Муниципальный этап научно-практической конференции «Шаг в науку»

Группа «ЮНИОР»-2020

Физико-математическое направление:

Секция физики

Тема: «Термос»

Автор  работы: Рыжаков Алексей

Место выполнения работы: Россия, Забайкальский край, г. Чита,

                                МБОУ СОШ № 17; 8 «В» класс

Научный руководитель: Бронникова Виктория Викторовна, учитель физики

 МБОУ СОШ № 17

Чита, 2020 г.

Тема: «Термос»

Автор работы:  Рыжаков Алексей

Россия, Забайкальский край, г. Чита, МБОУ СОШ №17  8«В» класс

Краткая аннотация

      Данная работа носит исследовательский характер. Значимость полученных результатов: на основе изучения литературы и эксперимента мною был проведён сравнительный анализ  двух термосов, составлены таблицы, отражающие сходство и различия термоса изготовленного в домашних условиях. Также мною был проведён сбор информации об истории термосов. В работе отражены результаты проведённого социологического опроса школьников об использовании термосов. По результатам исследования сделана презентация, которые  могут использоваться на уроках физики в школе и во внеурочной деятельности.

Тема:  «Термос»

Автор работы:  Рыжаков Алексей

Россия, Забайкальский край, г. Чита, МБОУ СОШ № 17; 8 «В» класс

Аннотация

Цель: создание термоса в домашних условиях.

Задачи:

1. изучить теоретический материал, раскрывающий понятие ―термос, виды термосов, принципы работы термоса, его физические свойства;
2. обобщить наблюдения, раскрывающие условия остывания жидкости в термосе;
3. определить материалы необходимые для создания термоса в домашних условиях;
4. выяснить, как можно сделать самодельный термос;

Гипотеза: конструкция термоса основана на физических законах, которые необходимо учитывать при создании термоса.

Методы исследования: наблюдение; сравнение; эксперимент; сбор информации из книг, сети Интернет; обобщение.

Полученные данные: на основе исследования были сделаны выводы, доказывающие выдвинутую гипотезу; были определены, каким образом создается термос.

Практическая значимость работы: материалы исследования могут использоваться на уроках физики в школе и во внеурочной деятельности;

        Выводы:

 1. Мы исследовали работу термоса и сравнили его с заводским термосом

  2. Мы изучили внутреннее устройство термоса и установили, что вакуум является необходимым условием сохранения температуры в термосе!

Тема: «Термос»

Автор работы:  Рыжаков Алексей

Россия, Забайкальский край, г. Чита, МБОУ СОШ № 17; 8 «В» класс

План исследования

Проблема исследования.  Термос сегодня - незаменимый помощник в быту. Благодаря термосу мы можем пить горячие напитки в дальних поездках или в лесных походах, где нет круглосуточного доступа к горячей воде.

Для поддержания своих сил я всегда беру с собой на лыжную прогулку и в поход термос с горячим чаем. Мне стало интересно, почему термос хорошо сохраняет температуру напитка на протяжении всего дня.
Именно поэтому на основе анализа литературы и эксперимента,  я решил создать термос в домашних условиях, чтоб эти результаты  можно было бы использовать в школе.

Объект исследования: термос

Предмет исследования: физические свойства термоса

Гипотеза: конструкция термоса основана на физических законах, которые необходимо учитывать при создании термоса.

Методы исследования: наблюдение; сравнение; эксперимент; сбор информации из книг, сети Интернет; обобщение.

Методика исследования

В моей работе был использовано наблюдение за изменениями и измерение температуры в самодельном термосе, наблюдение, их фотографирование и изучение на основе литературы.

Мною было проведено социологическое исследование среди школьников по следующим вопросам:

Пользовались ли вы термосом?

Можно ли некоторое время сохранить в термосе горячие продукты?

Можно ли некоторое время сохранить в термосе замороженные продукты?

Место исследования: Россия, Забайкальский край, г.Чита.

Обзор литературы: чтобы узнать как можно больше информации по данной теме, я воспользовался  интернет- ресурсами и научной литературой по физики и  научными статьями. Среди изученных источников мною были изучены работы следующих ведущих учёных: 

1. Хранить тепло и холод: термос. Журнал «Популярная механика», 03/2015.    
2. Рылёв Ю. И. XX век: энциклопедия. 5000 событий мирового технического прогресса. М.: «Звонница МГ». 2017 г.    
3. История изобретения термоса (перевод с англ.) http://www.thermosflasche.com/history.html    
4. Большая книга знаний. М.: «Махаон». 2010 г. стр.409    
5.  Перышкин А. В. «Физика 8 класс». М: «Дрофа», 2018    
6. Твои первые научные опыты. М.: «Литтерра».2011г.
   

Тема: «Термос»

Автор работы:  Рыжаков Алексей

Россия, Забайкальский край, г. Чита, МБОУ СОШ № 17; 8 «В» класс

Научная статья

Актуальность темы. Однажды осенью я был со своим классом в походе. 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? Так как зимой у нас очень холодно, то проблема сохранения тепла является очень актуальной!

Цель: создание термоса в домашних условиях.

Задачи:

1. изучить теоретический материал, раскрывающий понятие ―термос, принципы работы термоса, его физические свойства;
2. обобщить наблюдения, раскрывающие условия остывания жидкости в термосе;
3. определить материалы необходимые для создания термоса в домашних условиях;
4. выяснить, как можно сделать самодельный термос;
5. создать буклет создания термоса в домашних условиях;

        Проблема исследования.  Термос сегодня - незаменимый помощник в быту. Благодаря термосу мы можем пить горячие напитки в дальних поездках или в лесных походах, где нет круглосуточного доступа к горячей воде.

Для поддержания своих сил я всегда беру с собой на лыжную прогулку и в поход термос с горячим чаем. Мне стало интересно, почему термос хорошо сохраняет температуру напитка на протяжении всего дня
Именно поэтому на основе анализа литературы и эксперимента,  я решил создать термос в домашних условиях, чтоб эти результаты  можно было бы использовать в школе.

Объект исследования: термос

Предмет исследования: физические свойства термоса

Гипотеза: конструкция термоса основана на физических законах, которые необходимо учитывать при создании термоса.

Методы исследования: наблюдение; сравнение; эксперимент; сбор информации из книг, сети Интернет; обобщение.

Методика исследования

В моей работе был использовано наблюдение за изменениями и измерение температуры в самодельном термосе, наблюдение, их фотографирование и изучение на основе литературы.

Мною было проведено социологическое исследование среди школьников по следующим вопросам:

Пользовались ли вы термосом?

Можно ли некоторое время сохранить в термосе горячие продукты?

Можно ли некоторое время сохранить в термосе замороженные продукты?

Заключение: проведя анализ литературы по проблеме исследования, и проделав эксперимент, я сделал следующие выводы:

1. Термос - вид бытовой теплоизоляционной посуды для продолжительного сохранения более высокой или низкой температуры продуктов питания, по сравнению с температурой окружающей среды.
2. Создатель термоса в 1892 году Джеймс Дьюар разработал изолирующую колбу.
3. Самый простой изолятор веществ — это вакуум, так как вакуумная технология исключает все три механизма теплопередачи.

Что такое термос?

Термос (в переводе с греческого) "therme" - горячий. Такое название сосуду дал житель Мюнхена.

Термос - вид бытовой теплоизоляционной посуды для продолжительного сохранения более высокой или низкой температуры продуктов питания, по сравнению с температурой окружающей среды.

История создания термоса

Известный шотландский химик XIX века Джеймс Дьюар совершил целый ряд открытий в области физики и химии, но, пожалуй, в народе он запомнился, благодаря своему бытовому изобретению.

В 1892 году Джеймс Дьюар разработал изолирующую колбу, которая известна в науке под названием сосуд Дьюара. Конечно, колба была изобретена для хранения химикатов, но именно она стала моделью современного термоса.

В 1903 году берлинский производитель стеклянных изделий Рейнгольд Бургер усовершенствовал сосуд Дьюара, изобретённый в 1892 году шотландским физиком и химиком Джеймсом Дьюаром. Для удобного использования этого сосуда в быту (хранения напитков), он добавил к нему металлический корпус, пробку и крышку-стаканчик. Также, им была разработана система поддержки внутренней стенки колбы, так как она держалась только в одном месте у горловины сосуда и из-за этого легко ломалась при активном использовании

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.

Термос стали широко использовать в научных экспедициях многие исследователи. Он стал бортовой принадлежностью самолётов. С термосом было удобно летать даже на воздушном шаре. Простые люди также стали широко использовать термос в своей жизни.

В наше время термос – доступный, удобный и полезный предмет, который имеется в каждом доме.

 Интересный факт! 

В 1905 году, весть об этом удивительном изобретении, довольно сильно потрясшем мир, услышал и один из изобретателей сосуда Дьюара, сам Джеймс Дьюар. Во время создания своего сосуда, изобретатель и ученый был уверен в том, что никакого коммерческого успеха от своего открытия нельзя извлечь, и потому просто не патентовал его. Однако, узнав о том, что Р. Бургер заработал на его, по сути, открытии достаточно большие деньги, Дьюар подал иск в суд, где он требовал с производителя стеклянной посуды половину его заработка, однако исковое заявление не было удовлетворено. Тем не менее, изобретатель сосуда решил в некотором смысле отомстить своему обидчику и распространил информацию о том, что использование термоса является опасным для здоровья, в результате чего, уже за первую неделю продажи упали на 70% и Р. Бургер был вынужден признать свое поражение в этом споре.

Начиная с середины 20-х годов прошлого века, термосы вновь обрели свою популярность, и активно используются и по сей день. Термосы stanley, Berger, Arctixи другие модели позволяют вмещать большой объем жидкости, и в тоже время тепло в них сохраняется до нескольких суток.

Компания Thermos существует и сегодня. Она по-прежнему выпускает одни из лучших в мире термосов. Девиз компании гласит: «Храним тепло. С 1904 года.
 

Виды термосов. Преимущества и недостатки

Термос со стальной колбой изготавливают из прочной нержавеющей стали. Его преимуществами являются долговечность, прочность и технологичность в обработке. Благодаря корпусу из нержавеющей стали, колба имеет не только большой срок эксплуатации, но и отличную стойкость к деформациям за счет своей прочной отполированной поверхности, поэтому термос способен прослужить человеку долгие годы.

Термос из стали удобен в производстве, ремонтопригодности и обладает высокими эксплуатационными качествами. Однако он не лишен недостатков. Термос, изготовленный из металла, характеризует высокая теплопроводность, так как он быстро меняет температуру - быстрее нагревается и быстрее остывает.

Также необходима дополнительная обработка термоса кипятком перед непосредственным использованием, иначе колба заберет часть энергии, и тем самым напиток будет холоднее. Поскольку высококачественная нержавеющая сталь намного дороже стекла, термосы со стальной колбой стоят дороже термосов со стеклянной колбой.

Корпус термоса со стеклянной колбой в основном изготавливают из металлопластмассы, жестяной пластины или пластика. Его преимуществами являются низкая теплопроводность, гигиеничность и вес. Термос со стеклянной колбой отличается меньшей массой по сравнению с термосом со стальной колбой.

Стоит учесть, что стекло хорошо проводит тепло и не вступает во взаимодействие с другими веществами, именно поэтому после использования термос со стеклянной колбой не перенимает ни от чего запахи. Но и термос со стеклянной колбой имеет свои недостатки. Стекло – хрупкий материал, поэтому оно подвержено спонтанному разрушению. Не стоит забывать о свойствах стекла: в термос со стеклянной колбой нельзя заливать кипяток, если его принесли с холода, иначе стекло может лопнуть.

Устройство термоса и принцип работы

Работа термоса основана на сохранении тепла внутри себя, поэтому его нужно изолировать от внешней среды, которая заставляет его остывать. Самый простой изолятор веществ — это вакуум, поэтому во многих термосах применяют вакуум, т.е. пространство, где нет никаких веществ, следовательно, и передавать тепло от колбы в окружающую среду будет нечем.

Рис.1 Устройство термоса

Принцип работы термоса схож с сосудом Дьюара, который представляет собой сосуд из двойных стенок. Между стенками находится вакуум или воздух. Сам сосуд сделан либо из стекла, либо из нержавеющей стали. Внутренняя часть колбы покрыта отражающим материалом, который отражает тепло внутри термоса. Внешняя часть термоса изготавливается либо из металла (больше механической прочности), либо из пластика.

Социологический опрос

Я решил провести тестирование среди учащихся 8А,8Б,8В, что они знают об этом. Результаты опроса в таблице.

Опрос показал, что подавляющее большинство ребят пользуются термосом. Но не догадываются о том, что термос может сохранить некоторое время (гораздо большее, чем при комнатной температуре) замороженные продукты от полного растаявшего положения, и только немногие считают, что охлажденные продукты в нем хранить ,возможно.

Практическая часть:

Изготовление термоса в домашних условиях

Для изготовления термоса в домашних условиях я буду использовать подручные средства, которые есть в каждом доме. Вариантов изготовления термоса может быть несколько.

1. Модель термоса

Для модели термоса мне потребуются следующие материалы и инструменты:

стеклянная бутылка 1.л., скотч, теплоизоляционный материал – газеты, светоотражающий материал – фольга, ножницы.

Технология выполнения: Возьму стеклянную бутылку 1. л и обернём её фольгой, плотно прижимая её к стенкам бутылки. Следует обматывать бутылку матовой стороной наверх, чтобы блестящая сторона оказалась внутри. Слой фольги должен покрывать всю бутылку, в том числе и дно. Бутылка будет играть роль колбы. Теперь обмотаю бутылку несколькими слоями газет. Чем больше слой газет, тем лучше. Газетный слой должен быть на стенках и дне бутылки.

Чтобы газеты хорошо держались на бутылке, обмотаю их скотчем. Слой газет необходим для создания теплоизоляционного слоя. Верхний слой газет ещё раз обмотаю фольгой.

Для проведения эксперимента нам понадобятся: изготовленный термос, заводской термос часы, термометр с пределом измерения до 150°С, вода при температуре 100°С.

Наш эксперимент будем проводить при комнатной температуре 20°С. На протяжении 6 часов, с интервалом в 1 час будем производить измерения температуры воды в термосах.

Анализ результатов эксперимента:

Сделанные своими руками термоса показали неплохой результат: в течение 6 часов все термоса сохраняют температуру воды более 60°С.

Мы сделали неплохой термос — почему вода в нем все-таки остывает через несколько часов, а не остается горячей длительное время? Во-первых, мы не смогли полностью изолировать объем — у нас осталось горлышко, которое не изолировано сверху никак. Кроме того, зеркальная поверхность не сможет отражать все лучи, даже хорошее новое зеркало отражает не боле 90% лучей, а старое, покрытое пылью, — не больше 70%.

Достоинства изготовленного термоса: для их создания не требуются дорогостоящие материалы, намного легче (по массе) своих заводских аналогов.

Недостатки изготовленного термоса:

для изготовления термосов своими руками необходимо хорошо промыть и высушить применяемые бутылки.

Заключение: проведя анализ литературы по проблеме исследования, и проделав, эксперимент я сделал следующие выводы:

1. Термос - вид бытовой теплоизоляционной посуды для продолжительного сохранения более высокой или низкой температуры продуктов питания, по сравнению с температурой окружающей среды.
2. Создатель термоса в 1892 году Джеймс Дьюар разработал изолирующую колбу.
3. Самый простой изолятор веществ — это вакуум.

Список литературы

1. Хранить тепло и холод: термос. Журнал «Популярная механика», 03/2015.    
2. Рылёв Ю. И. XX век: энциклопедия. 5000 событий мирового технического прогресса. М.: «Звонница МГ». 2017 г.    
3. История изобретения термоса (перевод с англ.) http://www.thermosflasche.com/history.html    
4. Большая книга знаний. М.: «Махаон». 2010 г. стр.409    
5.  Перышкин А. В. «Физика 8 класс». М: «Дрофа», 2018    
6. Твои первые научные опыты. М.: «Литтерра».2011г.