XXII республиканский конкурс работ исследовательского характера  (конференция) учащихся  по астрономии, биологии, информатике, математике, физике, химии

 

                                          

 

                                          

Секция «Физика»

 

 

 

 

                                     

 

 «Исследование времени остывания чашки с горячими напитками»

 

 

 

 

 

 

                                                                   Автор(ы) работы:

Петрович Константин Геннадьевич, 8 класс

ГУО «Гудогайская средняя школа»,

Гродненская обл., Островецкий р-н., п.Гудогай

 

 

          Руководитель работы:

 

ФИО руководителя, должность, степень (при наличии), место работы

 

 

 

 

 

 

 

 

г.Минск,   2015 г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ. 3

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. 4

1.1. Температура. 4

1.2.Теплообмен. 4

1.3.Плотность. 5

ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ. 7

2.1.Этапы проведения исследования. 7

2.2.  Исследование времени остывания чашки с горячими напитками. 7

2.3. Опрос учащихся школы.. 14

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 18

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.. 19

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Ни для кого не секрет, что в школьных столовых горячие напитки часто остаются не востребованными, т.к. они либо подаются остывшими и не годны к употреблению, либо чересчур горячими, что делает невозможность их употребление.

Такая ситуация навела меня на мысль, что можно точно рассчитать время разлива различных горячих напитков, т.к. приём пищи в школьной столовой осуществляется строго по расписанию. В этом я увидел актуальность своего исследования, а также его практическую направленность.

Гипотеза: Я предполагаю, что время остывания напитков зависит от материала чашки.

Цель исследования: определить зависимость времени остывания горячих напитков от материала.

Задачи работы:

·        изучить литературу по теме исследования;

·        определить время остывания горячих напитков;

·        определить зависимость времени остывания горячих напитков от материала чашки;

·        определить время, необходимое для остывания напитка до температуры комфортного питья;

·        провести опрос учащихся школы;

·        сделать выводы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1.          Температура

 

Понятие температуры тела пред­ставляется на первый взгляд прос­тым и понятным. Из собственного повседневного опыта каждый знает, что бывают тела горячие и холодные. Еще с детства нам знакомы выра­жения «температура на улице» и «температура при заболевании» и т. п.

Опыты и наблюдения показывают, что при контакте двух тел, из которых одно мы воспринимаем как горячее, а другое как холодное, происходят изменения физических параметров как первого, так и второго тела. «Физическая величина, измеряемая термометром и одинаковая у всех тел или частей тела, находящихся в термодинамическом равновесии друг с другом, называется температурой». Когда термометр приводят в контакт с изучаемым телом, мы видим разного рода изменения: движется "столбик" жидкости, меняется объем газа и т.п. Но вскоре между термометром и телом обязательно наступает термодинамическое равновесие – состояние, при котором остаются постоянными все величины, характеризующие эти тела: их массы, объемы, давления и так далее. С этого момента термометр показывает не только свою температуру, но и температуру изучаемого тела. В пов­седневной жизни наиболее распро­странен способ измерения темпера­туры с помощью жидкостного тер­мометра. Здесь для измерения тем­пературы используется свойство жидкостей при нагревании расши­ряться. Для измере­ния температуры тела термометр приводят с ним в контакт, между телом и термометром осуществляет­ся процесс теплопередачи до уста­новления теплового равновесия. Что­бы процесс измерения не изменил заметно температуру тела, масса тер­мометра должна быть значительно меньше массы тела, температура ко­торого измеряется.

1.2.          Теплообмен

 

Практически все явления внешнего мира и различные изменения в человеческом организме сопровождаются изменением температуры. Явления теплообмена сопутствуют всей нашей повседневной жизни.

Во время болезни врачи рекомендуют измерять температуру не менее 7-10 минут. Почему? Ведь неоднократно приходилось убеждаться в том, что если температура тела высокая, достаточно держать термометр 2-3 минуты, что бы его показания установились и более не менялись.

        Работая с дополнительной литературой, я прочел, что в конце 17 века известнейший английский физик Исаак Ньютон высказал гипотезу: «скорость теплообмена между двумя телами тем больше, чем сильнее отличаются их температуры (под скоростью теплообмена понимаем изменение температуры в единицу времени.) Теплообмен всегда происходит в определённом направлении: от тел с более высокой температурой к телам с более низкой». В этом нас убеждают многочисленные наблюдения, даже на бытовом уровне (ложка в стакане с чаем нагревается, чай остывает; кастрюля с горячей водой отдаёт тепло воздуху и остывает, воздух вокруг неё нагревается и т.д.)

        Когда температура тел выравнивается, процесс теплообмена прекращается, т.е. наступает тепловое равновесие.

        Простое и понятное утверждение о том, что самостоятельно теплота переходит только от тел с более высокой температурой к телам с меньшей температурой, а не наоборот, является одним из основополагающих законов в физике, и называются II законом термодинамики, этот закон был сформулирован в XVIII веке немецким учёным Рудольфом Клаузиусом.

1.3.          Плотность

 

Одинаковые объемы жидкостей или газов, такие же по объему твердые тела (из пластика, резины, дерева, металлов и др.) имеют различный вес.
         Говорят, что разные вещества обладают различной плотностью.
Плотность вещества зависит: от массы атомов, из которых оно состоит, и от плотности упаковки атомов и молекул в веществе. Чем больше масса атомов, тем больше плотность.

Плотностью жидкости или газа называется количество массы, заключающейся в единице объема. Для определения плотности вещества нужно массу тела m разделить на его объем V. Обычно выражается в граммах на кубический сантиметр (г/см³). Один кубический сантиметр жидкости равен одному миллилитру (мл). В одном литре 1000 миллилитров.
Плотность чистой воды равна 1 г/см³, (1 г/мл, 1 кг/литр, 1000 кг/м³).

Основным способом измерения плотности является взвешивание известного объема вещества. Например, взвесьте литровый сосуд, заполните его жидкостью, взвесьте снова, затем вычтите вес сосуда - так вы узнаете вес одного литра жидкости.

Плотность измеряется с помощью ареометра.

 

ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

2.1 Этапы проведения исследования

 

1. Исследование времени остывания чашки с горячими напитками.

2. Социологическое исследование.

2.2 Исследование времени остывания чашки с горячими напитками

 

Гипотеза: Я предполагаю, что время остывания напитков зависит от чашки, в которой подается.

Цель исследования: определить время остывания чашки горячих  напитков.

Исходя, из этого были поставлены следующие задачи:

-    Изучить имеющуюся литературу по теме исследования.

-    Определить время остывания чашки горячих напитков. 

-    Собрать и обработать данные, свести их в таблицы и провести анализ результатов.

-    Сделать выводы о том в какой чашке горячий напиток остывает быстрее.

-    Дать некоторые рекомендации рабочим столовой, дежурным учителям, директору, о том в какой промежуток времени до наступления времени обеда необходимо разлить горячие напитки.

       Для решения этих задач работа была организована в несколько этапов: сначала подбор литературы и изучение её по теме работы;  на втором этапе - проведение исследования и обработка данных, а на третьем этапе - анализ результатов и выводы по ним, на четвертом этапе – провести опрос учащихся.

       Предметом исследования были взяты: горячие напитки (чай, компот, какао, кисель, кофе), разлитые в чашки из различного материала: алюминиевая, стакан с тонким стеклом, стакан с толстым стеклом, керамическая.

Экспериментальным путем, опросив членов моей семьи, я выяснил наиболее комфортную температуру для питья. Она составила 75-80⁰С.

Оборудование: секундомер, термометр, сосуды из различного рода материала: алюминий, стакан с тонким стеклом, стакан с толстым стеклом, керамическая кружка.

Чтобы определить время остывания напитка, я фиксировал температуру остывания напитка через каждую минуту.

                Рисунок 2.2.1                         Рисунок 2.2.2.

Рисунок 2.2.3.          Рисунок 2.2.4                    Рисунок 2.2.5

 

         Рисунок 2.2.6                               Рисунок 2.2.7

Рисунок 2.2.8

Таблица 2.2.1. Исследование времени остывания напитков.

Напиток	Материал сосуда
	Алюминиевая		Тонкое стекло		Толстое стекло		керамическая
	t, мин	t0С	t, мин	t0С	t, мин	t0С	t, мин	t0С
Какао	0	85	0	85	0	85	0	85
	1	83	1	83	1	82	1	81
	2	80	2	81	2	81	2	79
	3	77	3	79	3	80	3	77
	4	75	4	77	4	78	4	76
	5	73	5	76	5	77	5	74
	6	70	6	75	6	76	6	73
	7	68	7	74	7	75	7	71
	8	66	8	73	8	74	8	70
	9	65	9	72	9	73	9	68
	10	64	10	71	10	70	10	67
	11	63	11	69	11	69	11	65
	12	59	12	67	12	67	12	64
	13	58	13	66	13	66	13	64
	14	57	14	65	14	65	14	61
	15	56	15	64	15	64	15	60
	16	55	16	63	16	63	16	59
	17	54	17	62	17	62	17	58
	18	53	18	60	18	61	18	57
	19	52	19	58	19	60	19	56
	20	51	20	56	20	59	20	55
Компот	0	85	0	85	0	85	0	85
	1	81	1	83	1	83	1	84
	2	80	2	82	2	81	2	83
	3	79	3	81	3	80	3	83
	4	78	4	80	4	80	4	82
	5	76	5	77	5	79	5	81
	6	76	6	75	6	78	6	80
	7	75	7	75	7	77	7	78
	8	74	8	74	8	76	8	76
	9	73	9	73	9	75	9	76
	10	72	10	73	10	73	10	74
	11	71	11	72	11	71	11	73
	12	70	12	71	12	69	12	71
	13	69	13	70	13	68	13	71
	14	69	14	69	14	67	14	70
	15	68	15	69	15	66	15	69
	16	67	16	68	16	65	16	68
	17	66	17	67	17	64	17	67
	18	66	18	67	18	63	18	66
	19	65	19	66	19	62	19	65
	20	65	20	65	20	61	20	65
Кофе	0	85	0	85	0	85	0	85
	1	81	1	82	1	82	1	82
	2	78	2	80	2	80	2	80
	3	76	3	79	3	77	3	79
	4	74	4	77	4	76	4	77
	5	72	5	75	5	74	5	75
	6	70	6	75	6	73	6	74
	7	68	7	73	7	72	7	72
	8	66	8	72	8	69	8	70
	9	64	9	70	9	68	9	69
	10	62	10	69	10	67	10	67
	11	60	11	67	11	66	11	66
	12	58	12	66	12	65	12	65
	13	56	13	64	13	64	13	64
	14	54	14	62	14	63	14	63
	15	52	15	61	15	60	15	63
	16	52	16	60	16	58	16	61
	17	51	17	59	17	56	17	59
	18	50	18	58	18	54	18	57
	19	49	19	56	19	52	19	55
	20	48	20	54	20	50	20	53
Чай	0	85	0	85	0	85	0	85
	1	80	1	82	1	80	1	79
	2	79	2	81	2	78	2	77
	3	77	3	79	3	77	3	76
	4	75	4	77	4	76	4	73
	5	73	5	75	5	74	5	71
	6	71	6	74	6	73	6	70
	7	70	7	73	7	72	7	68
	8	68	8	72	8	71	8	66
	9	67	9	71	9	69	9	65
	10	66	10	70	10	68	10	64
	11	64	11	69	11	67	11	63
	12	63	12	68	12	66	12	62
	13	62	13	67	13	66	13	61
	14	61	14	66	14	65	14	59
	15	60	15	65	15	64	15	59
	16	59	16	64	16	63	16	58
	17	58	17	63	17	62	17	57
	18	57	18	63	18	62	18	56
	19	56	19	62	19	61	19	55
	20	55	20	61	20	60	20	54
Кисель	0	85	0	85	0	85	0	85
	1	84	1	81	1	83	1	83
	2	82	2	80	2	81	2	78
	3	81	3	78	3	79	3	76
	4	79	4	76	4	77	4	75
	5	77	5	75	5	75	5	73
	6	76	6	74	6	73	6	72
	7	75	7	72	7	71	7	70
	8	73	8	71	8	70	8	69
	9	72	9	70	9	69	9	68
	10	71	10	69	10	68	10	67
	11	70	11	68	11	67	11	66
	12	69	12	67	12	66	12	65
	13	68	13	66	13	65	13	64
	14	67	14	65	14	64	14	64
	15	66	15	64	15	63	15	63
	16	65	16	63	16	62	16	62
	17	64	17	63	17	62	17	62
	18	63	18	62	18	61	18	61
	19	62	19	61	19	60	19	60
	20	61	20	60	20	59	20	60

Из таблицы видно, что самая высокая скорость остывания у чая и кофе. За тем я определил время, необходимое для остывания напитка до температуры 75⁰С.

Таблица 2.2.2. Время, необходимое для остывания напитка до температуры комфортного питья.

Напиток                                           Материал  сосуда	Время остывания до 75 0С, мин.
	алюминий	Тонкое стекло	Толстое стекло	Керамическая
Чай	4 мин	5 мин	5 мин	3 мин
Какао	4 мин	5 мин	7 мин	4 мин
Компот	7 мин	7 мин	9 мин	10 мин
Кисель	7 мин	5 мин	5 мин	3 мин
Кофе	3 мин	5 мин	5 мин	4        мин

 

Диаграмма 2.2.1

Из таблицы видно, что быстрее всего напитки остывают в алюминиевой и керамической чашке.

Выводы:

-    Время остывания напитка зависит от рода материала сосуда, в котором подают напитки.

-    Быстрее всего напитки остывают в алюминиевой и керамической чашке

-    Но так как в нашей школьной столовой горячие напитки подают в толстостенных стеклянных стаканах, то исходя из данных исследования,  делаем вывод, что самое оптимальное время разлива напитков за 5-9  минут до звонка.

2.3. Опрос учащихся школы

 

В опросе участвовало 16 человек из 7 и 8 классов. Вопросы ученикам задавались:

1.   Какая кружка Вам больше нравится?

А. керамическая

Б. Железная

В. Пластмассовая

Г. Стеклянная

Д. Алюминиевая

2.   Какой горячий напиток вы предпочитаете?

А. Кофе

Б. Чай

В. Какао

Г. Компот

Д. Кисель

3.   Как вы считаете, в какой кружке горячий напиток остывает быстрее?

А. керамическая

Б. Железная

В. Пластмассовая

Г. Стеклянная

Д. Алюминиевая

4.   Как вы считаете, в какой кружке горячий напиток остается дольше теплее?

А. керамическая

Б. Железная

В. Пластмассовая

Г. Стеклянная

Д. Алюминиевая

5.   Какие кружки у Вас дома?

А. керамическая

Б. Железная

В. Пластмассовая

Г. Стеклянная

Д. Алюминиевая

Диаграммы, которые полученные из опроса:

Диаграмма 2.3.1.

             С графика 1 видно, что большинство учащихся предпочитает стеклянные чашки.

         Диаграмма 2.3.2.

С графика 2 можно сделать вывод о том, что учащиеся предпочитают из горячих напитков больше всего чай.

Диаграмма 2.3.3.

Вывод: Учащиеся считают, что горячий напиток остывает быстрее в стеклянной чашке.

Диаграмма 2.3.4.

Вывод: Учащиеся считают, что горячий напиток остается дольше теплее в железной чашке.

Диаграмма 2.3.5.

Вывод: Дома у учащихся в основном стеклянные чашки.

 

 

 

 

 

         ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В моем исследовании поставленная цель была достигнута. Я определил время остывания напитков, подаваемых в нашей школьной столовой, и выявил зависимость времени остывания от материала сосуда, в котором они разливаются.

По результатам моего исследования можно дать некоторые рекомендации:

1.   С данной работой можно выступить перед рабочим персоналом школьной столовой, которые непосредственно связаны с питанием учащихся школы.

2.   Результаты работы можно учитывать в школе и дома при подаче горячих напитков во время приема пищи.

В дальнейшем я бы хотел провести исследование с другими жидкостями и проследить зависимость времени их остывания от плотности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1.       З.Г.Абрамович, Т.О. Мовшевич «Курс общей физики»; М., «Наука», 1974.

2.       А.С. Енохович   Справочник по физике и технике. М «Просвещение»  1989г

3.       Учебное пособие под редакцией Г.С.Ландсберга «Элементарный учебник физики»; М., «Наука», 1985.

4.       А.А Пинский  Физика 10 кл. с углубленным изучением физики.

М. Просвещение 1993 г. 

5.       И.В.Савельев «Курс общей физики»; М., «Наука»,1966.

6.       Библиотека «Первое сентября» Я иду на урок физики ч. II М: «Первое сентября» 2000 г. 

 

Скачано с www.znanio.ru