Проект по теме " Секрет термоса"

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение лицей №4

« Секрет термоса»

секция «Физика. Техника»

Выполнила:

Алыков Марат, 11 лет

Руководители:

Алыкова Л.В.

учитель физики

2014 год

г. Коломна

Оглавление.

                                                                                                                          Страницы

I.  Введение.                                                                                                              3    

II. Основная часть.                                                                                                  4-11

        1. Введение понятий теплопроводность, конвекция, излучение               4-5

        2. Экспериментальная часть.                                                                         6-11

        3. Изготовление самодельного термоса                                                        11

III. Заключение.                                                                                                       12

IV. Литература.                                                                                                        13

Введение

По выходным я с семьей  люблю ходить кататься на лыжах и всегда берем с собой термос с горячим чаем.

Но однажды я нечаянно уронил термос. Так как другого термоса не было, то мы все равно решили взять его с собой. В лесу я заметил, что чай остыл, хотя раньше он  оставался теплым. Мама мне объяснила, что при падении термоса треснула колба и поэтому вода быстро охлаждается. Рассмотрев  разбитый термос, я увидел, что колба зеркальная, и предположил, что из-за этого вода долго не остывает. Папа мне подсказал, что между стенками колбы был вакуум и может быть поэтому вода долго не остывала Я подумал: «А нельзя ли самому изготовить термос?». Но чтобы сделать термос надо знать, в чем его секрет. Так появилась исследовательская работа на тему «В чем секрет термоса».

Цель работы: исследовать, почему вода в термосе долго не остывает.

Задачи работы: 1. Изучить   литературу,   в   которой   описываются   способы

                             передачи тепла.

                          2. Изучить     литературу,     в       которой      описывается

                               устройство и применения термоса.                

                          3. Исследовать,    от    чего    зависит   способность термоса

                              сохранять температуру.

                                  4. Изготовить самостоятельно термос.

Теоретическая часть

Бабушка мне объяснила, что в природе и технике теплота передается от более нагретых тел к менее нагретым телам.  Различают три вида теплопередачи:

1. Теплопроводность. Это способ передачи тепла (энергии) от более нагретых участков тела к менее нагретым участкам, или от более горячих тел к менее нагретым при непосредственном соприкосновении. Например, если холодную ложку опустить в кипяток, то ложка нагреется.  Ложке сообщается некоторое количество теплоты, а вода  - охладится, т.е. она теплоту отдает ложке. Хорошие проводники тепла – металлы, хуже проводят тепло жидкости. Очень плохо проводят тепло воздух, пластмасса, дерево, поролон, пенопласт, строительная пена и т.д. Воздух плохо проводит тепло, т.к. промежутки между молекулами больше размеров самих молекул. Доска проводит тепло лучше, чем опилки, полученные при  распиловке этой же доски, т.к. между опилками находится воздух, который плохо проводит тепло.

2. Конвекция. Это способ передачи тепла (энергии) струями  жидкости или газа. От горячей батареи нагревается воздух около нее, он становится легче и поднимается наверх, а холодный воздух опускается вниз. Следующая партия воздуха нагревается и поднимается вверх, а более холодный воздух опускается вниз. Так постепенно происходит передача тепла от батареи ко всему воздуху в комнате. Если чайник с водой поставить на плиту, то внизу вода нагреется, станет легче и теплая вода поднимется наверх, а холодная вода опуститься вниз, т.к. она более тяжелая.  

3. Излучение. Это способ передачи тепла (энергии) в виде невидимых лучей. Все тела, нагретые до любой температуры, излучают невидимые лучи, передающие тепло. Чем выше температура тела, тем больше излучается энергии. Если поднести руку сначала к слабо нагретому утюгу, а потом к сильно нагретому, то рука во втором случае почувствует  больше тепла. Это объясняется тем, что горячий утюг излучает энергии больше. Температура на поверхности Солнца 6000о С, оно излучает огромное количество энергии, за счет которой прогревается Земля и поэтому на Земле существует жизнь. Светлые блестящие поверхности отражают тепло, а темные поверхности поглощают энергию. Поэтому летом все носят, светлую одежду, а зимой – одежду темных тонов. Зимой собаки любят спать на куче золы, т.к. темная зола поглощает солнечные лучи и лучше прогревается. Весной проталины раньше появляются у дуба, чем у березы. У дуба ствол темный, он от солнца больше прогревается и начинает излучать энергию, под действием которой снег быстрее тает. А у березы кора светлая, поэтому ствол нагревается меньше.

Теплопроводность, конвекция и излучение используются в устройстве термоса. Термос был создан в 1904 году шотландским физиком Дьюара.

         Джеймс Дьюара                                   1 – крышка термоса

                                                                       2 – пробка

                                                                       3 – корпус термоса

                                                                       4 – зеркальная колба

Основной элемент термоса - зеркальная колба. Зеркальная поверхность мало  нагревается,  поэтому колба от воды плохо нагревается. Между стенками колбы – вакуум. Он плохой проводник тепла. Поэтому вода в термосе долго не охлаждается.

Экспериментальная часть

Бабушка мне объяснила, что термос может сохранять не только тепло, но и холод, поэтому в своих опытах для наглядности я брал снег.

Исследование №1 Изучение теплоизоляционных свойств воздуха.

Цель исследования: Доказать, что воздух плохой проводник тепла

Оборудование: - пластиковый контейнер

                           - два пластиковых контейнера меньшего размера

                           - снег.

Ход исследования

1. Я положил  в маленькие контейнеры по одинаковому количеству снега и закрыл их крышкой.

          Один из контейнеров я поставил в большой контейнер, который тоже

          закрыла.

          И наблюдал, в каком контейнере снег раньше растает. Снег раньше

          растаял в одиночном контейнере, а потом в двойном контейнере, так

          как тепло из комнаты к снегу не передается.

Вывод 1: Воздух плохо проводит тепло.

Исследование № 2. Сравнение поглощательной способности темных и

                                            зеркальных поверхностей.

Цель исследования: исследовать, какие тела лучше поглощают энергию:

                                 темные или зеркальные.

Оборудование:  - 2 стакана

                           - снег

                           - настольная лампа (источник тепла).

Ход исследования

Один стакан я  наполовину зачернил, а другой – обклеил фольгой наполовину и положил в них одинаковое количество снега.

Включил настольную лампу и поставил оба стакана прозрачной стороной к себе. И аблюдал за таянием снега в стаканах.

Снег раньше растаял в зачерненном стакане,  так как он быстрее нагрелся, а стакан, обклеенный фольгой почти не нагрелся, потому что зеркальные поверхности отражают энергию.

Вывод 2: черные поверхности поглощают энергии больше, а зеркальные

                 поверхности – энергию отражают.

Исследование № 3.Сравнение отражательной способности зеркальных

                                       и прозрачных поверхностей.

Цель исследования: исследовать, какие тела больше отражают: зеркальные

                                  или прозрачные.

Оборудование: - 2 одинаковых стакана, один из которых обклеен фольгой

                           - 2 воздушных шарика

                           - настольная лампа (источник тепла).

Ход исследования

Я взял два одинаковых стакана, один из них обклеил фольгой и натянул на них по воздушному шарику.

Включил настольную лампу и поднес к ней стаканы с шариками, наблюдая за деформацией шариков.

Шарик, натянутый на прозрачную бутылку растянулся больше, так как воздух в этом стакане нагрелся сильнее и давление воздуха увеличилось на большую величину.

Вывод 3: зеркальные поверхности отражают энергию больше.

Изучив основные секреты термоса, я принялсь за изготовление своего. Для этого я взял две пластиковых бутылки. У большой я отрезал дно и горлышко, а маленькую обклеил фольгой. Вставил маленькую бутылку в большую,  заклеив разрез горлышка скотчем. Но у меня возник вопрос, а чем же лучше заполнить промежутки между бутылками. Я предположил, что в качестве теплоизолятора можно использовать  вату, опилки, поролон или пенопласт.

Исследование № 4. Сравнение   теплоизоляционных     способностей

                                          воздуха,  ваты,  бумаги,  пенопласта.

Цель: Исследовать теплоизоляционные свойства ваты, бумаги, пенопласта и

          воздуха.

Оборудование: - четыре больших пластиковых контейнера

                      - четыре маленьких пластиковых контейнера

                      - снег

                      - вата

                      - бумага

                      - пенопласт

                      - часы

Ход исследования

Я взял четыре больших контейнера и вставил в них маленькие. Промежутки в трех контейнерах  я заполнил разными веществами: в № 2 - ватой, № 3 - бумагой, № 4 - пенопластом, оставив небольшой зазор;

 В маленькие контейнеры положил одинаковое количество снега и наблюдала за его таянием. Результаты наблюдений я занесла в таблицу

Вывод 4: Лучшим    теплоизолятором      в     домашних    условиях   является

                  пенопласт.

Из  исследования № 4 я понял, что мой термос лучше заполнить пенопластом, а дно 2-х литровой бутылки приклеить скотчем. В таком термосе вода долго не нагреется. Теперь летом в жару, работая на огороде или отдыхая на пляже, я буду брать самодельный термос, чтобы сохранить прохладную воду.

Заключение.

Проведя наши исследования, я смог объяснить, почему горячая вода в термосе долго не охлаждается:

1. между стенками колбы находится неподвижный разреженный воздух, который плохо проводит тепло, поэтому тепло от горячей воды к воздуху в комнате не передается.
2. колба зеркальная, поэтому она меньше излучает энергии.
3. в разбитой колбе между стенками находится не разреженный, а атмосферный воздух, а он проводит тепло лучше, поэтому вода в термосе стала охлаждаться быстрее.

Литература.

1. «Большая книга вопросов и ответов»/Пер. с итальянского О.А.Литвиновой,  

    Е.В. Широниной.  М.: ЗАО «РОСМЕН-ПРЕСС»,  2007. – 232с.

2. «Занимательные опыты и эксперименты /[Ф. Ола и др.]. – М.:  Айрис-

    пресс, 2006. – 128с.

3. «Физика - юным».  Сост.  М.Н.  Ергомышева – Алексеева.  М.,

    «Просвещение», 1969. – 184с.

4. «Я познаю мир»: Дет. энциклопедия: Физика/Сост. Художник А.А.

    Леонович; Под общ. ред. О.Г. Хинн – М: ТКО «АСТ»,1995. – 480с.

5. www.delaysam.ru

6. images.yandex.ru