляет от 0,5 до 2 литров. Пищевые термосы имеют широкую горловину практически равную диаметру корпуса, из-за широкой горловины пищевые термосы не могут похвастаться хорошим сбережением температуры. Многие пищевые термосы комплектуются ложками и вилками, которые крепятся к корпусу термоса или складываются и прячутся под крышку (Приложение 8).

• Судковые термосы — особый вид пищевых термосов, внутри которых друг на друга помещаются 2-3 пластиковых или металлических герметичных контейнеров (судков). Судковые термосы позволяют одновременно хранить и перевозить три разных вида блюд, например: первое блюдо, второе блюдо и холодную закуску. Объем каждого судка может составлять от 0,4 до 0,7 литра. Судковые термосы позволяют сохранить тепло домашних блюд в местах вдали от дома [6].

1. 3. Объем термоса

Термосы отличаются друг от друга по объему вмещаемой жидкости:

• 0,25-0,7 л — термокружки (термостаканы) предназначенные для разовой порции горячего чая или кофе. Термокружки (термостаканы) имеют небольшой вес и не занимают много места, их удобно носить с собой на работу, во время прогулок по городу или парку, во время поездок на автомобиле или велосипеде

• 0,7-1 л — оптимальный объем термоса для одного человека, термос такого объема легкий и компактный, он подходит для прогулок, недолгих выездов на природы и непродолжительных походов

• 1-1,2 л — оптимальный объем термоса для одного человека на сутки, либо для двоих человек на более короткий период времени

• 1,2-1,7 л — оптимальный объем термоса для двоих человек на сутки

• 2 л и больше — термос такого объема хорошо подходит для компании от 3 человек и больше, такие термосы можно брать в автомобильные путешествия, на пикники

При выборе термоса следует выбирать термос, который по своему объему оптимально соответствует вашим потребностям. Слишком большой по объему термос будет неудобен из-за большого веса и габаритов. Слишком маленький по объему термос не сможет обеспечить вас нужным количеством горячего напитка и будет быстрее терять температуру [10].

1. 4. Сущность физических явлений, происходящих внутри термоса

Термос оснащен колбой с двойными стенками и герметичной пробкой.

Между стенками колбы может находиться воздух или теплоизолирующий материал, но чаще всего создан вакуум. Он уменьшает теплообмен (процесс переноса тепла от более нагретых тел менее нагретым) с окружающей средой. Расстояния между молекулами газа большие и их движение хаотичное, значит перенос энергии от молекуле к молекуле в виде тепла достаточно длительный (то есть, если идет колебание одной из них, то не факт, что энергии будет достаточно, чтобы добраться до другой молекулы и передать ей часть энергии, они могут вообще и не встретиться и не провзаимодействовать) [1, 68].

Внутренняя часть термоса отшлифована или имеет зеркальное покрытие — такая поверхность отражает тепло или холод и возвращает его продуктам в термосе (зеркальные поверхности "отталкивают" лучи тепловой энергии, идущие от нагретых продуктов и возвращают ее обратно им же).

Пробка и крышка закрывают горловину изделия, имеют низкие теплопроводные свойства. Внутри крышки есть воздушная прослойка или пористый теплоизоляционный материал. Наилучшую сохранность обеспечивают крышки без отверстий (Приложение 9) [3, 47].

ГЛАВА 2. ТЕРМОС, СОЗДАННЫЙ СВОИМИ РУКАМИ

Изучив самый распространенный способ создания термоса своими руками, данный в Интернете и в некоторых журналах, мы пришли к выводу, что пластиковые бутылки, которые используются, не самый прочный материал. Бутылка может треснуть, деформироваться от горячей жидкости, ее можно проткнуть и т.д.

Для создания своего термоса мы использовали следующие составляющие (Таблица 1):

Таблица 1

Примечание: труба, муфта и заглушки должны быть подходящих к друг другу диаметров.

Ход работы:

Таблица 2

После того как термос был собран, мы провели температурные исследования. Для этого нами был взять термос, сделанный в промышленных условиях, объемом 1 литр (упаковка из-под сока того же объема).

Изменение температуры нами представлено в таблицах 3 и 4.

Таблица 3. Изменение температуры горячей воды, °C

Таблица 4. Изменение температуры горячего чая с сахаром, °C

Также нами был изготовлен термос по описанию, который был дан на сайтах Интернета (Приложение 10). По итогам температурных исследований данный термос держит тепло хуже (конечная точка 31 градус).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Изучив устройство и принцип сохранения тепла в термосе, мы пришли к следующим выводам.

• Моя экспериментальная работа по изготовлению модели термоса и исследования температурных значений воды доказала, что изготовить термос в домашних условиях вполне реально.

• Моя гипотеза подтвердилась.

• Подводя итоги, можно сказать, что термосы нам нужны в жизни. В наше время это доступный, удобный и полезный предмет.

• Мое исследование показало, что самодельный термос можно использовать, но на небольшой промежуток времени (от 1 до 6 часов).

• Считаю, что мое исследование имеет практическое значение и может пригодиться в быту и повседневной жизни.

• У самодельных термосов есть свои плюсы:

• Это использование подручных материалов.

• Это низкая себестоимость такого изделия по сравнению с купленным термосом.

• Это небольшой вес изделия.

• Это технологическая простота в изготовлении.

• Это достаточная прочность изделия

• Но есть и минусы:

• Вид изделия не совсем привлекателен.

• Самодельный термос невозможно вымыть после использования, так как горлышко бутыли, которую использовали для изготовления колбы, узкое.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Литвинова О. А., Широнина Е.В. Большая книга вопросов и ответов. - М.: ЗАО «РОСМЕН-ПРЕСС», 2007.

2. Термос // Краткая энциклопедия домашнего хозяйства. — М.: Государственное Научное издательство «Большая Советская энциклопедия», 1989.

3. Хинн О.Г. Я познаю мир. Детская энциклопедия: Физика. – М: ТКО «АСТ»,1995.

4. Аронова Т.А. Изучение свойств термоса. – «Юный ученый», №5, 2019.

5. https://ru.wikihow.com/%D1%81%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D0%B0%D1%82%D1%8C-%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%BE%D1%81

6. https://huntland.ru/index.php/2022/10/29/termosy/

7. https://www.shkolazhizni.ru/history/articles/106663/

8. https://aif.ru/food/household/teplo_i_holod_v_odnom_flakone_vybiraem_pravilnyy_termos

9. https://huntland.ru/index.php/2022/10/29/termosy/

10. http://womanmir.com/dom/791-kak-vybrat-termos.html

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Как часто вы пользуетесь термосом в обычной жизни? (опрошено 300 человек)

Как часто вы пользуетесь термосом на отдыхе? (опрошено 300 человек)

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Прообраз современного термоса. Сосуд Дьюара

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

Термосы для напитков

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

Термосы с крышкой-помпой

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

Термокружка, термостакан

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

Универсальные термосы

ПРИЛОЖЕНИЕ 8

Пищевые термосы

ПРИЛОЖЕНИЕ 9

Строение термоса

ПРИЛОЖЕНИЕ 10

Термос своими руками