Исследовательская работа по теме: Такой знакомый незнакомец

Такой знакомый незнакомец                                                      Автор:                                              Ломейко Николай Александрович, 6  класс,                        МБОУ «СОШ № 36» г. Ангарск                                                 Руководитель:                                                    Якушенко Вера Викторовна, учитель ОБЖ,                                                 МБОУ «СОШ № 36» г. Ангарск 2014 год Содержание Введение I. Основная часть 1.1. История создания термоса 1.2. Строение термоса 1.3. Возможности применения термоса 1.4. II. Исследование свойств термоса III. Практическая часть Заключение Литература Приложения  Способы передачи тепла Страницы 1 4 4 4 5 8 9 13 15 16 17 Введение Прошлой зимой мы с папой поехали на дачу, взяли с собой в дорогу горячего чая в термосе. Приехали, залюбовались красотой зимнего леса и…  забыли термос с горячим чаем в багажнике машины. Через три дня, выезжая обратно, вспомнили про термос. Открываем – а  там тёплый чай. И это три дня на морозе машина простояла!  Часто мы с одноклассниками, под руководством учителя ОБЖ, ходим в ближайший лес на практику по ориентированию, учимся выживанию в природных условиях, сооружаем временные укрытия, складываем костры, преодолеваем различные преграды. Вот   однажды   во   время   переправы     через   глубокий   овраг   я   споткнулся   о   корень дерева, упал и   ударил термос о камень. В лесу я заметил, что чай остыл, т.к. при падении термоса треснула колба и поэтому вода быстро охлаждается. Рассмотрев   разбитый термос, я увидел, что колба зеркальная, и предположил, что из­за этого вода долго не остывает. Дома я решил «дойти» до истины: обратился с вопросом в ИНТЕРНЕТ и выяснил, что между стенками колбы термоса был вакуум, поэтому вода долго не остывала.   А еще мне захотелось самому изготовить термос, своими руками. Термос – предмет,  который все мы часто используем в быту. Он знаком всем людям с самого   детства.   Но   разве   кто   –   нибудь   задумывается   над   тем,   почему   вода   в   термосе   не остывает, почему колба термоса должна быть обязательно зеркальная, есть ли вакуум между внешней оболочной термоса и колбой, а если есть, то для чего? Так появилась работа «Такой знакомый незнакомец – термос». Для того чтобы выяснить, смогут ли ответить на эти вопросы мои сверстники, я провел анкетирование. Школьникам (77 человек, ученики 5­х классов СОШ № 36) были заданы следующие вопросы: 1. 2. 3. 4. 5. Часто ли вы используете термос? Почему вода в термосе долго не остывает? Термос пригоден только для хранения нагретых продуктов? Почему колба термоса зеркальная? Есть ли вакуум между внешней оболочкой термоса и колбой? 1 вопрос 2 вопрос 3 вопрос Таблица 1. Результаты анкетирования 4 вопрос 5 вопрос а Д т е Н и л и т е в т О о н ь л и в а р п е Н и л и т е в т о а Д т е Н и л и т е в т О о н ь л и в а р п и л и т е в т о   е Н и л и т е в т О о н ь л и в а р п   е Н и л и т е в т о 68 9 17 60 74 3 24 53 35 42 80 70 60 50 40 30 20 10 0 68 74 60 17 9 3 53 24 42 35 Да Нет 1 вопрос 2 вопрос 3 вопрос 4 вопрос 5 вопрос Диаграмма 1. Результаты анкетирования Вывод: 1. Многие из опрошенных пятиклассников  используют термос. 2. 3. 4. О том, почему вода в термосе долго не остывает 78% учеников не осведомлены. 96% учащихся считают, что термос пригоден только для хранения нагретых продуктов. 69%   учащихся   не   ответили   на   вопрос   о   том,   почему   колба   термоса   должна   быть зеркальной. 5. Правильно ответили  о том, что между внешней оболочкой термоса и колбой есть вакуум 45% учеников, а 55% опрошенных школьников об этом не догадываются. Следовательно, эта тема актуальна. Цель работы: исследовать, почему вода в термосе долго не остывает. Задачи работы:  Узнать историю создания термоса. 1.  Изучить     устройство и строение термоса, а так же возможности для его применения.  2.  Изучить  способы передачи тепла. 3. Исследовать свойства термоса.     4. 5. Изготовить самостоятельно термос. Объект исследования: бытовой термос Предмет исследования: свойства термоса Методы исследования: эмпирические и теоретические Гипотеза: Если между стенками колбы термоса находится неподвижный разреженный воздух, то тепло   от   горячей   воды   к   внешней   воздушной   среде     не   передается.   Если   колба   термоса зеркальная, то она излучает меньше энергии. Методологической  основой  моей   работы   стала   замечательная   книга   М.   Н.   Ергомышевой   – Алексеевой «Физика – юным» в которой, содержится  материал и дается определения «теплота» и «теплопроводность»  в виде статей, очерков, занимательных задач и ребусов. План работы №   1 2 3 4 5 7 8 Решаемые задачи       Изучить литературу:   по  истории создания термоса; по     устройству   и   строению термоса,   а   так   же   о   возможностях для его применения; о способах передачи тепла. анкетирование  Провести по установлению   количества школьников, владеющих правильной информацией о термосе и его свойствах.  Проанализировать   ответы, выводы. Провести исследование:   сделать     Методы исследования Теоретический анализ  Сроки Август   – сентябрь 2013г. Анкетирование Сентябрь 2013г.  свойств термоса  способов передачи тепла Исследовательский Практический Сделать выводы Анализ Сделать термос своими руками Проектирование Практичекий Практичекий   презентацию Подготовить выступления. Подготовить   буклет   об   истории создания термоса. Познакомить учащихся и педагогов с итогами работы через выступления на   научно   –   практических конференциях,   уроках   ОБЖ   и физики,   географии,   окружающий мир. Выступить собрании.   родительском   на Ноябрь   – декабрь 2013г. Январь 2014г. Февраль 2014г. Март 2014г. Март – май 2014г. I. I.1. Основная часть История создания термоса В 2004 году исполнилось 110 лет со дня изобретения бытового термоса.  Это слово давно стало нарицательным и вошло во все словари. Между тем, изобретатели термоса были далеки от использования его в быту. В конце 19 века ученые заинтересовались исследованиями   в   области   химии   и   физики.   Одной   из   самых   больших   проблем   оказалось долговременное   хранение   веществ,   используемых     для   проведения   исследования,   например жидкого   кислорода.   В   экспериментах   с   жидким   кислородом   польские   физики   Ольшевский Кароль   Станислав  и   Вроблевский   Зыгмунт   Флоренты   использовали   стеклянный   ящик   с двойными стенками, с откачанным из межстеночного пространства воздухом. Другой   известный   ученый,   Джеймс   Дьюар,   смог   в   1892   году   усовершенствовать   этот контейнер. Он изготовил его в виде колбы с узким горлом, а внутреннюю часть колбы покрыл тонким   слоем   серебра,   зеркальная   поверхность   отражала   тепловое   излучение   и   улучшала теплоизоляцию. Всю эту хрупкую конструкцию Дьюар подвесил на пружинах в металлическом кожухе. Это и был «сосуд Дьюара», который и по сей день используется в научных лабораториях всего мира. Никто из вышеперечисленных изобретателей не собирался ставить свои разработки для использования этого сосуда в быту. А вот берлинский производитель стеклянных инструментов Рейнольд Бергер увидел в конструкции Дьюара нужный в обыденной жизни предмет. В 1903 году он дополнил сосуд металлическим кожухом, герметичной пробкой и крышкой­стаканчиком, а в 1904­м   основал   компанию   по   выпуску   «вакуумной   фляжки».   Такое   имя   было   недостаточно звучным, и поэтому Бергер объявил конкурс на лучшее название. Победил житель Мюнхена, предложивший назвать продукт Thermos – от греческого слова thermе – «горячий», теперь само слово термос стало нарицательным [4.с.649]. I.2. Строение термоса Сосуд   Дьюара   –   сосуд,   предназначенный   для   длительного   хранения   веществ   при повышенной   или   пониженной   температуре.   Перед   помещением   в   сосуд   Дьюара   вещество необходимо нагреть или охладить. Постоянная температура поддерживается   за счет хорошей теплоизоляции. [4.с.648]. Чтобы узнать, почему же термос сохраняет температуру продукта, помешенного в него, нужно посмотреть, как он устроен. Основа любого термоса – это две емкости. Внешняя емкость, в которой находится тот сосуд,   в   который   непосредственно   и   помещается   сохраняемое   вещество,   в   современных термосах она выполнена из нержавеющей стали или стекла. На внешнюю поверхность внутренней ёмкости нанесено специальное теплоотражающее покрытие. Между этими ёмкостями вакуумный слой – безвоздушное пространство для уменьшения контакта с окружающей средой. Сверху закрывает ёмкости плотная пробка и крышка – чашка. (Рис. 1) Благодаря тому, что термос имеет воздушную прослойку между сосудами внешним и внутренним, светоотражающее покрытие снаружи внутреннего сосуда и герметичную крышку – прибор препятствует теплообмену продукта с окружающей средой и сохраняет температуру продукта несколько дольше, чем это происходит непосредственно в окружающей среде [16]. 1 – крышка термоса   2 – пробка   3 – корпус термоса   4 – зеркальная колба Рисунок 1. Строение термоса                 I.3. Возможности применения термоса По назначению различают: бытовые термоса и термоса для общественного питания. Бытовые термоса представляют собой стеклянные или металлические сосуды, заключённые в металлический   или   пластмассовый   кожух.   Выпускаются   с   узким   и   с   широким   горлом; закрываются пробкой и крышкой. Емкость таких термосов от 0,25 до 2 л. Есть термокружки и кружки­термосы для бытового использования. В   зависимости   от   типа   используемой   пищи,   современные   бытовые   термосы   можно разделить на следующие виды:  Термосы для напитков — имеют узкую горловину диаметром 25—55 мм. (Рис. 2)                                        Рисунок 2. Термос для напитков с колбой из нержавеющей стали  Термосы с пневмонасосом — в конструкции крышки такого термоса есть насос для извлечения жидкостей путём нажатия на кнопку, и выводное отверстие сбоку для наливания. Предназначены для настольного использования. (Рис. 3)                                              Рисунок 3. Термос для напитков с пневмонасосом  Пищевые термосы — имеют  широкую горловину, диаметр которой практически равен диаметру корпуса (от 65—80 мм). Предназначены для хранения первых и вторых  блюд, мороженого и других видов пищевых продуктов.  Универсальные   термосы —   отличаются   от   пищевых   термосов   только   конструкцией пробки, которая имеет дополнительное, более узкое, отверстие для наливания напитков. (Рис. 4) Рисунок 4. Универсальный термос  Пищевые   термосы   с   судками —   термосы,   в   которые   стопкой,   друг   на   друга, вкладывается 2—3 пластиковые или металлические ёмкости (контейнеры), позволяющие одновременно раздельно хранить различные виды блюд — например для обеда: холодную закуску с первым и вторым блюдом. (Рис. 5) Рисунок 5. Термоконтейнер В общественном питании для хранения и перевозки кулинарных изделий применяют термоса ёмкостью до 30 л и так называемые термоконтейнеры, в которые загружают лотки с пищей; для торговли горячими пирожками, мороженым, используют термолотки ёмкостью до 10 л. Это оборудование изготовляется  обычно из алюминия; пространство между стенками для термоизоляции заполняют пробковой крошкой, гофрированной бумагой, алюминиевой фольгой и т. п. Закрываются крышками, имеющими также двойные стенки [15]. I.4. Способы передачи тепла В природе и технике теплота передается от более нагретых тел к менее нагретым телам. Различают три вида теплопередачи: 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 [8.с.428]. Если принять теплопроводность воды за еденицу, то теплопроводности других веществ по отношению к воде распределятся следующим образом: Вода Алюминий Бензин Бумага Вата Воздух Войлок Древесина Земля Золото Кирпич Пенопласт ПСБ-С 15 (плотность до 15кг/м3) 1 370 0. 2 0.23 0.07 0,043 0.15 0.2 – 0.7 0.7 – 3.5 516 1.05 0.043 Лед Медь Пробка Ртуть Серебро Снег свежевыпавший Спирт Сталь Стекло Ткань шерстяная Фарфор Пенопласт  ПСБ­С25    (плотность до 15,1­25 кг/м3) 3.7 677 0.07 13.2 755 0.17 0.3 76 0.98 0.038 1.7 0,041 Таблица 2. Теплопроводность веществ по отношению к воде               Из   таблицы   видно,   что   наилучшая   теплопроводнось   у   металлов,   а   незначительной теплопроводностью обладают воздух, вата, пробка, пенопласт.   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  [8.с.172]. 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 [8.с.136]. Теплопроводность, конвекция и излучение используются в устройстве термоса.  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.  II. Исследование свойств термоса Проанализировав   ответы   учащихся   пятых   классов   на   поставленные   нами   вопросы,   мы выяснили, что 74% опрошенных   уверенны в том, что термос пригоден только для хранения нагретых продуктов.  Но, изучая историю создания термоса, мы обнаружили   информацию о том, что перед помещением вещества в термос, нужно его нагреть или охладить. Нам стало интересно, а что же будет происходить с охлажденными веществами? Здесь нас ожидало открытие, оказывается, термос препятствует согреванию охлажденных продуктов. Он сохраняет температуру продукта, помещенного   в   него,   благодаря     особенному   строению,   которое   способствует   меньшему контакту с окружающей средой, материалами, используемыми в его изготовлении, герметичной крышке. Поэтому для проведения опытов для наглядности мы решили  брать снег. Исследование №1  Тема: Изучение теплоизоляционных свойств воздуха. Цель исследования: Доказать, что воздух плохой проводник тепла Оборудование:     пластиковый контейнер два пластиковых контейнера меньшего размера снег Ход исследования: мы положили в маленькие контейнеры по одинаковому количеству снега и зарыли   их   крышкой.   Один   из   контейнеров     поставили   в   большой   контейнер,   который   тоже закрыли. И наблюдали, 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 (Рис. 6). Рисунок 6. Изучение теплоизоляционных свойств воздуха Вывод 1: воздух плохо проводит тепло. Исследование № 2 Тема: Сравнение поглощательной способности темных и  зеркальных поверхностей. Цель: исследовать, какие тела лучше поглощают энергию: темные или зеркальные. Оборудование:     2 стакана снег настольная лампа (источник тепла) Ход исследования: один стакан мы   наполовину зачернили, а другой – обклеили   наполовину фольгой и положили  в них одинаковое количество снега (рис. 7). Рисунок 7. Подготовленные стаканы Включили   настольную   лампу   и   поставили   оба   стакана   прозрачной   стороной   к   себе.   И наблюдали за таянием снега в стаканах. (Рис. 8). Рисунок 8. Таяние 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 Тема: Сравнение отражательной способности зеркальных  и прозрачных поверхностей. Цель: исследовать, какие тела больше отражают: зеркальные   или прозрачные. Оборудование:     2 одинаковых стакана, один из которых обклеен фольгой 2 воздушных шара Настольная лампа как источник тепла Ход   исследования:  мы   взяли   два   одинаковых   стакана,   один   из   них   обклеили   фольгой   и натянули на них по воздушному шарику (Рис. 9)                 Рисунок 9. Подготовленные стаканы Включили   настольную   лампу   и   поднесли   к   ней   стаканы   с   шариками,   наблюдая   за деформацией шариков. Рисунок 10. Деформация резиновых шариков  под воздействием нагретого воздуха в стаканах Шарик, натянутый на прозрачный стакан растянулся больше, так как воздух в этом стакане нагрелся сильнее и давление воздуха увеличилось на большую величину (Рис. 10). Вывод 3: зеркальные поверхности отражают энергию больше. III. Практическая часть Изучив основные свойства термоса, мы   принялись за изготовление своего. Для этого взяли две пластиковых бутылки. От большой бутылки  отрезали дно и горлышко, а маленькую бутылку   обклеили   фольгой.   Маленькую   бутылку   вставили   в   большую.   Заклеили     разрез горлышка скотчем.  Решили, что лучше всего заполнить промежутки между бутылками ватой, опилками, поролоном или пенопластом, т.к. у них самая маленькая теплопроводимость (Таблица 2). Исследование № 4.  Тема:  сравнение       теплоизоляционных           способностей   воздуха,     ваты,     бумаги, пенопласта. Цель: Исследовать теплоизоляционные свойства ваты, бумаги, пенопласта и воздуха. Оборудование:        большие пластиковые контейнеры (4 штуки)  маленькие пластиковые контейнеры (4 штуки) снег вата бумага пенопласт часы Ход исследования: мы взяли четыре больших контейнера и вставили в них маленькие. Промежутки в трех контейнерах     заполнили   разными веществами: в № 2 ­ ватой, № 3 ­ бумагой, № 4 ­ пенопластом, оставив небольшой зазор (Рис. 11).  1  2 3  4 Рисунок 11. Контейнеры, наполненные снегом, промежутки заполнены   ватой, бумагой, пенопластом В маленькие контейнеры положили одинаковое количество снега и наблюдали за его таянием. Результаты наблюдений  занесли в таблицу: Бумага Пенопласт 3 часа 40 минут Материал Время (таяние снега) 3 часа 35 минут Вата 3 часа 10 минут Воздух 1 час 30 минут Таблица 3. Результаты таяния снега в контейнрах, наполненных разными материалами Вывод: лучшим    теплоизолятором      в     домашних    условиях   является  пенопласт. Заключение 1. 2. 3. В процессе работы над исследованием, мы смогли объяснить, почему горячая вода в термосе долго не охлаждается: Между стенками колбы находится неподвижный разреженный воздух, который плохо   проводит   тепло,   поэтому   тепло   от   горячей   воды   к   атмосферному   воздуху   не передается. Колба зеркальная, поэтому она меньше излучает энергии. В разбитой колбе между стенками находится не разреженный, а атмосферный воздух, а он проводит тепло лучше, поэтому вода в термосе стала охлаждаться быстрее. Следовательно, гипотеза о том, что если между стенками колбы термоса находится неподвижный разреженный воздух, то тепло от горячей воды к внешней воздушной среде  не передается. Если колба термоса зеркальная, то она излучает меньше энергии, подтвердилась. Для привлечения внимания к данной теме была проведена следующая работа:  Выступления   с   сообщениями   на   уроках   ОБЖ   и   на   заседании   школьного   научного общества;   Проведены беседы для учеников 3­4­х классов; Проведено анкетирование. Работа   может   быть   использована   на   уроках   ОБЖ,   географии,   окружающий   мир, классных часа в качестве дополнительного материала. Литература 1. Большая   книга   вопросов   и   ответов/пер.   с   итальянского   О.А.Литвиновой,         Е.В. Широниной.  М.: ЗАО «РОСМЕН­ПРЕСС»,  2007. – 232с. Ергомышева – Алексеева Физика – юным,    Просвещение, 1969. – 184с. 2. 3. Занимательные опыты и эксперименты /[Ф. Ола и др.]. – М.:  Айрис­  пресс, 2006. – 128с. 4. Ожегов С.И. Толковый словарь русского языка: Ок.57 000 слов/под ред. чл.­ корр. АН РФ Н.Ю. Шведовой. – М.: Рус. яз., 2002, 750с. 5. Я познаю мир: Дет. энциклопедия: Физика/сост. Художник А.А. Леонович; Под общ. ред. О.Г. Хинн – М: ТКО «АСТ»,1995. – 480с. 6. Ушаков   Д.Н.     Большой   толковый   словарь   современного   русского   языка   (онлайн   — версия) http://ushdict.narod.ru/227/w68146.htm 7. Журнал  Популярная механика – №3, 2005 год. 8. Физика.   Справочник   школьника:   М.;   Филологическое   общество   «Слово»,   Компанмя 9. «Ключ – С», 1996. – 576 с. Эткинс П. Порядок и беспорядок в природе: перевод с англ./ Предисл. Ю.Г. Рудого. – М.: ир, 1987. – 224 с., ил. 10. Энциклопедический словарь юного физика/сост. В.А. Чуянов. – М.6 Педагогика, 1984. – 352 с., ил.  .  delaysam    .  ru images.yandex.ru 11. www  12. 13. http://ru.wikipedia.org/wiki/Сосуд_Дьюара 14. http://potomy.ru/school/2239.html 15. http://hoztrade.ru/book/thermos3.htm 16. http://виосталь&rch