Чудеса воды

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Ермаковская средняя общеобразовательная школа №1»

 Исследовательская работа

«Чудеса воды»

                                                                                                    Выполнила:

                                                                                                    обучающаяся 7 класса

                                                                                                    Яковлева Юлия

                                                                                                   Руководитель:

                                                                                                   Титяева Наталья Петровна

                                                                                                   учитель физической культуры

с. Ермаковское, 2017 год

Оглавление.

Введение………………………………………………………………………………………...3

Глава 1. Обзор литературы.

      1.1.Вода в нашей жизни…………………………………………………………… ……4

1.2.  Свойства воды……………………………………………………………………….4

1.3.  Эффект Мпембы………………………………………………………….........…… 5

Глава 2. Проведение эксперимента…………………………………………………………6

Выводы…..……………………………………………………………………………………..6

Список используемой литературы………………………………………………………….7

Приложение 1………………………………………………………………………………….8

ВВЕДЕНИЕ

Мы часто задумываемся над тем, что нас окружает в нашей жизни: почему сделано именно так? Когда было сделано? Кем придумано? Откуда берёт начало? Как работает? Такова природа человечества, что непременным условием его жизни было и будет стремление к постижению неизведанного.

Не   так   давно   я   увидела  интересную   передачу   по   телеканалу РЕН ТВ.  В  ней  говорилось  о  том,  что  горячая  вода  при  отрицательной температуре  замерзает  быстрее холодной. Казалось бы, горячая жидкость не должна  замерзать  раньше. Ведь её температура должна сначала сравняться с температурой холодной жидкости.  Меня очень заинтересовало это явление. Я спросила мнение родителей, почитала справочную литературу, посмотрела в Интернете. Сведений об этом явлении я нашла немного. Мне захотелось самой проверить так ли это, тем более для этого необходимы лишь вода, несколько поленьев, да снег. Результаты моего опыта легли в основу данной исследовательской работы.

Проблема: действительно ли  горячая  вода  при  отрицательной температуре  замерзает  быстрее холодной.

Таким образом, цель моей исследовательской работы -  подтверждение факта, что горячая  вода  при  отрицательной температуре  замерзает  быстрее холодной и выявление условий, при которых этот процесс происходит быстрее.

Задачи

1. Проанализировать имеющуюся по данному вопросу литературу.
2. Изучить некоторые свойства воды.
3. Провести опыт с горячей и холодной водой.

Объект исследования:  вода.

            Предмет исследования: замерзание горячей воды при отрицательной температуре.

Гипотеза: если горячая  вода  при  отрицательной температуре  замерзает  быстрее холодной, то возможно  на этот процесс влияет снег.

            Методы исследования:  анализ, сравнение, выводы.

ГЛАВА 1. Обзор литературы.

1. 1. ВОДА В НАШЕЙ ЖИЗНИ

Вода –  основа жизни на Земле, вещество привычное и необычное. Ученые абсолютно правы: нет на Земле вещества более важного для нас, чем обыкновенная вода. Почти  3/4 поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки и озера.

Велика роль воды в жизни на Земле. Живые организмы нашей планеты приспособились ко всяким условиям: к полному мраку, к жаре, к холоду. Но ни одно живое существо не может обходиться без воды. Все растения и животные содержат в себе воду, да и наше собственное тело на три четверти состоит из воды. Каждый человек пользуется водой для приготовления пищи и других бытовых нужд, для промышленных предприятий, для выращивания растений и животных. Человек выделяет воду из организма, когда потеет, дышит и ходит в туалет. Человеку для нормальной работы всего организма и хорошего самочувствия необходимо выпивать около  1 литра воды в день. Без воды человек может прожить не больше трех дней. [3, 18]

1. 2. СВОЙСТВА ВОДЫ

        Так что же такое вода? Вода – это химическое вещество, которое имеет свои свойства. С некоторыми свойствами воды мы уже знакомы. Давайте вспомним их.

Свойства воды: прозрачная, бесцветная, без вкуса и без запаха,  текучая, может находиться в трех состояниях: жидком, твердом и газообразном, может переходить из одного состояния в другое.

           Когда вода сильно охлаждается, она превращается в твердое вещество - лед. А растаяв, лед снова становится водой.

        Известно, что при длительном нагревании вода закипает. Температура кипения воды равна ста градусам. Кипящая вода используется в быту и на производстве. Горячую воду в природе можно встретить в гейзерах.

Достигнув температуры 100 градусов, вода закипает и крохотные пузырьки поднимаются к поверхности, лопаются, и высвобождается пар. При нагревании и кипячении над водой поднимается пар – происходит испарение. Испарение – это превращение жидкой воды в газообразную. Испарение происходит при любой температуре, но при более высокой испарение протекает быстрее. Например: лужи после дождя высыхают и жарким летом и холодной осенью, но летом высыхают быстрее чем осенью. [3, 17]

Пар, встретившись с чем-либо холодным, остывает и тогда снова превращается в капли воды. Происходит превращение газообразной воды в жидкую. Этот процесс называется конденсацией. Конденсация – это превращение водяного пара в воду. [3, 17]

С конденсацией водяного пара мы встречаемся в повседневной жизни. Летним вечером или ранним утром, когда воздух холоднее, выпадает роса. Это водяной пар, находящийся в воздухе, при охлаждении оседает на траве, листьях и других предметах в виде маленьких капелек воды. Облака также образуются в результате конденсации водяного пара. Поднимаясь над землей и водоемами в верхние, более холодные слои воздуха, этот пар и образует облака, состоящие из маленьких капелек воды. Если температура воздуха достаточно низкая, то капельки воды замерзают. Из таких облаков выпадает снег, а иногда и град. [6]

1. 3. ЭФФЕКТ МПЕМБЫ

Эффект Мпембы (Парадокс Мпембы) — парадокс, который гласит, что горячая вода при некоторых условиях замерзает быстрее, чем холодная, хотя при этом она должна пройти температуру холодной воды в процессе замерзания. Данный парадокс является экспериментальным фактом, противоречащим обычным представлениям, согласно которым при одних и тех же условиях более нагретому телу для охлаждения до некоторой температуры требуется больше времени, чем менее нагретому телу для охлаждения до той же температуры. [5]

Оказывается,  над   вопросом,  почему горячая вода  замерзает быстрее холодной, задумываются ученые уже много лет. Этот феномен замечали в своё время Аристотель, Френсис Бэкон и Рене Декарт, однако лишь в 1963 году танзанийский школьник Эрасто Мпемба установил, что горячая смесь мороженого замерзает быстрее, чем холодная. [1, 48]

Эрасто Мпемба из Танзании, будучи учеником средней школы, возможно, не знал о своих великих предшественниках. Однако современный этап этого многотысячелетнего спора начался именно с того наблюдения, которое он сделал в 1963 году. Более того, обсуждаемое явление так и называется «эффект Мпембы». Опыт же состоял в следующем. Во время школьной лабораторной работы ученики должны были приготовить мороженое: вскипятить молоко, охладить и затем поместить его в холодильник. Опасаясь, что времени для выполнения задания ему не хватит, Мпемба поставил в холодильник ещё горячее молоко, а потом обнаружил, что оно застыло раньше, чем порции мороженого, сделанные его коллегами. [1, 49]

Эрасто заинтересовался этим необычным явлением и проверил его на обычной воде. Результаты оказались аналогичными: кипяток замерз быстрее воды комнатной температуры.

Он обратился за разъяснениями к учителю физики, но тот лишь посмеялся над учеником, сказав следующее: «Это не всемирная физика, а физика Мпембы». Этот же вопрос Мпемба задал приехавшему в школу Деннису Осборну, профессору физики. Проведенная экспериментальная проверка подтвердила наличие эффекта, но не дала его объяснения. Об этом узнали физики, появились статьи в журналах. Про молоко стали постепенно забывать, и речь пошла в основном о воде. [2, 100]

До сих пор никто точно не знает, как объяснить этот странный эффект. У учёных нет единой версии, хотя существует много. Всё дело в разнице свойств горячей и холодной воды, но пока не понятно, какие именно свойства играют роль в этом случае: разница в переохлаждении, испарении, формировании льда, конвекции или воздействии разжиженных газов на воду при разных температурах. [1, 49]

ГЛАВА 2. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА

Материалы: восемь поленьев одинакового размера, 2 ведра по пять литров.

Описание: выкладываем поленья на снег и делаем бортики двух каркасов, одинакового размера, расстояние друг от друга составляет один метр, вокруг поленьев плотно укладываем снег. Нальем пять литров кипяченой холодной воды с температурой 20º С в один из построенной коробки, а в другой нальем пять литров горячей кипяченой воды с температурой 100º С. Засекаем время.  Эксперимент проводился 5 февраля. На улице температура воздуха — 210 С. В ходе эксперимента  записывала результаты в таблицу: первое появление льда на дне, на поверхности и полное замерзание воды. В первой коробке с горячей водой вода замерзла полностью через два часа двадцать минут, а в другом только покрылась ледяной корочкой. 

Вывод: горячая вода замерзла раньше холодной (Приложение 1)

        При отрицательной температуре горячая вода замерзла быстрее, чем холодная.  Для быстрого замерзание  дно должно быть широким и касаться замораживающей поверхности, наличие снега, тогда вода быстрее замерзнет.

ВЫВОДЫ

        В  работе я рассмотрела роль воды в нашей повседневной жизни. Затем изучила свойства воды. Познакомилась с эффектом Мпембы.

Чтобы выяснить, какая вода замерзает быстрее при отрицательной температуре, я провела опыт. В опыте я брала одинаковое количество воды. Температура холодной и горячей воды была 20ºС и 100ºС соответственно.

Факт, что горячая вода при отрицательной температуре замерзает быстрее холодной, подтвердился. Я предполагала так же, что на это может влиять снег. В результате проведенного опыта выяснила, что  горячая вода замерзает быстрее холодной, но для этого необходима  поверхность и наличие снега. Таким образом, цель исследовательской работы была достигнута.

При проведении опыта мной замечен интересный факт: вода испарялась, значит объем горячей воды уменьшался  Думаю, что это может быть одной из причин, которые влияют на скорость замерзания воды, ведь меньшему количеству воды необходимо меньшее количество времени для замерзания.

 Удивительное свойство воды, случайно открытое Мпембой, мы можем использовать в нашей жизни.  Думаю, если каток или детскую горку заливать горячей водой, то они быстрее замерзнут.

Если вы надумали помыть свой автомобиль зимой, то лучше не делать это горячей водой, иначе отдельные части машины могут замерзнуть, например, дверные ручки или дворники.

Сладкоежки могут приготовить фруктовый лед, мороженое в домашних условиях из горячих напритков, при этом затратив меньше времени.  

«Эффект Мпембы» помогает сэкономить наше время.

Очень хотелось бы, чтобы ученые пришли к единому мнению и нашли причину такого интересного явления. Возможно, это привело бы к новым открытиям и еще больше упростило нашу жизнь.

Я планирую в дальнейшем продолжить исследование. Направления могут быть разные: замораживание жидкостей, в состав которых входит вода (например, фруктовые напитки, газированные жидкости и др.), замораживание молока, опыты с изменением температуры жидкостей, температуры замораживающей поверхности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Болл Ф., Глядя в замерзшую воду//Знание – сила, 1997, № 10
2. Гольдфаин И.У., Околонаучный испорченный телефон//Химия и жизнь, 2005, № 10
3. Краснова М. Обо всем на свете от А до Я. – М. Махаон. – 2008. – 160 с.
4. Халиманович А.А., Человек и мир. – Минск. Рассвет. -  2009. – 142 с.

5. www.o8ode.ru/article/tawa/mpemba.htm

6. www.festival.1september.ru/articles/314045/

ТАБЛИЦА 1

ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА