Исследовательская работа "Секреты, окружающие нас" 3 класс
1
Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Сосновицкая основная общеобразовательная школа»
Исследовательская работа на тему:
«Секреты,
окружающие нас»
Работу выполнил
Учащиеся 3 класса
Березаева Ангелина и
Журавлёв Вадим
Руководитель проекта:
учитель начальных классов
Ридель М. А.
2018
2
Содержание
Введение...............................................................................................3
Глава I. Теоретическая часть……………………………………………………..5
1.1. Что такое термос ………………………………………………………….5
1.2. История создания термоса………………………………………………..5
1.3. Конструкция термоса……………………………………………………..5
1.4. Термосы эпохи СССР……………………………………………………..6
1.5. Виды термосов…………………………………………………………….7
1.6. Сущность физических явлений, происходящих внутри термоса………9
1.7. Виды теплопередач………………………………………………………10
Вывод………………………………………………………………………….12
Глава 2. Практическая часть……………………………………..13
2.1. Изготовление модели термоса в домашних условиях…………………13
2.2. Испытание модели термоса………………………………………………14
Вывод……………………………………………………………….. 14
Заключение ………………………………………………………….15
Библиографический список …………………………………… 16
Приложения…………………………………………………………………17
3
Введение
Наши семьи любят отдыхать на природе. Каждый раз мамы
берут с собой термос с чаем, компотом, какао, кофе или просто с
кипятком. Иногда время пробегает очень незаметно, но даже через
несколько часов любимый напиток в термосе остаётся такой же горячий.
На его температуру не влияет даже погода на улице. Мы часто
задавались вопросом, спрашивали у родителей: Что же помогает
сохранить чай горячим? Из чего изготавливают термос? На наши
расспросы родители загадочно улыбались и говорили, что обо всем
можно узнать, если очень захотеть. Секретов термоса они нам так и не
раскрыли. Тогда мы с сестрой решили самостоятельно узнать об этом
изобретении, как можно больше и постараться понять принцип работы
термоса. Ведь, на первый взгляд, такой простой предмет, имеющийся
практически в каждом доме, хранит себе такой секрет!
Данная работа будет посвящена рассмотрению вопроса о термосе и его
устройстве, а также способам изготовления термоса в домашних
условиях.
Объект исследования: термос - изобретение 19 века.
Предмет исследования: физические свойства термоса.
Гипотеза исследования: Мы предполагаем, что изучив строение термоса
и механизмы протекания в нем физических явлений, можно создать
термос в домашних условиях.
Цель исследования: 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. создать термос в домашних условиях;
Методы исследования.
1)изучение литературы по заявленной теме исследования;
2) анализ;
3) синтез;
4) наблюдение
Итогом нашей работы станет создание термоса в домашних условиях.
ТЕРМОС
Все остывает постепенно:
Земля и кофе, чувства и зола.
Все остывает в этом мире бренном
И меньше остается нам тепла.
4
Как сделать так, чтоб чай горячим был,
Чтоб не был бы похож на воду из-под крана,
Как сделать, чтобы чай в походе не остыл,
А лился кипятком, как будто из титана?
Для этого волшебный есть сосуд!
Ему посвящено стихотворенье.
Он людям облегчает отдых, труд
И в странствиях улучшит настроенье.
Но, боже упаси, вино налить туда
Под видом "горячительного-чая":
И за последствия тогда не отвечаем:
Взорваться может колба от стыда!
Но мы надеемся — такого не случится:
Не оскорбишь спиртным его зеркальный рай.
А, если вдруг захочется напиться.
Нальешь из термоса, какао, кофе, чай.
5
Глава I. Теоретическая часть
1.1. Что такое термос?
Термос (в переводе с греческого) "therme" - горячий. Такое название
сосуду дал житель Мюнхена.
Термос – это вид кухонной посуды, предназначенной для хранения жидкости
и продуктов питания при определенной температуре в течение некоторого
времени1.
Термос может использоваться не только для хранения готовых напитков и
еды, но и для их приготовления, например — различных настоев и каш.
1.2. 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. 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.
1.3. Конструкция термоса.
Недаром говорят, что великие изобретения свершаются, когда на пути
возникает трудность, или препятствие. Трудность в сохранении сжиженного
газа подтолкнула Д. Дьюара на изобретение изолирующей колбы, которая
могла бы это сделать. Так он придумал сосуд со специальной "рубашкой" с
двойными стенками, между которыми был вакуум.
6
Рисунок 1 Рисунок 2
Вакуум - пространство свободное от вещества, т. е. пространство которое
практически ничем не заполнено, очень сильно разреженный газ.
Изобретение стало успешным. Дьюар добился того, что газы в такой
колбе сохранялись очень хорошо. Это стало поводом, чтобы использовать
колбу (сосуд Дьюара) в термосе. ( Рисунок 1)
Основной элемент термоса — колба (см), которая сделана из стекла или
нержавеющей стали с двойными стенками, между которыми выкачан
воздух (создан вакуум) ( Рисунок 2). Кроме этого есть пробка, которая
закрывает отверстие колбы и крышка, закрывающая весь сосуд.
1.4. Термосы эпохи СССР
Наши родители, бабушки и дедушки родились в другой стране под
названием СССР. Нам стало интересно, а какие термосы были в то время,
в их детстве. Изучив литературу на эту тему, мы узнали вот что :
В советское время самыми лучшими считались термосы, произведенные
в Китае. Тогда качество китайских товаров было неизмеримо выше.
Термосы были — двухлитровые, красные или синие, с цветами или
драконами. Китайский термос хранили на виду на кухне как предмет
интерьера. Потому что были очень красивые.
7
Поставлявшиеся в Советский Союз термосы были в основном
производства пекинской фабрики «Олень», на западном рынке она
известна как Bejiing Deer (пекинский олень), основанной в 60-е годы XX
века. Так же была марка «Ласточка» ― легендарная марка первых
китайских термосов, поставляемых в СССР. Тогда Китай экспортировал в
СССР только товары лучшего качества класса Люкс. Китайские термосы
закрывались алюминиевой крышкой, которую можно было использовать
в качестве чашки. Под крышкой находилась пробка-затычка из липы.
Отсутствие завинчивающейся пробки в большинстве китайских термосов
объяснялось тем, что в них использовалась колба из закалённого
пищевого стекла. А как хорошо держат тепло термосы с зеркальными
стеклянными колбами по сравнению с современными термосами из
металла знает каждый человек, кто владел таким термосом. Кстати, Китай
и до сих остается основным поставщиком качественных термосов для
всего мира. Лучшие термосы до сих пор делают именно там и они
выпускаются под самыми известными мировыми брендами. Но
изменились времена, изменился дизайн и технологии и, к сожалению,
сегодняшние стеклянные термосы, привезенные из Китая, уже совсем не
те, что были в далеком СССР. В погоне за конкурентно-способной ценой
они удешевили сами материалы, что сказалось, естественно,
отрицательно на их качестве. В итоге они теперь и тепло сохраняют
гораздо хуже и пробки там из совершенно другого дерева.
Термосы советского производства и внешне выглядели попроще, и
качество было похуже. Но они тоже верно служили советской семье!
Правда, не так долго
1.5. Виды термосов
Теперь "видовое разнообразие" термосов так велико, что трудно и
перечислить все известные. Вот некоторые из них:
Кружка-термос Термос для детского Чайник-термос Сумка-термос
питания
8
В зависимости от типа используемой пищи, современные
бытовые термосы можно разделить на следующие виды:
а) Термосы для напитков — имеют узкую горловину диаметром 25—
55 мм.
б) 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.
в) 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.
г) Универсальные термосы — отличаются от пищевых термосов только
конструкцией пробки, которая имеет дополнительное, более узкое,
отверстие для наливания напитков.
д) 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.
Существует также вагон-термос — изотермический вагон,
предназначенный для перевозки термически подготовленных
скоропортящихся грузов (СПГ).
вагон-термос
9
Он, в отличие от вагонов-рефрижераторов, не имеет холодильной
установки — поддержание температуры груза в пути следования
обеспечивается за счет теплоизоляции грузового помещения и запаса
тепловой энергии при погрузке груза.
вагоны-рефрижераторы
Теперь они могут быть не только полезными в быту, но и очень
красивыми.
В современном мире различают так же термосы для девочек и мальчиков.
1.6. Сущность физических явлений, происходящих внутри
термоса
Чтобы понять принцип работы термоса, следует более подробно
остановиться на сущности тех физических явлений, которые происходят
внутри него.
Задача термоса - сохранять жидкость как можно дольше горячей, т. е.
сохранять тепловую энергию жидкости, не дать ей остывать. В физике
процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более
холодному называется теплопередачей.
Когда физические тела одной системы находятся при разной температуре,
то происходит передача тепловой энергии или теплопередача от
одного тела к другому до наступления равновесия. Тепло всегда
10
передаётся от более горячих тел более холодным. Это значит, что если не
защищать горячий чай в термосе, то он очень скоро станет холодным, так
как тепловая энергия чая будет передаваться воздуху. Чай постепенно
остынет.
1.7. Виды теплопередач
Что требуется учитывать в устройстве термосе, чтобы остановить
процесс теплопередачи. Требуется разобраться с видами теплопередачи,
чтобы понять, как правильно должен работать термос.
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.
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.
Данный вид теплопередачи широко используется в устройстве термоса.
Между стенками колбы нет воздуха, там вакуум. Вакуум обладает самой
низкой теплопроводностью, поэтому остывание жидкости в термосе
происходит очень медленно.
2. Конвекция. Это способ передачи тепла (энергии) струями жидкости
или газа.
Например, 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. Данное физическое явление могло бы наблюдаться в термосе,
если бы горло колбы не закрывалось специальной пробкой, которая
препятствует передаче тепла от жидкости в воздух.
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.
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.
11
Температура на поверхности Солнца 6000оС, оно излучает огромное
количество энергии, за счет которой прогревается Земля и поэтому на
Земле существует жизнь.
Учёные выяснили, что светлые блестящие поверхности отлично
отражают тепло, а темные поверхности наоборот, очень хорошо
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.
Эти физические явления тоже использовали в устройстве термосе. Колба
термоса покрыта слоем из отражающего зеркального материала. Это
помогает ей отражать энергию жидкости, и она меньше остывает.
Зеркальная поверхность мало нагревается, поэтому колба остаётся
холодной.
Например, раньше колбы покрывали слоем серебра. Серебро – блестящий
светлый металл. Теперь для изготовления колб всё чаще используют
полированную нержавеющую сталь.
12
Вывод
Наше теоретическое исследование помогло раскрыть секреты
устройства термоса; мы узнали о видах термоса разных эпох. Обобщая
полученные данные, можно сказать, что главная задача термоса – хранить
тепло как можно дольше. Этого можно добиться, если учитывать
физические процессы, которые протекают внутри термоса. Необходимо,
чтобы теплопередача между горячей жидкостью и холодным воздухом
была как можно меньше. Этого добиваются производители термосов. Но
возможно ли достижение такого эффекта в домашних условиях? На этот
вопрос мы постараемся ответить в следующей части нашей работы.
13
Глава II. Практическая часть.
2.1. Изготовление термоса в домашних условиях.
Для изготовления термоса в домашних условиях мы будем
использовать подручные средства, которые есть в каждом доме.
Вариантов изготовления термоса может быть несколько. Мы изготовим
один вариант термоса.
Материалы для изготовления термоса в домашних условиях.
(Приложение 1 )
Ход работы
(Приложение 2 )
2.2. Испытание модели термоса
Для проведения испытания модели термоса мы будем использовать
горячую воду. Заливаем воду в термос. Предварительно следует измерить её
температуру. Все данные о температуре воды мы будем заносить в таблицу
(Таблица 1). Испытания термоса будут проходить в течение шести часов.
Каждый час мы будем замерять температуру воды. Термос во время
испытания будет находиться в комнате на столе при комнатной температуре
+21.
Таблица 1
Время
Температурные
значения
воды
Величина
изменения
температуры воды
Начало испытания
+ 80 ̊
Через час
+72 ̊
На 8 ̊ ниже
Через час
+64 ̊
На 8 ̊ ниже
Через час
+57 ̊
На 7 ̊ ниже
Через час
+51 ̊
На 6 ̊ ниже
Через час
+45 ̊
На 6 ̊ ниже
Через час
+39 ̊
На 6 ̊ ниже
14
Вывод:
Модель термоса успешно прошла испытания. Термос остался
целым, вода в нем сохранилась до конца испытания. Изменения
температуры воды в термосе происходили плавно и постепенно. В среднем
она опускалась на 7 ̊ каждый час. Через шесть часов вода не приобрела
значение комнатной температуры, а оставалась всё ещё тёплой. 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 её прочность. Они позволяют смягчить резкие
удары, которые возможны при падении такого термоса.
Наша экспериментальная работа по изготовлению модели термоса и
исследования температурных значений воды доказали, что изготовить
термос в домашних условиях вполне реально. У самодельного термоса есть
свои плюсы:
1. Это использование подручных бросовых материалов.
2. Это низкая себестоимость такого изделия по сравнению с
купленным термосом.
3. Это небольшой вес изделия.
4. Это технологическая простота в изготовлении.
5. Это достаточная прочность изделия.
Но есть и минусы:
1. Остывание или нагревание воды происходит быстрее, чем в
заводских моделях.
2. Внешний вид изделия не совсем привлекателен.
3. Самодельный термос невозможно вымыть после использования, так как
горлышко бутыли, которую использовали для изготовления колбы, узкое.
Самое главное, что мы поняли – изготовление термоса в домашних
условиях возможно, если при этом учитываются все физические процессы
протекающие внутри этого устройства.
15
Заключение
Мир физических явлений чрезвычайно разнообразен. Мы пока не
начали изучать предмет - физику. Но наша исследовательская работа
заинтересовала нас, потому что мы смогли объяснить процесс сохранения
тепла с научной точки зрения. Было сложно понять суть физических
явлений, но работа с разными источниками информации, беседы с нашим
учителем, учителем физики, пояснения родителей позволили достичь
результата.
В ходе своей работы мы узнали историю появления термоса, мы
выяснили устройство этого изделия, поняли суть протекающих в нём
физических явлений. Это позволило нам сконструировать свою модель
термоса. Главное, что требовалось при моделировании – это уменьшить
теплопроводность колбы. Мы решили эту проблему, используя в моделях
различные пористые материалы. Наш эксперимент по использованию
самодельных термосов в домашних условиях можно считать удачным. Он
доказал, что изготовление термоса в домашних условиях реально и
выполнимо.
Таким образом, наша гипотеза подтвердилась. Мы уверенно
говорим, что знания физических закономерностей помогает человеку жить.
Теперь мы готовы изготовить такой термос для своих домашних нужд.
Это позволит сохранить нашим семьям денежные средства. Не секрет, что
заводские модели термосов стоят не дёшево. Мы посоветуем и другим
ребятам моего класса изготовить термос собственноручно.
Наша работа помогла пополнить нам свой багаж знаний, позволила
расширить кругозор, познакомила нас с такой замечательной наукой –
физикой.
Мы думаем, что не только устройство термоса можно объяснить с точки
зрения физики. Есть и другие предметы, которыми люди пользуются
давно, но совсем не подозревают о том, какие секреты могут скрывать эти
устройства внутри себя. А это значит, что наши исследования будут
продолжаться.
16
Библиографический список
1. Вакуум [Электронный ресурс] URL:
https://ru.wikipedia.org/wiki/%C2%E0%EA%F3%F3%EC
2. Ергомышева – Алексеева М.Н. Физика - юным. - М., «Просвещение»,
1969. – 184с.
3. Как выбрать термос [Электронный ресурс] URL:
http://womanmir.com/dom/791-kak-vybrat-termos.html
4. Конвекция [Электронный ресурс] URL:
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D0%B2%D0%B5
%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F.
5. Литвинова О. А., Широнина Е.В. Большая книга вопросов и ответов. -
М.: ЗАО «РОСМЕН-ПРЕСС», 2007. – 232с.
6. Ола Ф и др. Занимательные опыты и эксперименты. – М.: Айрис- пресс,
2006. – 128с.
7.Термос (история изобретения) [Электронный ресурс] URL:
http://istoriz.ru/termos-istoriya-izobreteniya.html
8. Теплопередача [Электронный ресурс] URL:
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D2%E5%EF%EB%EE%EF%E5%F0%E5%E4
%E0%F7%E0
9. Теплопроводность [Электронный ресурс] URL:
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE
%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B
E%D1%81%D1%82%D1%8C (Дата обращения 28.03.2015)
10. Что такое термос? Виды термосов. [Электронный ресурс] URL:
http://findfood.ru/termin/termos
11. Хинн О.Г. Я познаю мир. Детская энциклопедия: Физика. – М: ТКО
«АСТ»,1995. – 480с.
17
Приложения
Приложение 1.
Материалы для изготовления термоса в домашних условиях.
1. Стеклянная бутылка емкость 0.5 л с винтовой крышкой.
2. Пластиковая бутылка ёмкостью 2 л
3. Теплоизоляционный материал – синтепон
4. Светоотражающий материал - фольга
5. Скотч, нитки
6. Ножницы, нож
7. Губка
8. Пластиковый стаканчик
9. Маркер
Приложение 2.
Изготовление модели термоса в домашних условиях
Ход работы
Мы использовали стеклянную бутылку для изготовления колбы, так
как неё, можно наливать горячую воду. От горячей воды такая колба не
деформируется. Поэтому при испытаниях этой модели мы будем
использовать горячую воду.
1) Разрежем пластиковую бутылку пополам. Её части мы используем для
изготовления корпуса термоса.
2) Стеклянную бутылку обматываем фольгой, чтобы блестящий слой был
внутри, а матовый снаружи. Обмотать надо тщательно не только стенки
сосуда, но и его дно.
3) Берём синтепон и отмеряем кусок, который потребуется для следующего
слоя.
4) Синтепоном обматываем всю бутылку: стенки и дно стеклянной бутылки.
5) Обмотаем синтепон нитками, чтобы он плотнее лежал на бутылке.
6) Теперь следует ещё раз обмотать бутылку фольгой, плотно прижимая её к
стенкам нашей самодельной колбы.
7) Обмотаем колбу скотчем, чтобы все слои хорошо держались на бутылке.
8) Вставляем получившее изделие в нижнюю часть пластиковой бутылки.
9) Отрезаем у верхней части пластиковой бутылки винтовую часть
горлышка. Это следует сделать очень точно, чтобы горлышко стеклянной
бутылки свободно проходило в это отверстие.
18
10) Обмотаем половинки пластиковой бутылки скотчем, чтобы надежно их
соединить между собой.
11) Чтобы уменьшить теплоотдачу через крышку колбы (бутылки), её надо
тоже утеплить. Берём кусок поролона и делаем в нём круглое углубление,
которое по диаметру будет чуть меньше крышки бутылки.
12) Теперь следует этот подготовленный кусок поролона вставить в
пластиковый стаканчик. Для этого следует срезать у пластикового
стаканчика верхнюю часть. Дно стаканчика по высоте должно быть таким
же, какова и высота поролонового кусочка.
13) Кладем отрезанную нижнюю часть стаканчика на подготовленный кусок
поролона, где располагается крышка, и обводим его по окружности.
14) Вырезаем эту часть из куска поролона и вставляем в нижнюю часть
стаканчика. Получилась утепленная крышка для бутылки.
Модель термоса готова.
