V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Удивительное превращение жидкости в лед
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
С самого детства я очень люблю кататься на коньках. Коньки это моё основное увлечение. Это очень интересно и весело. Встал на лёд и покатился. Именно поэтому я и решил взять тему лед.
Я решил исследовать, как самому сделать лед в домашних условиях из различных ингредиентов.
В своём исследовании я решил заморозить холодную воду, горячую воду, а также молоко и понаблюдать, что именно заморозится быстрее.
Цель исследования: определить, какая из жидкостей превратится в лёд быстрее, а какая будет замораживаться дольше всего.
Задачи исследования:
Изучить и проанализировать литературу про лёд.
Самому в домашних условиях получить лед из холодной воды, горячей воды и из молока.
Провести сравнительный анализ скорости заморозки этих ингредиентов.
Сделать выводы о скорости их замерзания.
Объект исследования: Жидкость
Предмет исследования: Превращение жидкости в лед
Гипотеза: я считаю, что в первую очередь превратится в лёд горячая вода, потом молоко и в самую последнюю очередь заморозится холодная вода.
Методы исследования: чтение и анализ литературы по теме исследования: наблюдение, эксперимент, анализ полученных результатов.
исследования; наблюдение, беседа, экскурсия, опыты, эксперименты,
демонстрация, анализ полученных результатов.
Исследование проходило в несколько этапов:
1 этап: изучение литературы по проблеме.
2 этап: проведение практических опытов.
3 этап: анализ и обобщение опытно-экспериментальной работы, оформление исследовательской работы.
Практическая значимость исследования: мы надеемся, что данная работа будет интересна и полезна:
- детям - при изучении школьной программы по окружающему миру и литературе;
- педагогам - при подготовке к урокам;
- родителям – для интересного общения в семейном кругу и оказания помощи детям при подготовке к урокам.
Основная часть
Определение понятий жидкость и лёд в научной литературе
Жидкость - одно из физических состояний вещества. Основным свойством жидкости, отличающим её от других агрегатных состояний, является способность неограниченно менять форму под действием механических напряжений, даже сколь угодно малых, практически сохраняя при этом объём[6].
Жидкое состояние обычно считают промежуточным между твёрдым телом и газом: газ не сохраняет ни объём, ни форму, а твёрдое тело сохраняет и то, и другое.
Молекулы жидкости не имеют определённого положения, но в тоже время им недоступна полная свобода перемещений. Между ними существует притяжение, достаточно сильное, чтобы удержать их на близком расстоянии.
Вещество в жидком состоянии существует в определённом интервале температур, ниже которого переходит в твердое состояние, происходит кристаллизация иными словами лёд.
Лёд - это вода в твёрдом агрегатном состоянии. Он представляет собой воду в кристаллическом состоянии. Кристаллическая структура льда похожа на структуру алмаза. Лёд бесцветен, в больших скоплениях он приобретает синеватый оттенок. Блеск стеклянный, прозрачный[1].
Рис. 1
Лёд образуется в основном в водных бассейнах, при понижении температуры воздуха. На поверхности воды при этом появляется ледяная каша, сложенная из иголочек льда. Снизу на неё нарастают кристаллики льда. Таким образом, спустя некоторое время это всё превращается в лёд.
Какая жидкость способна превратиться в лед?
Для нашего исследования, какая же жидкость превратиться в лед быстрее, необходимо изучить такие жидкости как горячая и холодная вода и молоко.
Вода - это особенное вещество со свойственными только ей уникальными особенностями. Вода обладает самой высокой теплоёмкостью среди всех остальных жидкостей. Именно это свойство и позволяет воде быть одним из лучших существующих средств в борьбе с огнем. Есть одна интересная особенность у горячей воды - она намного быстрее может потушить огонь, чем холодная вода. А дело тут в том, что горячая вода намного быстрее превращается в пар, чем холодная, а соответственно пар быстрее отсечёт доступ кислорода к горящему объекту[3].
Вода для нас - это самое привычное и простое вещество. В то же время она таит в себе множество загадок.
Воду из-под крана пить нельзя. В этом случае необходимо отстаивать эту воду в течении ночи, а потом её прокипятить, а есть ещё один интересный способ очистить воду из-под крана – это её заморозить, только сначала её тоже нужно отстоять.
Молоко - это питьевая жидкость, вырабатываемая молочными железами самок млекопитающих. Молоко - многокомпонентная полидисперсная система, в которой все составные вещества находятся в тонкодисперсном состоянии, что обеспечивает молоку жидкую консистенцию. Из молока можно выделить следующие составные части: воду, сухое вещество и газы[4].
Лёд в жизни человека и природы
Значение льда трудно недооценить. Лёд оказывает большое влияние на условия обитания и жизнедеятельности растений и животных, на разные виды хозяйственной деятельности человека. Покрывая воду сверху, лед играет в природе роль своего рода плавучего экрана, защищающего реки и водоемы от дальнейшего замерзания и сохраняющего жизнь подводному миру. Если бы плотность воды увеличивалась при замерзании, лед оказался бы тяжелее воды и начал тонуть, что привело бы к гибели всех живых существ в реках, озерах и океанах, которые замерзли бы целиком, превратившись в глыбы льда, а Земля стала ледяной пустыней, что неизбежно привело бы к гибели всего живого[2].
Лёд может вызывать ряд стихийных бедствий с вредными и разрушительными последствиями - обледенение летательных аппаратов, судов, сооружений, дорожного полотна и почвы, град, метели и снежные заносы, речные заторы с наводнениями, ледяные обвалы и др. Прогнозирование, обнаружение, предотвращение вредных явлений, борьба с ними и использование льда в различных целях (снегозадержание, устройство ледяных переправ, изотермических складов, облицовка хранилищ, льдозакладка шахт и т.п.) представляют предмет ряда разделов гидрометеорологических и инженерно-технических знаний (ледотехника, снеготехника, инженерное мерзлотоведение и др.), деятельности специальных служб (ледовая разведка, ледокольный транспорт, снегоуборочная техника, искусственное сбрасывание лавин и т.д.).
Природный лёд используется для хранения и охлаждения пищевых продуктов, биологических и медицинских препаратов, для чего он специально производится и заготавливается[5].
Исследовательская часть
Организация исследования
Для организации исследования необходимо следующее:
Взрослые, так как предстоит работа с горячей водой, если проводить эксперимент без взрослых, то можно получить ожог.
Помещение, стол, вода холодная и горячая, молоко и формы для заморозки.
Холодильник для заморозки.
Часы, для отслеживания времени.
Опытно - экспериментальное исследование
Исследование было проведено в нашей квартире. Для этого нам понадобилась холодная вода, горячая вода и молока, а также форма для заморозки.
Для того чтобы узнать что всё-таки превратится в лёд быстрее, я взял формочки для заморозки и заполнил их жидкостью. В одну я налил холодную воду, в другую, горячую и в третью молоко.
Рис. 1.
Рис. 2. Жидкость в формах для заморозки.
И отправил всё это в морозилку.
Как оказалось, сделать лёд это не так уж и быстро. Только через полтора часа я увидел небольшие изменения.
Рис. 3. Холодная жидкость в формах для заморозки.
Пока мне не совсем ещё было понятно, что же превратится в лёд быстрее, так как все виды моей жидкости были просто покрыты небольшой корочкой льда.
Но я не расстраивался, потому что был уверен, что совсем скоро я всё увижу и отправил мои формочки опять в морозилку.
Подождав ещё пол часа, я с нетерпением опять всё достал. Вот теперь уже что-то стало понятно. Я очень удивился, но явно было видно, что молоко, про которое я бы никогда не подумал, замерзает быстрее воды. А вот про воду пока ещё сложно что-то сказать. Придётся подождать ещё немного.
Рис.4. Образование льда
После того, как я подождал ещё полтора часа, я опять достал формы. Теперь всё застыло, и я расстроился, как же я теперь узнаю, какая вода превратилась в лёд быстрее, холодная или горячая? Я достал образцы из формочек и начал их разглядывать. Молоко, действительно застыло быстрее, а вот в образцах воды я увидел разницу: образец с горячей водой полностью заморозился, а вот в образце с холодной водой, если приглядеться, можно ещё увидеть плавающие пузырьки воздуха. Это значит, что холодная вода, не полностью застыла.
Рис. 5. Превращение в лед молока, горячая вода
Моя задача превратить в лед все жидкости. И я опять отправил всё в морозилку. Подождал ещё пол часа. И вот теперь всё застыло.
Рис. 6. Жидкость превратилась в лёд
После проведения опыта, я сделал таблицу по скорости превращения такой жидкости, как горячая, холодная вода и молоко.
Таблица 1. Превращение жидкости в лёд
|
№ |
Название жидкости |
Время заморозки 2 часа |
Затраченное время |
|
1. |
Горячая вода |
2-ое место |
3,5 часа |
|
2. |
Холодная вода |
3-ье место |
4 часа |
|
3. |
Молоко |
1-ое место |
3,5 часа |
Анализируя данную таблицу можно сделать вывод о том что:
Затраченное время для превращения молока в лёд составляет 3,5 часа. Это объясняется тем, что влага, содержащаяся в молоке замерзает при более низких температурах, обладает меньшей способностью растворения, меньшей теплоёмкостью, повышенной плотностью.
Столько же времени понадобится и для полного замерзания горячей воде. Горячая вода быстрее испаряется, уменьшая тем самым свой объем, а меньший объем воды с той же температурой замерзает быстрее. Замерзание происходит снизу.
Чтобы заморозить холодную воду, необходимо ровно четыре часа. Холодная вода начинает замерзать сверху, ухудшая тем самым процесс замерзания.
Заключение
Любая жидкость способная превратиться в лед, когда происходит понижение температуры.
Лёд образуется в основном в водных бассейнах, при понижении температуры воздуха. На поверхности воды при этом появляется ледяная каша, сложенная из иголочек льда. Снизу на неё нарастают кристаллики льда. Таким образом, спустя некоторое время это всё превращается в лёд.
Моя гипотеза о том, что в первую очередь превратится в лёд горячая вода, потом молоко и в последнюю очередь холодная вода подтвердилась частично.
Проведя моё исследование, теперь я точно знаю, что в одинаковых условиях заморозки в первую очередь превратится в лёд горячая вода и молоко. Им для этого понадобилось 3,5 часа. А вот холодная вода превратиться в лёд в таких же условиях через четыре часа.
Список литературы
- Маэно Л. Наука о льде. Мир, 1988
- Шавлов А.В. Лёд при структурных превращениях. Наука,1996
- Арабаджи В. Загадки простой воды.
- Молочная промышленность//Энциклопедия «Кругосвет».
- Электронный ресурс: [https://yunc.org/ЛЁД юнциклопедия].
- Антонченко В.Я. Физика воды. - Киев: Наукова думка, 1986.
- Лурье А.И. Вода – бесценный дар. – Харьков: Прапор, 1990.