Проект "Мир технологий"

Научно-исследовательская работа

«ТАЙНА ТЕРМОСА»

Работу выполнил:

учащийся 6 «Б» класса МОУ Лицей № 47

г. Саратова

Ендягин Егор

Руководитель:

Ендягина Ирина Владимировна

2019

г. Саратов

Оглавление

План исследования Страница

1. Введение 3

2. Основная часть

1. История создания термоса 4

2. Физические свойства термоса и его секрет 5

3. Область применения термоса 6

4. Экспериментальная часть 7 – 8

5. Термос своими руками 9 - 10

6. Вывод 10

1. Заключение 11

2. Литература 11

Введение

Во время летних каникул почти три месяца я провожу время на даче с мамой и бабушкой, а на выходные к нам приезжает папа. Мы часто ходим на речку и надолго уходим с папой гулять в лес. Перед выходом мы остужаем воду в холодильнике и заливаем ее в термос. Мне стало интересно, почему вода в термосе остается прохладной? Папа рассказал мне о вакууме между стенок и зеркальной колбе. И тогда я решил попробовать изготовить термос сам. Но оказалось, нужно было узнать некоторые тайны и историю создания термоса. Так появилась исследовательская работа «Тайна термоса»

Обоснование темы

Холодно или жарко? Не имеет значения! Одно из интереснейших открытий 19 века по сей день помогает сохранить тепло или холод.

Цель исследования

Изучить строение термоса. Создать термос в домашних условиях.

Задачи

1. Изучить теоретический материал, раскрывающий понятие ―термос, принципы работы термоса, его физические свойства.

1. обобщить наблюдения, раскрывающие условия нагревания жидкости в термосе.

1. создать термос в домашних условиях.

История создания термоса

Первый контейнер для хранения сжиженных газов был разработан в 1881 году немецким физиком А. Ф. Вейнхольдом. (Приложение № 1). Он представлял собой стеклянный ящик с двойными стенками с откачанным из межстеночного пространства воздухом. В 1892 году шотландский физик и химик Джеймс Дьюар изобрел двустенную колбу с узким горлом, усовершенствовав стеклянный контейнер для хранения сжиженных газов ранее придуманный немецким физиком А.Ф. Вейнхольдом. Между стенками колбы был откачан воздух, а узкое горло обеспечивало уменьшенное испарение жидкости. Такая конструкция впервые помогла получить и сохранить твердый и жидкий водород. (Приложение № 2). Именно сосуд Дьюара стал прототипом современного термоса. Однако, идея об использовании сосудов Дьюара в быту принадлежала одному из его учеников – Рейнгольду Бургеру
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 — на это изобретение Рейнгольд Бургер получил немецкий патент. Был объявлен конкурс на лучшее название торговой марки для нового изобретения, в котором победил один из жителей Мюнхена, предложивший название Тhermos (от греч. therme — горячий). Сосуды Дьюара не были запатентованы, их изобретатель — Джеймс Дьюар — считал, что они не будут иметь коммерческого успеха, поэтому, когда он обратился в суд о возмещении нанесённого Бургером ущерба, его иск остался неудовлетворённым. С этого момента в истории началась жизнь термоса. (Приложение № 3).

Физические свойства термоса и его секрет

Время сохранения температуры в термосе зависит от его объема – чем он больше, тем дольше сохраняется в нем тепло или холод. А также зависит от материалов, из которых изготовлен термос.

Основной элемент термоса - зеркальная колба, которая изготавливается из стекла или металла. 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 или не нагревается. (Приложение № 4).

Область применения термоса

В наше время термос применяется в трех сферах жизнедеятельности человека.

1. Применение термоса в быту.

Применение термоса в быту для человека является, чуть ли не самым распространенным и не заменимым способом сохранения напитков и еды в их исходном состоянии - теплых, горячих или холодных. В зависимости от того, что нужно сохранить горячим или холодным, Вы можете использовать термос для напитков, еды или взять универсальный термос. А иногда Вам может хватить и обычной термокружки.

1. Применение термоса на производстве.

В лабораториях и в промышленности сосуд Дьюара часто используется для хранения жидкостей, становящихся газообразными при комнатной температуре, таких как кислород и азот; в этом случае утечка тепла в чрезвычайно холодное внутреннее пространство колбы приводит к медленному выпариванию жидкости. Превосходная изоляция сосуда Дьюара приводит к очень медленному выпариванию, и, таким образом, содержимое остаётся жидкостью в течение долгого времени без потребности в дорогом охлаждающем оборудовании.

1. Применение термоса в медицине

В медицине и ветеринарии специальные сосуды Дьюара используются для длительного хранения биологических материалов при низких температурах. (Приложение № 4)

Экспериментальная часть

Прежде чем приступить к изготовлению термоса в домашних условиях, я изучил физические свойства материалов из которых планирую изготовить термос. (Приложение №5)

Исследование №1 Изучение теплоизоляционных свойств воздуха.

Цель исследования: Доказать, что воздух плохой проводник тепла

Оборудование: - стеклянная банка

- две стеклянных банки меньшего размера

- лед из морозильной камеры.

Ход исследования

Я положил в маленькие банки по одинаковому количеству льда и закрыл

их крышкой.

Одну маленькую банку я поставил в большую, которую тоже закрыл.

И наблюдал, в какой банке лед раньше растает. Лед раньше растаял в

одиночной банке, а потом в двойной банке, та как тепло из комнаты

ко льду не передается. Вывод 1: воздух плохо проводит тепло.

Исследование № 2. Сравнение поглощательной способности темных и

зеркальных поверхностей. (Приложение №6)

Цель исследования: исследовать, какие тела лучше поглощают энергию:

темные или зеркальные.

Оборудование: - 2 стакана

- лед

- настольная лампа (источник тепла).

Ход исследования

Один стакан я зачернил, а другой – обклеил фольгой и положил в них

одинаковое количество льда.

Включил настольную лампу и поставил оба под нее.

И наблюдал за таянием льда в стаканах.

Лед 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. Сравнение теплоизоляционных способностей

воздуха и бумаги. (Приложение №7)

Цель: Исследовать теплоизоляционные свойства бумаги и воздуха.

Оборудование: две большие стеклянные банки, две маленькие стеклянные банки, лед, часы

 Ход исследования

Я взял две большие банки и вставил в них маленькие.

Промежуток в 1 банке я заполнил бумагой, 2 банка заполнена воздухом.

В маленькие банки положил одинаковое количество льда и наблюдал за его таянием. Результаты наблюдений я занес в таблицу. 

Ход исследования

Вывод 3:

Лучшим теплоизолятором в домашних условиях является бумага.

Термос своими руками

1) Подготовка материалов и инструментов.

Для модели термоса нам потребуются следующие материалы и инструменты:

• Пластиковая бутылка 2 л.

• Стеклянная бутылка 1,2 л.

• Скотч малярный

• Теплоизоляционный материал – листы бумаги

• Светоотражающий материал – фольга

Ножницы.

2) Подготовка пластиковой бутылки

Беру пластиковую бутылку емкостью 2 л. Режу её вдоль. Срезаю у неё винтовую часть горлышка. Разрезаю бутылку вдоль. Эти части потребуются для изготовления корпуса термоса.

3) Первый слой колбы – бумажные салфетки

• Далее беру стеклянную бутылку 1,2 л и оборачиваю её бумажными салфетками, плотно прижимая их к стенкам бутылки. Фиксирую салфетки 3 слоями малярного скотча

Второй слой колбы – фольга

• Теперь обматываю бутылку несколькими слоями фольги. Чем больше слоев фольги, тем лучше. Слой фольги должен быть на стенках и дне бутылки.

• Чтобы фольга хорошо держалась на бутылке, фиксирую её молярным скотчем. Бутылка будет играть роль колбы

4) Совмещаем колбу с внешним корпусом и фиксируем малярным скотчем несколькими слоями

5) Модель термоса готова (Приложение №8)

Испытания модели термоса

Для проведения испытания модели термоса буду использовать горячую воду температурой 60 градусов. Заливаю воду в термос. Все данные о температуре воды я буду заносить в таблицу (Таблица 1). Испытания термоса будут проходить в течение шести часов. Каждый час я буду замерять температуру воды. Термос во время испытания будет находиться в комнате на столе при комнатной температуре +24. (Приложение №9)

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 2,5 градусов каждый час

• Через шесть часов вода стала 43 градуса, потеряв от начального значения 17 градусов. 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. Ещё одним достоинством этой модели можно считать его небольшой вес. Самое главное, что я понял – изготовление термоса в домашних условиях возможно, если при этом учитываются все физические процессы протекающие внутри этого устройства. (Приложение №9)

Заключение

Более 130 лет прошло с момента изобретения первого контейнера для хранения сжиженных газов. Но мог ли немецкий физик Вейнхольд предполагать, что его изобретение станет таким важным и нужным не только в науке? Об этом мы уже не узнаем. Но совершенно очевидно, что современный термос стал незаменимым спутником в нашей жизни. Вам нужно горячее или холодное? Нужно что бы продукты долго сохраняли свои первоначальные температурные свойства? Возьми термос!

Литература

1. «Большая книга вопросов и ответов»/Пер. с итальянского О.А.Литвиновой,

Е.В. Широниной. М.: ЗАО «РОСМЕН-ПРЕСС», 2007. – 232с.

2. «Занимательные опыты и эксперименты /[Ф. Ола и др.]. – М.: Айрис-

пресс, 2006. – 128с.

3. «Физика - юным». Сост. М.Н. Ергомышева – Алексеева. М.,

«Просвещение», 1969. – 184с.

4. «Я познаю мир»: Дет. энциклопедия: Физика/Сост. Художник А.А.

Леонович; Под общ. ред. О.Г. Хинн – М: ТКО «АСТ»,1995. – 480с.

5. www.delaysam.ru

6. images.yandex.ru

10