Проектная работа по физике на тему "Гейзер-как природный источник"

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение дополнительного образования  «Станция юных натуралистов»  Учебно­исследовательская работа                                                                                                                                                                           Выполнил:  Игорь Михайлович Адаев Руководитель:  Салтыков Илья Васильевич,  педагог дополнительного образования  2018  город Глазов Содержание 11. Введение…………………………………………………………………3 2. Основная часть…………………………………………………………...4 2.1. История гейзеров………………………………………………………4 2.2.  Гейзер – как природный источник. …………………………………7 2.3. Повторение изученного материала..…………. ……………..............8 2.4. Явление кипения и гидротермальный взрыв………. ………………8 2.5. Ход работы. Модель гейзера ………... ………………………………9 3. Заключение……………………………………………………………....10 4. Список литературы………………………………………………………11 21. Введение Гейзеры относят к грандиозным и потрясающе красивым явлениям природы. Они   сосредоточены   в   тех   районах   земли,   которые   отличаются   высокой вулканической активностью. Цель работы: исследовать явление кипения в реальном мире. Задачи:  ­познакомиться с  историей гейзеров ­ принцип действия гейзера ­ гейзер – как система явлений по молекулярной физике ­ рассмотреть пример гидротермального взрыва на демонстрационном опыте Предмет исследования: явление кипения. Объект исследования: модель гейзера. 32. Основная часть 2.1. История гейзеров В   последние   полтора   столетия   было   предложено   много   теорий, объясняющих механизм действия гейзеров. Впервые соображения о механизме действия гейзеров были высказаны в 1811   г.   Г.   Маккензи.   Он   считал,   что   действие   гейзеров   основано   на повышенном   давлении   пара,   который   скопляется   в   невидимой   подземной камере в результате закипания там воды. Его мысли о подземной камере были подхвачены последующими исследователями, но идеи об источнике тепла и характере его действия развития не получили. Круг фон Нидда в 1883 г. создал свою теорию действия гейзеров. По его мнению,   деятельность   как   вулканов,   так   и   гейзеров   зависит   от   пара. Источником   пара   он   считал   “подземные   горячие   ключи”.   Объяснение причины,   почему   одни   ключи   кипят   постоянно,   а   другие   действуют периодически,   он   искал   в   их   подземном   строении:   при   свободном прохождении пара через столб воды образуются кипящие источники; если же пар   на   пути   встречает   камеры   и   расширения   канала,   где   он   может накапливаться,  образуются   гейзеры.  Сверху   вода   в   канале   охлаждается   от соприкосновения с воздухом, а узкий канал препятствует циркуляции. В 1836 г. Е. Лоттин на основе специальных температурных измерений доказал, что температура в канале Большого гейзера Исландии увеличивается с глубиной. На некоторой глубине она равна температуре кипения воды на поверхности, но так как давление здесь соответственно увеличено, она все же не кипит. 4В   1846   г.   Р.   Бунзен   и   А.   Деклаузо,   исследуя   исландские   гейзеры, разработали   теорию   их   действий.   Результаты   их   наблюдений   над температурой воды в гейзере в промежутках между извержениями сводятся к следующему:  1) температура в столбе воды гейзера уменьшается снизу вверх;  2)  после   извержения   температура   воды   в  канале   гейзера   непрерывно повышается;  3) в промежутке между извержениями температура в столбе воды нигде не достигает точки кипения при существующем давлении;  4) чем ближе к извержению, тем более приближается к точке кипения температура   в   самой   нижней   части   столба   воды.   Перед   извержением достаточно   незначительного   уменьшения   давления,   чтобы   весь   столб   воды закипел. В 1880 г. X. Ланг впервые указал на необходимость притока холодной воды, которая заканчивает извержение, и высказал соображение, что, не будь этого притока, гейзеры в конце концов превратились бы в струи пара. Ланг возражает также и против представления о закипании воды на дне гейзерного канала; горячая вода меньшей плотности стремится вверх, где охлаждается при соприкосновении с воздухом и опять опускается. Чем больше разность температур,   тем   сильнее   циркуляция,   препятствующая   закипанию   на   дне. Поэтому   Ланг   считал,   что   кипение   начинается   в   боковом   резервуаре.   Он подчеркивает, что его взгляд на гейзерный механизм совпадает с взглядом Круг   фон   Нидда,   только   последний   видел   движущую   силу   процесса   в постоянном увеличении давления и расширения пара, а он, Ланг, следуя в этом   вопросе   за   Бунзеном,   считает   единственной   причиной,   объясняющей действие гейзера, внезапное вскипание воды, но не на дне канала, а в боковой камере. 5Торкельсон , как и Ланг, критикует Бунзена за отсутствие объяснения периодичности   действия   гейзеров.   Анализируя   температурные   кривые Большого гейзера, приводимые Бунзеном и Деклаузо, Торкельсон установил, что все они имеют одинаковую форму: максимум температуры лежит в 9 м от дна канала, ниже температура падает, что опровергает принципиальный вывод Бунзена ­ представление о закипании воды на дне канала. Торкельсон, так же как и Бунзен, подчеркивает отсутствие значительных изменений температуры в  канале   гейзера   за   все  время   периода   его   покоя.  На   основании   этого   он приходит   к   выводу,   что   причину   извержения   надо   искать   вне   гейзерного канала.   Пар   и   горячая   вода,   по   взгляду   Торкельсона,   поступают   в   канал гейзера как раз в том месте, где отмечена максимальная температура. Пар, поднимаясь   по   узкому   гейзерному   каналу,   уменьшает   давление,   так   как превращает   воду   в   паро­водяную   смесь   с   меньшим   удельным   весом.   Это уменьшение   давления   и   является   непосредственной   причиной   извержения. Взгляд Торкельсона очень близок к представлениям Круг фон Нидда. Модели гейзеров конструировали многие исследователи: Ж. Видемакн в 1882 г., А. Андре в 1893 г., Грахэм в 1893 г. и Джегтер в 1898 г. 62.2. Гейзер – как природный источник Около 100 миллионов лет назад динозавры выращивали потомство, откладывая яйца близ гидротермальных источников в долине Санагаста в одной из северо­западных провинций Аргентины. Такой вывод сделали Джеральд Грелле ­ Тинне из чикагского музея Филда и Лукас Фиорелли из   Регионального   центра   исследований   в   Ла­Риоха.   Палеонтологи изучили 80 кладок (в среднем 3­12 яиц), расположенных в трёх метрах от геотермальных   источников.   Анализ   показал:   кристаллы   близ   гнёзд образовывались   при   температуре   60­100   °C.   Яйца   «высиживались»   от одного до двух месяцев.  Сейчас гейзеры используются для различных действий, таких как производство   электричества,   Много геотермических   запасов   найдены   на   всем   свете.   Многие   туристы   нагревание   и   туризм. выезжают в летний период на Камчатский полуостров, чтобы поправить свое здоровье на термальных источниках. Области гейзера в Исландии ­ некоторые   из   наиболее   коммерчески   жизнеспособных   местоположений гейзера в мире. Так как горячая вода 1920­ых, направленная от гейзеров, использовалась,   чтобы   нагреть   оранжереи   и   вырастить   еду,   которая иначе, возможно, не была выращена в неприветливом климате Исландии. Пар и горячая вода от гейзеров также использовались для нагревания домов с 1943 в Исландии. Воды многих камчатских горячих источников содержат   такие   ценные,   нужные   народному   хозяйству   элементы,   как мышьяк,   сера,   которые   попутно   можно   добывать   при   использовании 7горячей воды для отопления. Минерализованные воды многих горячих источников   являются   лечебными.   С   их   помощью   успешно   лечат ревматизм, кожные заболевания, заболевания нервной системы и ряд др. 2.3. Повторение изученного материала  На   уроках   физики   в   8   классе,   мы   прошли   тему   «Кипение,   удельная теплота   парообразования   и   конденсации».   Повторив     материал,   мы решили углубиться в теорию и нашли понятие «гидротермальный взрыв», исследовав   примеры   «гидротермальных   взрывов»,   мы   остановились   на «модели» гейзера. 2.4. Явление кипения, гидротермальный взрыв. Кипение [3] ­ это интенсивное парообразование, которое происходит при нагревании жидкости не только с поверхности, но и внутри неё.  Принцип кипения: Кипение происходит с поглощением теплоты.   Большая   часть подводимой теплоты расходуется на разрыв связей между частицами вещества, остальная   часть   ­   на   работу, совершаемую при расширении пара. 8Гидротермальный взрыв — природное явление имеющее происходит   при   внезапном   высвобождении   большого   объема   перегретой,   форму взрыва, находящейся   под   давлением воды,   в   ходе   которого   происходит   быстрое превращение   жидкости   в газообразное состояние   с   сопутствующим разрушением слоев грунта, сдерживающих проходящий поток газа. Как правило, происходят в вулканически активных районах, но напряму ю не связаны с текущей активностью магматического очага вулкана. В зависимости от силы извержения, разбр ос обломков может происходить нарасстояние от нескольких метров дон ескольких километров. Причины гидротермальных взрывов: Гидротермальные   взрывы  [2] происходят   в   районах   с   изолированными подземными резервуарами под давлением, которые либо содержат воду, кипения разогретую   температуры   точки до   выше     при нормальных условиях,   либо   содержат   горячую   воду   с   большим количеством   растворенного   в   ней газа.   Внезапное   снижение   давления приводит к резкой смене агрегатного состояния вещества с жидкого на газообразное,   что   приводит   к   быстрому   высвобождению   резервуара   и разлету обломков. 2.5. Ход работы. Изучив теорию кипения и гидротермальных взрывов, мы решили сделать   практический   опыт   по   созданию   модели   гейзера.   Нас заинтересовала статья из журнала «Потенциал». Модель  гейзера. Модель гейзера состоит: 1. Изогнутая алюминиевая трубка с герметически закрытым концом; 2. Крышка от пластиковой бутылки; 93. Воронка. Принцип действия: Собираем экспериментальную установку [1]. В воронку наливаем немного   воды.   Чтобы   заполнить   водой   котел,   набираем   воду   в медицинский шприц с металлической иглой, вводим иглу внутрь трубки и давим на поршень. Мы видим, что из сопла начинают выходить пузырьки воздуха. Как только выделение пузырьков прекратится, установка готова к работе. Нагреваем   котел   нашей   модели   гейзера   в   не   слишком   сильном пламени спиртовки. Спустя несколько минут гейзер заработает. Капли воды вырываются наружу под действием кипения, вылетая на 1,5 метра.  3.Заключение Изучив   работу,   мы   раскрыли   красоту   гейзеров   и   их   пользу   для человечества. На нашей планете множество прекрасных и удивительных уголков, но гейзеры поражают воображение своей мощью и одновременно неповторимостью.  10Нам удалось изучить гидротермальный взрыв (тему, которую не изучают в школьном курсе физики) на основе модели гейзера. Список литературы 1. Вараксина Е.И., Исакова М.Л. Структура, содержание и методика  организации учебных исследований школьников по гидродинамике //  Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10­12. – С. 2768­2772; 2. Судариков С.М. Журнал «Записки Горного института» 3. Журнал «Наука из первых рук»  4. Журнал  «Потенциал» 11