Исследовательская работа " Секрет термоса"

Оглавление.

               Приложения                          

Ӏ  Введение

По выходным мы с родителями любим ходить в лес 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 мы заметили, что чай остыл, хотя раньше он долгое время оставался теплым. Нам стало интересно, что же случилось? Так появилась исследовательская работа на тему «В чем секрет термоса».

Актуальность моей работы в том, что термос – удобный, полезный и необходимый предмет в каждой семье.

Цель работы: исследовать, почему в термосе температура долго не изменяется.

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.

Предмет  исследования: секреты  термоса.

Объект исследований: термос

И я выдвинул гипотезу: можно ли изготовить термос самому в домашних условиях и что для этого нужно? На эти вопросы я решил ответить в ходе моего исследования.

В ходе работы я использовал следующие методы:

- изучение литературы;

- поиск информации в Интернете,

- наблюдение за изменениями и измерение температуры в самодельном термосе.

1.Теоретическая часть

• природе и технике теплота передается от более нагретых тел к менее нагретым телам до наступления теплового равновесия. 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. Теплопроводность у разных веществ различна. Хорошие проводники тепла – металлы, хуже проводят тепло жидкости. Очень плохо проводят тепло воздух, пластмасса, дерево, поролон, пенопласт, строительная пена и т.д. Объясняется это тем, что теплопроводность – это перенос энергии, который происходит при взаимодействии молекул. В металлах расстояние между молекулами значительно меньше размеров самих молекул, в жидкостях примерно равно размеру молекул, а воздух плохо проводит тепло, т.к. промежутки между молекулами значительно 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. Для того чтобы в жидкостях и газах происходила конвекция, необходимо их нагревать снизу, а охлаждать сверху.
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. Излучение может осуществляться даже в полном вакууме. Светлые блестящие поверхности отражают тепло, а темные поверхности поглощают энергию. Поэтому летом все носят, светлую одежду, а зимой – одежду темных тонов.

Чтобы помешать телу охладиться или нагреться, нужно уменьшить теплопередачу. При этом стремятся сделать так, чтобы энергия не передавалась ни одним видом теплопередачи: теплопроводностью, конвекцией, излучением. В этих целях используют термос.

        В 1892 году Джеймс Дьюар разработал изолирующую колбу, которая     известна в науке под названием сосуд Дьюара. В 1903 году берлинский производитель стеклянных изделий Рейнгольд Бургер  усовершенствовал сосуд Дьюара. В 1904 году впервые в хозяйственных целях была выпущена первая партия термосов. Устройство настолько было совершенно и просто в применении, что не изменилось практически и по сей день.

Основной элемент термоса – колба, сделанная из стекла или нержавеющей стали. Зеркальная поверхность отражая, препятствует передаче энергии излучением. Между стенками колбы – вакуум, теплопроводность которого практически равна нулю. Сосуд закупоривается пробкой, которая препятствует передаче тепла от жидкости в воздух, следовательно, невозможна конвекция. Поэтому в термосе холодное остается холодным, а горячее горячим.

2.Экспериментальная часть

Папа мне объяснил, что термос может сохранять не только тепло, но и

холод, поэтому в своих опытах для наглядности я брал мороженое.

Исследование №1 Изучение теплоизоляционных свойств воздуха. Цель исследования: Доказать, что воздух плохой проводник тепла

Оборудование: - пластиковый контейнер

• два пластиковых контейнера меньшего размера
• мороженое.

Ход исследования

1. Я положил  в маленькие контейнеры по одинаковому количеству мороженого и закрыл их крышкой. (  ФОТО1)

  ФОТО 1

 ФОТО 2

Один из контейнеров я поставил в большой контейнер, который тоже закрыл.

• наблюдал, в каком контейнере мороженое растает быстрее. Мороженое быстрее растаяло в одиночном контейнере, а в двойном контейнере - медленнее, так как тепло из комнаты к мороженому передается хуже.(фото 3)

  фото 3

Вывод 1: Воздух плохо проводит тепло, поэтому между корпусом термоса и колбой находится разреженный воздух.

Исследование № 2. Сравнение поглощательной способности темных и зеркальных поверхностей.

Цель исследования: исследовать, какие тела лучше поглощают энергию:

темные или зеркальные.

Оборудование: - 2 стакана

• мороженое
• настольная лампа (источник тепла).

Ход исследования

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

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

 фото 4              фото 5

Мороженое раньше растаяло 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 – значительно меньше.

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 резиновые перчатки
• настольная лампа (источник тепла).

Ход исследования

Я  взял два одинаковых стакана, один из них обклеил фольгой и натянул на них по резиновой перчатке. Включил настольную лампу и поднёс к ней стаканы, наблюдая за деформацией.

 фото 6

Перчатка, натянутая на прозрачный стакан растянулась больше, так как воздух в этом стакане нагрелся сильнее и давление воздуха увеличилось на большую величину.

Вывод 3: зеркальные поверхности отражают энергию больше.

Эти два опыта объясняют, почему внутренняя поверхность колбы блестящая.

Исследование № 4. Сравнение теплоизоляционных способностей воздуха, ваты, бумаги, пенопласта.

Цель: Исследовать теплоизоляционные свойства ваты, бумаги, пенопласта и воздуха для самостоятельного создания термоса.

Оборудование: - четыре больших пластиковых контейнера

                                             -четыре маленьких пластиковых контейнера

• мороженое

•  бумага
• пенопласт
• часы

• вата

Ход исследования

Я  взял четыре больших контейнера и вставил в них маленькие. Промежутки в трех контейнерах  я  заполнили: № 1-бумагой; № 2- ватой, № 3 – воздухом, № 4 - пенопластом, оставив небольшой зазор.

1        2

3        4

В маленькие контейнеры  положил одинаковое количество мороженого  и наблюдал за  его таянием. Результат наблюдений я  занёс в таблицу.

пенопласт.

Из исследования № 4 мы выяснили, что при изготовлении термоса лучше использовать пенопласт. В таком термосе вода долго не нагреется. Теперь летом в жару, работая на огороде или отдыхая на пляже, мы буду брать самодельный термос, чтобы сохранить прохладную воду.

Теплоизоляционные свойства пенопласта широко используются    в быту.                            

                                       Практическая часть

3. Изготовление термоса в домашних условиях

Для изготовления термоса в домашних условиях я использовал подручные средства, которые есть в каждом доме. (Приложение 1)

Для изготовления  термоса мне потребовалось:

Стеклянная бутылка емкость 0.7 л с винтовой крышкой. Если мы возьмем пластиковую бутылку, то наливать в неѐ горячую воду не получится. От горячей воды колба может деформироваться.

Пластиковая бутылка ѐмкостью 2 л

Теплоизоляционный материал – фольгоизолон, синтепон

Светоотражающий материал - фольга

Скотч, нитки

Ножницы, нож

Губка

Пластиковый стаканчик

Маркер

Ход работы (Приложение 2)

1) Стеклянную бутылку обмотал фольгоизолоном, чтобы блестящий слой был внутри. Обмотать надо тщательно не только стенки сосуда, но и его дно.

2) Разрезал пластиковую бутылку пополам. Эти детали будут нужны для изготовления корпуса термоса.

3) На дно пластиковой бутылки вставил пенопласт.

4) Следующий слой – обмотал синтепоном всю бутылку: стенки и дно стеклянной бутылки.

5) Обмотал синтепон нитками, чтобы он плотнее лежал на бутылке.

6) Потом обмотал бутылку фольгой, плотно прижимая её к стенкам самодельной колбы.

7) Обмотал колбу скотчем, чтобы все слои хорошо держались на бутылке.

8) Вставил получившее изделие в нижнюю часть пластиковой бутылки.

9) Обмотал половинки пластиковой бутылки скотчем, чтобы надежно их соединить между собой.

10) Чтобы уменьшить теплоотдачу через крышку бутылки, её надо тоже утеплить. Для этого отрезал у верхней части пластиковой бутылки винтовую часть горлышка. Это следует сделать очень точно, чтобы горлышко стеклянной бутылки свободно проходило в это отверстие. Взяла кусок поролона и сделала в нѐм круглое углубление, которое по диаметру чуть меньше крышки бутылки. Потом этот подготовленный кусок поролона вставил в пластиковый стаканчик. Для этого срезал у пластикового стаканчика верхнюю часть. Дно стаканчика по высоте должно быть таким же, какова и высота поролонового кусочка. Положил отрезанную нижнюю часть стаканчика на подготовленный кусок поролона, где располагается крышка, и обвёл  его по окружности. Вырезал эту часть из куска поролона и вставил в нижнюю часть стаканчика. Получилась утепленная крышка для бутылки.

Мой термос  готов.

                                      Результат  исследования

Для проведения испытания моего термоса использовал горячую воду. Залил воду в термос. Предварительно измерил еѐ температуру. Все данные о температуре воды я занёс в таблицу (Приложение 3). Испытания термоса проходили  в течение шести часов. Каждый час я  замерял температуру воды. Термос во время испытания находился в комнате на столе при комнатной температуре +21 (Приложение 4)

Через шесть часов вода не приобрела значение комнатной температуры, а оставалась всѐ ещѐ тѐплой. Эти данные позволяют сделать вывод о том, что такую модель термоса можно изготовить в домашних условиях и использовать для хранения горячих жидкостей. Таким термосом можно воспользоваться на даче, при прогулках, во время пикника, в нем можно заваривать чай, делать травяной отвар. Главную функцию – хранение тепла этот термос выполнил. Его достоинством можно считать сравнительно небольшой вес. Колба, выполненная из стекла, может разбиться, но теплоизоляционные материалы увеличивают еѐ прочность. Они позволяют смягчить резкие удары, которые возможны при падении такого термоса. 

Конечно, самодельный термос уступает по своим свойствам заводскому, но всё-таки на небольшой промежуток времени (1-2 часа)  на него можно рассчитывать.  Считаю, что моё исследование имеет практическое значение и может пригодиться учащимся начальной школы в вопросах быта.

 Ещё  термос можно использовать летом в походах для прохладной воды. А еще я узнал, что в термосе можно заваривать шиповник, делать лекарственные чаи и даже кашу настаивать. Спасибо тем, кто его придумал!                                   

\

Заключение.

     В ходе своей работы я узнал историю появления термоса, я выяснил устройство этого изделия, понял суть протекающих в нем физических явлений. Это позволило мне сконструировать свою модель термоса. Изготовление термоса в домашних условиях реально и выполнимо. Это позволит сохранить моей семье денежные средства. Не секрет, что заводские модели термосов стоят недешево. Моя работа помогла пополнить мне свой багаж знаний, позволила расширить кругозор.

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

1.Между стенками колбы находится неподвижный разреженный воздух, который плохо проводит тепло.

2.Колба зеркальная, поэтому она хорошо отражает и плохо поглощает тепловую энергию.

3.В разбитой колбе между стенками находится не разреженный, а атмосферный воздух, а он проводит тепло лучше, поэтому вода в термосе охлаждается 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