IV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
СОСУД ДЬЮАРА И ОГРОМНЫЙ ЛЕТАЮЩИЙ ТЕРМОС
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Однажды осенью я была со своим классом на олимпиаде «Музеи, парки, усадьбы Москвы». Было холодно и мы устроили пикник с горячим чаем из термосов. Перед этим мы гуляли несколько часов, но чай при этом все равно был очень горячий. Мне стало очень интересно, как же работает термос?
В интернете я нашла информацию о том, что термос изобрел Джеймс Дьюар (рис. 1.)
Рис. 1. Джеймс Дьюар
Джеймс Дьюар — это шотландский физик и химик, который в 1881 году изобрел сосуд Дьюара, или в быту — термос. Благодаря этому изобретению он смог получить очень холодный жидкий водород! [1].
Цель работы:
1. Сравнить работу термоса и обычной банки.
2. Разобраться как работает термос.
3. Найти примеры термосов в естественной природе.
Основная часть
Опыт с термосом
Подготовка к эксперименту
Рис. 2. Предметы для эксперимента.
Для проведения эксперимента нам понадобились — термос, алюминиевая банка, чайник с кипятком, специальный градусник с диапазоном измерений от -10 до 110 градусов по Цельсию, секундомер, лабораторный журнал, молоток с керном, микро-дрель и пила. Данные предметы изображены на рис. 2.
Мы налили кипяток из чайника в термос и стали измерять температуру в термосе каждые 30 минут, как изображено на рис. 3.
Рис. 3. Измерение температуры воды в термосе.
Все измерения мы заносили в лабораторный журнал (рис. 4). В начале у воды была температура 95 градусов. За 12 часов температура упала до 50 градусов. Вода остывала очень медленно!
Рис. 4. Протокол эксперимента по измерению температуры в термосе.
Опыт с алюминиевой банкой
Для того, что бы сравнить, как будет вести себя вода не в термосе, а в другой посуде, мы взяли алюминиевую банку и перелили кипяток из термоса в неё, что бы у воды был тот же объём (рис. 5.)
Рис. 5. Подготовка эксперимента по измерению температуры воды в алюминиевой банке.
Затем мы провели аналогичные измерения и занесли данные в наш лабораторный журнал (рис 6).
Рис. 6. Протокол эксперимента по измерению температуры в алюминиевой банке.
В этом случае температура воды упала до 50 градусов всего за один час. Это очень быстро! Разница с термосом составила 11 часов!
3. Испорченный термос
Что бы понять, откуда берется такая разница, мы решили немного «сломать» наш термос. Для этого мы сняли его крышку с донышка (рис. 7).
Рис. 7. Снятие крышки с донышка термоса.
Молотком и керном сделали углубление, что бы сверло не соскальзывало, (рис. 8) и начали сверлить отверстие в корпусе термоса.
Рис. 8. Подготовка термоса к просверливанию отверстия
Когда мы просверлили отверстие (рис. 9.), то раздался звук, входящего в термос воздуха.
Рис. 9. Просверленное отверстие в термосе.
Далее мы повторили наш эксперимент. В этом случае температура воды опустилась до 50 градусов всего за три часа (рис. 10).
Рис. 10. Протокол эксперимента по измерению температуры в испорченном термосе.
Наш термос стал похож на обычную алюминиевую банку! Нам стало интересно, как же он устроен, и мы решили его распилить!
4. Устройство термоса
После того как мы распилили термос, мы увидели, что он состоит из двух сосудов (рис. 11).
Рис. 11. Устройство термоса.
Один — внутренний, а другой - внешний, который мы видим. Между сосудами находится пространство, в котором находится вакуум. Именно вакуум и не даёт холодному стать теплым, а горячему остыть потому, что вакуум это пустота и через него тепло или холод не проходят! Так же у внутреннего сосуда зеркальные стенки, которые отражают тепловое излучение горячей жидкости.
5. Сравнение динамики остывания разных сосудов
Для того, что бы наглядно представить разницу во времени остывания термоса, алюминиевой банки и испорченного термоса, наши данные из лабораторного журнала мы занесли в электронные таблицы в компьютере. По этим данным мы построили график зависимости температуры от времени в наших трех экспериментальных сосудах. Он представлен на рис. 12.
Рис. 12. График зависимости температуры от времени в трех экспериментальных сосудах.
Как видно из данного графика, все три сосуда вначале эксперимента имели практически одинаковую температуру около 95 градусов. Однако, алюминиевая банка остыла до 50 градусов очень быстро, за 1 час. При этом исправный термос остывал до 50 градусов очень долго, а именно целых 12 часов! А испорченный термос был близок к алюминиевой банке и остыл до 50 градусов всего за 2,5 часа. Исходя из этого, можно сделать вывод, что именно наличие вакуума между двумя сосудами в термосе является причиной такого его долгого остывания.
6. Огромный летающий термос
Как вы думаете, какой самый большой термос всегда рядом с нами? Этот термос — наша земля! Взгляните на схематичное изображение земли на рис. 13. [2].
Рис. 13. Строение земли
В самом центре Земли, в земном ядре температура достигает от 4000 до 5000 градусов по Цельсию. Мантия имеет температуру около 3500 градусов. Возле земной коры температура около 1000 градусов (рис. 14) [3].
Рис. 14. Температура разных слоев земли.
Дальше идет очень тонкая, по сравнению с самой Землей литосфера и земная кора, на поверхности которой температура совсем не зависит от того, что внутри Земли! Таким образом, литосфера и земная кора хранят температуру внутри Земли, и является стенками огромного летающего термоса!
Заключение
1. Мы исследовали работу термоса и сравнили его с обычной алюминиевой банкой.
2. Мы изучили внутреннее устройство термоса и установили, что вакуум является необходимым условием сохранения температуры в термосе!
3. Мы нашли пример «естественного» термоса в нашей солнечной системе!
Список использованных источников и литературы
Ресурс о Джеймсе Дьюаре https://ru.wikipedia.org/wiki/Дьюар,_Джеймс
Ресурс о строении Земли http://mypresentation.ru/presentation/mesto_zemli_v_kosmose__prezentaciya_po_astronomii_
Ресурс о температуре внутри Земли https://kopilkaurokov.ru/geografiya/uroki/vnutriennieie-stroieniie-ziemli-litosfiera