XXV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

История свечи

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Шокурова А.Д. 1

---

1МАОУ СОШ №2 г.Туймазы

Шарапов Р.Р. 1

---

1МАОУ СОШ №2 г. Туймазы

Работа в формате PDF

1.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Химическая история свечи» — так называлась серия из шести лекций по химии и физике пламени, прочитанных Майклом Фарадеем в Королевском институте в 1848 году в рамках серии рождественских лекций для молодёжи, основанной Фарадеем в 1825 году и до сих пор ежегодно читаемой там.

На лекциях описывались различные зоны горения в пламени свечи и наличие углеродных частиц в зоне свечения. Демонстрации включали получение и изучение свойств водорода, кислорода, азота и углекислого газа. Демонстрировалась электролитическая ячейка, сначала при гальваническом покрытии платиновых проводников растворенной медью, затем при получении водорода и кислорода и их рекомбинации с образованием воды. Изучаются свойства самой воды, в том числе её расширение при замерзании (из-за этого расширения железные сосуды лопаются) и относительный объём пара, образующегося при испарении воды. Демонстрируются методы взвешивания газов на весах. Описывается атмосферное давление и демонстрируются его эффекты.

Фарадей подчёркивает, что некоторые демонстрации и эксперименты, проводимые на лекциях, могут быть выполнены детьми «дома», и делает несколько замечаний относительно соблюдения правил безопасности.

Лекции были впервые напечатаны в виде книги в 1861 году.

В 2016 году Билл Хэммак опубликовал серию видеолекций, дополненных комментариями и книгой- сопровождением. Идеи Фарадея до сих пор используются в качестве основы для открытого преподавания энергетики в современных начальных и средних школах.

Эту книгу Майкла Фарадея я случайно обнаружила на нашей книжной полке и в свободное время решила почитать. Меня заинтересовали слова, написанные там:

«Рассмотрение физических явлений, происходящих при горении свечи, представляет собой самый широкий путь, которым можно подойти к изучению естествознания». Фарадей в своей "Истории свечи" говорит: "Явления, наблюдающиеся при горении свечи, таковы, что нет ни одного закона природы, который при этом не был бы так или иначе затронут".

Мне стало интересно, действительно ли все так, как там написано. Исходя из этого, была поставлена цель.

Цель работы: исследование физических явлений, происходящих при горении свечи.

Для достижения поставленной цели были поставлены задачи:

1. Изучить историю, применив метод поиска информации.

2. Ознакомиться с видами физических явлений, применив метод ан а литературы.

3. Узнать интересные факты о свече, применив метод поиска информации.

4. Провести эксперименты с горением свечи, применив метод эксперимента и наблюдения.

5. Оформить результаты работы в виде перечня происходивших физических явлений, применив метод моделирования, метод ан а и обобщения информации.

Гипотеза исследования: предполагаем, что явления наблюдающиеся при горении свечи, таковы, что нет ни одного закона природы, который при этом не был бы так или иначе затронут".

Объект исследования: свеча.

Предмет исследования: особенности и уникальность процесса горения свечи.

Практическая значимость: Данный материал можно использовать на уроках физики, для изучения дополнительного материала учениками.

Глава I. История свечи

I.1. Историческая справка

Свеча— изделие, приспособление для освещения, чаще всего в виде цилиндра из твёрдого горючего материала, который в растопленном виде подводится к пламени с помощью фитиля.

Горючим материалом может служить: сало, стеарин, воск, парафин, спермацет или другое вещество с подходящими свойствами. В настоящее время чаще всего используется смесь парафина со стеарином и различными добавками. Фитиль пропитывают растворами селитры, хлористого аммония, борной кислоты для того, чтобы он лучше сгорал по мере уменьшения свечи и не создавал слишком большого пламени. Для тушения свечей использовался гасильник. После появления электрического освещения свечи вышли из широкого употребления. За ними сохраняется ритуальное значение; кроме того, распространены декоративные свечи различной формы и окраски. [2]

Свечи применяются как источник освещения начиная с III тысячелетия до н. э. До появления и начала распространения электрических ламп накаливания с 1880-х годов, наряду с лампадами это был основной источник освещения. Свечи используются в этом качестве и на начало XXI века при отсутствии электричества, чаще всего при плановых и неплановых отключениях электроэнергии в жилых домах.

Свечи использовались в качестве источника света и для освещения торжеств уже более 5000 лет, но об их происхождении мало что известно. Самое раннее использование свечей часто приписывается древнему Египту. Египтяне делали тростниковые светильники или факелы, вымачивая сердцевину тростника в расплавленном животном жире. В то время как египтяне использовали фитильные свечи в 3000 году до нашей эры, древним римлянам, как правило, приписывают фитильную свечу до этого времени, разработанную путем многократного погружения свернутого папируса в расплавленный жир или пчелиный воск. Полученные свечи использовались для освещения их домов, для помощи путешественникам ночью и в религиозных церемониях.

Историки нашли свидетельства того, что многие другие ранние цивилизации делали свечи, используя воск, сделанный из доступных растений и насекомых. Ранние китайские свечи, как говорят, были отлиты в бумажные трубки, используя свернутую рисовую бумагу для фитиля и воск из местного насекомого, которое было объединено с семенами. В Японии свечи изготавливали из воска, добываемого из древесных орехов, а в Индии свечной воск изготавливали путем кипячения плодов коричного дерева.

Прототипом свечи являются чаши, наполненные маслом или жиром, с щепочкой в качестве фитиля. Такие светильники давали неприятный запах и очень сильно коптили. Первые свечи современной конструкции появились в Средневековье и изготавливались из жира или из воска.

До XV века свечи изготавливались выдерживанием впитывающего материала — папируса, бумаги, пористой сердцевины некоторых растений — в расплаве жира до его напитывания. В XV веке была изобретена цилиндрическая форма для отливки свечей, одновременно медленно начала возрастать популярность пчелиного воска как горючего материала для свечей.

Развитие китобойной промышленности в конце XVIII века внесло первые существенные изменения в процесс производства свечей, потому что спермацет (воскоподобный жир, получаемый из верхней части головы кашалота) стал легко доступным. Спермацет горел лучше, жир и при этом не дымил, и в общем был ближе к пчелиному воску по свойствам и преимуществам.

Большинство изобретений, повлиявших на свечное дело, относится к XIX веку. В 1820 г. французский химик Мишель Шеврёль открыл возможность выделения смеси жирных кислот из животных жиров — т.н. стеарина. Стеарин, иначе иногда называемый стеариновым воском из-за подобных воску свойств, оказался твёрдым, жёстким и горел без копоти и почти без запаха, а технология его производства не являлась затратной. И как следствие, вскоре стеариновые свечи почти полностью вытеснили все другие виды свечей, было налажено массовое производство. Примерно тогда же была освоена технология пропитки фитилей свечей борной кислотой, что избавляло от необходимости часто снимать остатки фитиля (если их не снимать, они могли затушить свечу).

Ближе к началу XX века химики смогли выделить нефтяной воск — парафин. Парафин чисто и ровно горел, практически не давая запаха и его было дешевле производить, любое другое горючее вещество для свечей, известное к тому времени. Даже при внедрении электрического освещения довольно долгое время в начале XX века парафиновые свечи только набирали популярность, этому способствовало бурное развитие нефтяной промышленности в то время. Со временем их значение в освещении сменялось на декоративное и эстетическое.

На сегодняшний день парафиновые свечи среди свечей являются почти единственным видом. Свечи делают из смеси высокоочищенного парафина с небольшим количеством стеарина, либо из малоочищенного парафина, как с добавкой стеарина, так и без неё.

В зависимости от устройства и назначения свечи разделяются на различные виды: хозяйственные свечи — сделанные из непокрашенного парафина средней или высокой очистки, имеют простую цилиндрическую форму и белый полупрозрачный или непрозрачный цвет, самый простой, дешёвый и распространённый вид свечей; столовые свечи как и хозяйственные удлинённой цилиндрической формы; пеньковые свечи — это свечи большого диаметра, которым не нужны подсвечники для устойчивости. Они более экономны, потому что расплавленный парафин заполняет появившуюся нишу и не стекает по свече вниз; церковные свечи — традиционно изготавливают из пчелиного воска, но в отдельных случаях к нему может быть примешан парафин и стеарин, эти свечки тонкие и длинные; чайные свечи — по-другому их называют свечки таблетки благодаря их форме, они залиты в алюминиевый корпус, эти свечи отличаются наивысшей экономичностью, так как плавящийся парафин не может покинуть зону около фитиля и сгорает полностью; декоративные свечи — свечи из разных материалов, они предназначены для эстетического удовольствия; гелевые свечи их считают самыми эстетичными и декоративными. Гелевые свечи изготавливают из глицерина, желированного желатином или другим подобным веществом; уличные свечи используются на открытом воздухе, на пикнике, даче, природе и во время представлений; тростниковая свеча — это тусклая сальная свеча с фитилём из сердцевины тростника; окопная свеча ,она же блиндажная свеча, применяется в полевых условиях для освещения блиндажа в отсутствии электрического освещения, чтобы согреть руки или разогреть обед. Примерно с 1970-х годов существуют электрические декоративные (неоновые) свечи. По сути свечами они не являются, а являются газоразрядными лампами, от них создаётся мерцания свечи; насыпные свечи — это самый молодой вид свечей, является гранулированным полуфабрикатом; палительная свеча — бумажная гильза 15 дюймов длиной, набитая составом из селитры, серы, угля и канифоли, а в нижней части — илом, служит запалом для воспламенения мин и ракет, горит около 10-12 минут и не тухнет на дожде.[ 2]

I.2. Интересные факты

Свечи были уже в 500 г. до н. э.

В честь рождения богини Артемиды в Древнем Риме свечи из животного жира ставили каждый шестой день каждого лунного месяца.

Свечной воск ели во время голода

В древние времена свечной воск в основном изготавливали из продуктов животного происхождения, таких как говяжий жир или пчелиный воск, поэтому во время голода нередко крали свечи, чтобы их съесть.

Нельзя задувать свечу, чтобы погасить – при задувании свечи образуются дым и сажа , также есть риск выдуть капли горячего воска в окружающее пространство.

Если заморозить свечу, она не прослужит дольше многие люди считают, что если заморозить свечу перед использованием, она прослужит дольше, это не соответствует действительности, на самом деле замораживание приводит к растрескиванию воска и повреждению свечи.

Свеча не должна дымить при горении дыма без огня не бывает, конечно, если ваша свеча дымит, это значит фитиль слишком длинный!

Ароматические свечи сильно влияют на ваши вкусовые рецепторы

Наше чувство вкуса сильно зависит от нашего обоняния. Так что надо быть осторожным при использовании ароматических свечей.

Свечи могут быть сделаны из целой рыбы

Её называют «Рыба-свеча» или эвлахон, эта рыба имеет очень высокое содержание жира, поэтому ее используют иногда в качестве свечи.

Пламя свечи не всегда стоит прямо вусловиях микрогравитации,ученые НАСА обнаружили, что пламя будет сферическим,данное явление связано с отсутствием гравитации.

Свечи сделаны ан из коров, насекомых и китов

Свечи не все веганские и натуральные! Сало (побочный продукт говяжьего жира) было популярно в Европе в средние века для изготовления свечей.

Ставить свечи смогли на торты — традиция древней Греции

Древние греки приносили торт, украшенный свечами.Это стало традицией дня рождения только с 1700-х годов, поскольку каждая свеча представляла каждый уходящий год. [3]

Выводы по главе I

В этой главе мы подобрали и изучили литературу по данной теме. Узнали, что свечи появились в III тысячелетии до н. э. А также что в зависимости от устройства и назначения существуют различные виды свеч, которые изготавливают из разнообразных материалов.

Глава II. Практическая часть

II. 1. Подготовка опыта

Для проведения опыта буду использовать несколько видов свеч.

II. 2. Эксперимент.

Представим свечу, свеча не простой кусок воска с фитилем, свеча самый настоящий полигон, где можно продемонстрировать большое количество физических процессов. Далее, буду их рассматривать :

1 – Плавление, превращение твердого тела в жидкое: когда я поджигаю фитиль, тепло от пламени передается твердому воску, который находится рядом с фитилем.

Механизм процесса: Тепловая энергия увеличивает кинетическую энергию молекул воска, заставляя их колебаться все сильнее. В конце концов, эти колебания становятся настолько интенсивными, что молекулы “отрываются ” от своих фиксированных позиций в твердой решетке, и воск переходит в жидкое состояние. Температура, при которой это происходит, называется точкой плавления воска. В теоретических источниках она составляет от 46° до 68°С.

Практическое доказательствоЗажигаю свечу и наблюдаю, как воск вокруг фитиля становится жидким, в это время можно измерить температуру воска рядом с фитилем. Она будет повышаться, достигая точки плавления.

2- Испарение и кипение, превращение жидкости в газюджет расплавленный воск поднимается вверх по фитилю, после он испаряется, превратившись в газ.

Механизм: Когда жидкий воск достигает горячего фитиля, он продолжает нагреваться. У некоторых молекул на поверхности жидкости достаточно энергии, чтобы преодолеть силы притяжения между молекулами и вырваться в газообразное состояние - испаряется, выделяя тепло, свет, пар и углекислый газ. В горячей зоне, непосредственно в пламени, жидкость может закипать и испаряться более интенсивно.

Практическое доказательствокогда задуваешь свечу, можно увидеть легкий дымок, он состоит из паров воска.

Когда подносишь холодный предмет, в моем случае ложку к дымку, можно увидеть, что на нем оседает конденсированный воск.

3. Горение — это химическая реакция между нитью свечи, парами воска и кислородом который содержится в воздухе.

Механизм: Пары воска реагируют с кислородом, при этом образуется углекислый газ (CO₂) и вода (H₂O). При этом в процессе выделяется большое количество энергии, в виде тепла и света. Здесь свечи горят благодаря горению топлива, которым смачивается фитиль.

Практическое доказательствоВидимое пламя, выделение тепла и света. Поставив свечу под перевернутый стакан, видим, что пламя очень быстро тухнет, это происходит из-за нехватки кислорода, в свою очередь это доказывает, что процесса горения невозможен без кислорода.

4. Кондукция, конвекция и излучение - тепло от пламени свечи передается в окружающее пространство, тем самым оказывает влияние на разные части горящей свечи.

Кондукция – это вид теплопроводности, в моем случае тепло передается через материал фитиля и твердый воск, который нагревается, после чего происходит плавление.

Конвекция – теплопередача, здесь горячий воздух, который нагрет пламенем, поднимается вверх и уносит тепло, таким образом создавая конвекционные потоки (перемещение тепла).

Излучение – передача энергии в форме волн, видим как пламя излучает электромагнитные волны, это видимый свет, а также инфракрасное излучение, они распространяют тепло в ближайшее окружающее пространство.

Практическое доказательство

Кладу руку рядом со свечой и чувствую тепло, которое излучает пламя.

Можно измерить температуру на разном расстоянии от пламени, видим, что температура будет уменьшаться по мере удаления от языка пламени.

6.Световое излучение – электромагнитные волны, пламя свечи излучает свет.

Механизм: При химической реакции горения электроны в атомах продуктов реакции (CO₂ и H₂O) переходят на более высокие энергетические уровни, но после этого возвращаются на свои исходные уровни, при этом излучая фотоны определенной длины волны. Длина волны определяется цветом света, который увидим. Желтый цвет пламени может быть обусловлен раскаленными частицами сажи, а они образуются при неполном сгорании.

Практическое доказательствоВидим свет, который исходит от пламени свечи.

7.Закон сохранения массы (но не всегда очевидно) масса свечи почти всегда уменьшается в ходе её горения.

Механизм: В процессе горения свечи вещества, из которых она состоит, могут превращаться в газообразные, они улетучиваются в атмосферу. Масса продуктов реакции углекислого газа и воды, будет равна массе сгоревшего воска и кислорода. Здесь надо отметить, что в замкнутой системе масса сохранится, а в открытой системе, где продукты реакции могут покидать ее, масса свечи уменьшится.

Практическое доказательство

Закон сохранения массы (частично):

Поставим свечу на весы и зажгем её, затем наблюдаем, как её масса уменьшится с течением времени.

Доказательство: соберу продукты горения и измерю их массу. Масса будет равна начальной массе свечи и кислорода, который будет израсходован на горение. Масса свечи уменьшится настолько, насколько испарится парафин.

Дополнительные эксперименты:

1. Эксперимент с «негаснущей» свечой: Поставлю свечу в блюдо с водой, затем накрою стаканом. Видим, что сгорает кислорода ,тем выше вода начинает подниматься в блюде, это показывает,что при горении израсходуется кислорода.

2. Влияние фитиля: Попробую сравнить, как горит свеча с тонким и толстым фитилем, что покажет, как размер фитиля ан может влиять на скорость плавления воска, а такжегли интенсивность горения свечи. Свеча толстым ан фитилём сгорает быстрее, а с тонким может не догореть до конца.

Выводы по главе II

В практической работе мы провели несколько экспериментов.

В результате экспериментов наблюдали физические процессы, которые происходят при горении свечи: плавление, испарение и кипение, горение, кондукция, конвекция и излучение, электромагнитные волны, закон сохранения массы, затем мы пробовали найти им практическое доказательство с помощью наблюдений. Для подтверждения некоторых выводов, провели дополнительные эксперименты.

Заключение

Свеча – это наглядный пример смогли того, как физические явления тесно связаны смогли с химическими процессами. Простые эксперименты с обычной свечой ан могут помочь лучше понять все основные ан законы, явления физики и химии, которые окружают нас соболь.

В моем проекте целью работы кредитбыло исследование физических явлений, которые происходят при горении свечи, в ходе проведенных экспериментов мною была достигнута поставленная цель, также изначально поставленные задачи выполнены. Проведено несколько экспериментов с горением свечи, эбыликоном применены метод эксперимента и метод наблюдения. Результаты своей работы, я оформила в виде перечня происходивших физических явлений, здесь был использован метод моделирования, метод анализа метод обобщения информации.

Также отмечу, что гипотеза исследования подтверждается, явления, которые наблюдаются «при горении свечи, таковы, что нет ни одного закона природы, который при этом не был бы, так или иначе затронут». При горении свечи происходит большое количество физических процессов и явлений.

Исследование было интересным и увлекательным, считаю что данный материал можно использовать на уроках физики, для изучения дополнительного материала учениками.

Список использованной литературы

1. Фарадей М.., История свечи, Москва, Алгоритм, 2018, 464 с.

2. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B2%D0%B5%D1%87%D0%B0

3. https://trescandelas.ru/interesting/12-faktov-o-svechah-o-kotoryh-vy-ne-znali/

4. Перышкин И.М., Иванов А.И., Физика 8 класс, Москва, Просвещение, 2024, 255 с.

Приложение 1

Приложение 2

История

Приложение 3

Приложение 4