Инфоурок Физика Научные работыИсследовательская работа "Исследование зависимости скорости остывания горячих напитков в школьной столовой"

Исследовательская работа "Исследование зависимости скорости остывания горячих напитков в школьной столовой"

Скачать материал

МУНИЦИПАЛЬНЫЙ  ЭТАП ВСЕРОССИЙСКОГО ДЕТСКОГО КОНКУРСА НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ И ТВОРЧЕСКИХ РАБОТ «ПЕРВЫЕ ШАГИ В НАУКЕ»

 

 

 

 

 

 

 

Секция ФИЗИКА

 

 

Исследование зависимости скорости остывания горячих напитков в школьной столовой

 

Исследовательская работа

 

 

 

 

Выполнена ученицей

8Б  класса МБОУ «СОШ №12 с УИОП»

г. Старый Оскол, Белгородской области

Дятловой Анной Александровной

 

Научный руководитель:

учитель физики

Брызгунова Ирина Николаевна

 

 

 

 

 

 

Старый Оскол, 2019 г.

 

                      

 

                                               Выполнили:

I.                   Введение                                                                                                                    3-4

II.   Теоретическая часть                                                                                                          4-6

2.1. Горячие напитки и II закон термодинамики                                                                      4-5

2.2.  СанПиН на страже здоровья                                                                                              5-6

III. Практическая часть                                                                                                           6-9

3.1.  Определение плотности напитков                                                                                     6-7

3.2.  Исследование зависимости времени остывания напитка от его плотности                     7-8

3.3.  Исследование зависимости времени остывания напитка от рода вещества, из которого изготовлена посуда                                                                                                                      8-9

Заключение                                                                                                                                    10

Список использованной литературы и ресурсов                                                                       11

Приложения                                                                                                                             12-16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Для нашего здоровья не безразлично, будем ли мы принимать напитки горячими, теплыми или холодными. Мы все знаем, что даже вкус напитков в немалой степени зависит от той температуры, при которой мы их принимаем [1].

Врачи утверждают, что долгое употребление исключительно или почти исключительно холодных напитков неблагоприятно сказывается на здоровье. Человек, приверженный к употреблению холодной пищи и питья, становится менее выносливым, его трудоспособность понижается. Негативно действуют на организм горячая пища и горячие напитки. Это приводит к гастриту, острому воспалению желудка, нередко к хроническому катару. Установлено, что горячая пища и питье повышают температуру тела, а холодные — понижают. Слишком горячие напитки способны увеличивать риск заболевания раком пищевода. Ученые приходят к выводу, что употребление одновременно большого количества горячего питья может привести к смерти.

Употребление человеком пищи является одним из важнейших источников пополнения внутренней энергии. Совершение любой работы сопровождается затратами энергии. Чем плодотворнее и эффективнее работа, тем выше уровень потребления человеком энергии. И наоборот, чем своевременнее и эффективнее пополнение затрат внутренней энергии, тем результативнее будет работа человека.

Таким образом, от того насколько правильно организовано питание учащихся, во многом зависит их здоровье и эффективность учебной деятельности.

В некоторых школьных столовых горячие напитки часто остаются не востребованными, поскольку они либо подаются остывшими, либо чересчур горячими, что делает их употребление не очень удобным.

     Как же точно рассчитать время разлива различных горячих напитков, т. к. приём пищи в нашей школьной столовой осуществляется строго по расписанию. В этом мы увидели актуальность своего исследования, а также его практическую направленность.

Гипотеза: время остывания напитков зависит от их плотности, а также материала, из которого изготовлена посуда.

Цель исследования: определить время остывания горячих напитков школьной столовой.

Исходя, из этого были поставлены следующие задачи:

-  Изучить имеющуюся литературу по теме исследования;

- Ознакомиться с ассортиментом горячих напитков в нашей школьной столовой;

-  Определить плотность взятых для исследования напитков;

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

-  Сделать выводы о том, что в большей степени влияет на время остывания горячих напитков;  

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

Объект исследования горячие напитки школьной столовой (чай, компот, какао, кисель, кофе), разлитые в чашки из различного материала.

Предмет исследования: зависимость скорости остывания горячих жидкостей.

Теоретическая и практическая значимость исследования состоит в использовании теоретических обоснований и выводов работы для повышения эффективности труда рабочего персонала школьной столовой.

Методы исследования: теоретические методы: методы систематизации теоретического материала, исследовательские методы, обобщение накопленного материала, изучение и анализ научной и публицистической литературы по проблеме исследования, моделирование, интерпретация  полученных результатов исследования; обсервационные методы: наблюдение, фиксирование результатов исследования и развития, эксперимент; статистические методы: математические методы обработки результатов исследования, табличная и графическая интерпретация данных.          

 

Горячие напитки и II закон термодинамики

Температура человеческого тела - 36,60С- идеальна для его функционирования. Организм пытается постоянно поддерживать ее на этом уровне. Значит ли это, что и напитки должны быть такой же температуры? Практика говорит об обратном. На самом деле то, что мы пьем, либо слишком горячее (например, чай), либо слишком холодное (например, охлажденные напитки или водопроводная вода). Именно эта разница в температурах помогает поддерживать температуру тела на уровне 36,6 0С. Когда нам холодно, горячий напиток согревает тело. Когда нам жарко, охлажденные напитки помогают понизить его температуру [2].

Приготовляемые и реализуемые на предприятиях общественного питания (в том числе, школьных столовых) напитки можно разделить на две группы: горячие и холодные. Горячие, например, чай, кофе, какао, шоколад. Температура подачи горячих напитков должна быть не ниже 75 0С .Холодные, например, молоко и кисломолочные продукты, плодово-ягодные прохладительные напитки, квасы, ягоды, безалкогольные смешанные напитки. Температура подачи холодных напитков должна быть не выше 140С и не ниже 70 С.

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

В конце 17 века 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»[4]. 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, наступает тепловое равновесие.

Один из основополагающих законов в физике, который называется II законом термодинамики, был сформулирован в XVIII веке немецким учёным Рудольфом Клаузиусом (постулат): «Теплота не может самопроизвольно переходить от тела менее нагретого к телу более нагретому». Процесс, при котором не происходит никаких других изменений, кроме передачи теплоты от холодного тела к горячему.  Постулат утверждает, что такой процесс невозможен. Теплота может переходить самопроизвольно только в одном направлении, от более нагретого тела к менее нагретому, и такой процесс является необратимым [6].

 

СанПиН на страже здоровья

По санитарно-эпидемиологическим нормам и правилам (СанПиН),что для школ являются первоочередным документом, которым должны руководствоваться руководители учебных заведений во время организации учебного процесса, установлены требования к оборудованию, инвентарю, посуде и таре(п 4.8):при организации питания используют фарфоровую, фаянсовую и стеклянную посуду (тарелки, блюдца, чашки, бокалы), отвечающую требованиям безопасности для материалов, контактирующих с пищевыми продуктами. А также в данном документе (п 8.24) прописаны требования к условиям и технологии изготовления кулинарной продукции: горячие блюда (супы, соусы, напитки) при раздаче должны иметь температуру не ниже 75 °C, вторые блюда и гарниры – не ниже 65 °C, холодные супы, напитки – не выше 14 °C [3].

В МБОУ СОШ №12 с УИОП требования СанПиНа выполняются, а в частности: выдерживаются температурные  режимы горячих и холодных блюд, а также правильно и грамотно используется посуда и инвентарь при организации питания (Приложение 1).

Конечно же, работники школьной столовой имеют огромный опыт определять, когда именно нужно разливать горячие напитки, чтобы их температура была не ниже 750С.

Нас же этот вопрос интересует с точки зрения физических явлений: как точно рассчитать время (скорость) остывания горячих напитков, а также, используя физический эксперимент, уточнить, от каких физических величин зависит этот процесс.

 

Исследования

1.      Определение плотности напитков

Проверка гипотезы: время остывания напитков зависит от их плотности.

Откуда взялась это версия? Во-первых, при остывании жидкостей выделяется количество теплоты:

Q= cm (t2-t1), где m- масса тела (жидкости) m= rV, поскольку объем жидкостей одинаков и одинаков материал посуды, в которую разливают в столовой чай, кофе, какао, кисель, компот,  то ими в данный вычислениях пренебрегаем. Значит, как скоро остынет жидкость в первую очередь, зависит от плотности и состава вещества (жидкости):

Q= crV (t2-t1) = crVt.

А во-вторых, конечно же, это житейское наблюдение: чем гуже (плотнее) жидкость, тем дольше она остывает.

       Как определить плотность жидкости? Можно это сделать несколькими простыми  способами.

Способ 1.С помощью динамометра определяем вес тела в воздухе Pвоз, в воде Pвода и в исследуемой жидкости (напитке) Pнапиток (Приложение 2а).

Архимедова сила, действующая на тело в воде, равна:

FA вода=Pвоз-Pвода = ρводаVg,

Архимедова сила, действующая на тело в исследуемой жидкости:

FА напиток=Pвоз-Pнапиток =ρнапитокVg.

Плотность исследуемого напитка можно рассчитать из системы уравнений:

FAвода=Pвоз-Pвода = ρводаVgV=(Pвоз-Pвода)/ρводаg,

FAнапиток=Pвоз-Pнапиток=ρнапитокVgρнапиток=(Pвоз-Pнапиток)/Vg,

 

ρнапиток= (Pвоз-Pнапитоквода

Pвоз-Pвода

Способ 2. На весах определили массу напитка в стакане, массу пустого стакана, зная объем жидкости, находим ее плотность(Приложение 2б):

ρнапиток= mстакан + напиток  -  m стакан

                                  V

           Способ 3. Определяем с помощью электронного манометра давление на дно исследуемой жидкости, линейкой измеряем высоту столба напитка (Приложение 2в):

p= ρнапитокgh;       ρнапиток= p/gh

 

Вывод: тремя способами  с  незначительными погрешностями, были определены плотности исследуемых напитков: чая, какао, кофе, киселя, компота[1]:

Плотность исследуемых горячих напитков  школьной  столовой, кг/м3

чай

какао

кофе

кисель

компот

1030

1060

1055

1130

1035

 

Сравнить  вычисленные плотности  исследуемых напитков было не с чем, т.к. таких данных нет ни в одном справочнике, включая  знаменитый Справочник по физике и технике А.С. Еноховича [5],  также они не прописаны в  нормативах и  требованиях СанПиНа [3].

2.        Исследование зависимости скорости остывания напитка от  его плотности

Проводим  эксперимент при температуре  воздуха в классе 210 С, фиксируя температуру остывания напитка через каждую минуту. Данные заносим в таблицу  и используем их для построения графиков зависимости времени остывания от температуры t(t0C):

напиток 

Температура (0С) с интервалом 1 минута (τ )

t

(0С)

t/τ 

(0С/мин)

кисель

85

85,3

84

83,5

83

82

81

79,5

78

77

8

0,8

какао

85

84,5

84

83,5

83

82,5

82

81,5

81

75,5

9,5

0,95

кофе

85

83

81

79,5

77

75,5

73

72,5

71

70

15

1,5

компот

85

83

80

78

76

74

72

70

68

65,5

19,5

1.95

чай

85

83

80

78

75,5

73,5

71

69

67

65

20

2

 

Вывод: время остывания напитка линейно зависит от плотности напитка (Приложение 3, графики).Чай и компот лучше разливать за 5-7 минут до звонка на перемену когда учащиеся приходят в столовую (3-ая и 4-ая перемены ), кофе - за 6-8 минут, а кисель и какао - за 10-12 минут.

 

3.      Исследование зависимости скорости  остывания напитка от  рода вещества, из которого изготовлена посуда

В школьной столовой горячие напитки наливают в только стеклянные стаканы из толстого стекла, поэтому как зависит скорость остывания напитков, находящихся в  посуде, изготовленной из разных материалов,  у нас не представлялось возможным. Но для себя мы решили проверить зависимость остывания напитков от посуды. Вот тогда-то и возник вопрос исследовать скорость остывания горячих напитков в разной посуде.

    Мы выделили несколько групп материалов посуды, из которой пьют наши одноклассники чай и провели свои исследования (Приложение 4):

Вещество посуды

Характеристика

Скорость остывания

t/τ 

(0С/мин)

Удельная теплоемкость,

(Дж/кг oC)

 

фарфор

Настоящий фарфор должен быть тонким и прозрачным на свет. Главная особенность состоит в том, что фарфор дает истинный вкус чая, нисколько не влияя на него. Еще в фарфоровых емкостях прекрасно копятся и аккумулируются ароматы чая после егонастаивания.[7]

 

 

 

 

 

10/мин

 

 

 

 

 

800

 

фаянс

Часто фаянс называют просто непрозрачным фарфором: он толще и не пропускает свет. Зато фаянс прочнее хрупкого фарфора.

 

 

0,40/мин

 

 

1100

 

пластмасса

Изготовляется из полипропилена, полистирола и других материалов, как правило, предназначена для одноразового употребления. Пластиковая посуда многоразового использования может быть опасной для здоровья человека. Особенно это касается изделий из меламина[8].

 

 

 

 

 

 

0,30/мин

 

 

 

 

 

 

около 1300

 

толстое стекло

 

 

 

             тонкое стекло

В посуде из этого материала нет искажения вкуса. Также можно наблюдать сквозь прозрачные стенки за самим процессом заваривания и цветом настоя.

20/мин

 

 

 

 

 

 

2,50/мин

около 850

 

 

 

 

 

 

                       600

глина

Прекрасно сохраняет высокую температуру, долго остывает. Смягчает вкус. Хорошая глина "нарабатывается", то есть сохраняет частичку вкуса каждого заваренного чая[9].

 

 

 

 

0,70/мин

 

 

 

 

около 1000

 

                        Вывод: скорость остывания чая зависит от того, в какой посуде находится чай, а именно: чем больше теплоемкость, тем дольше чай остается горячим (Приложение 5).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

     В нашем  исследовании поставленная цель была достигнута: определена плотность напитков, подаваемых в нашей школьной столовой, и выявлена зависимость времени остывания от их плотности. Гипотеза подтверждена: чем плотнее жидкость, тем скорость остывания жидкостей ниже. А мы проверили закономерность зависимости скорости остывания жидкости от теплоемкости посуды.

По результатам нашего исследования можно дать некоторые рекомендации:

1.   С данной работой можно ознакомить персонал нашей школьной столовой, которые непосредственно связаны с питанием учащихся.

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

       Таким образом, с помощью простого школьного эксперимента, были проведены исследования тепловых явлений в школьной столовой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

1.        https://medn.ru/statyi/lechenie-v-bane/o-temperature-pitya.html

2.        http://www.medmoon.ru/bolezni/kakie_napitki_pit_holodnye_ili_gorjachie.html

3.        http://base.garant.ru/12183577/

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

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

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

7.        http://www.7ya.ru/article/Iz-chego-zhe-sdelana-nasha-posuda/

8.        http://tea-ru.ru/about-tea-ware.html

9.        http://nozhi-posuda.ru/index.php/blog/38-posuda/71-iz-chego-delayut-posudu

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение

 

 

 

 

 

Приложение

 

Зависимость скорости остывания горячих напитков от материала посуды

(удельной теплоемкости веществ)



[1] В каждом стакане около 16-16,5г сахара (около 2-2,5 ложек сахара)

 

Просмотрено: 0%
Просмотрено: 0%
Скачать материал
Скачать материал "Исследовательская работа "Исследование зависимости скорости остывания горячих напитков в школьной столовой""

Методические разработки к Вашему уроку:

Получите новую специальность за 3 месяца

Культуролог-аниматор

Получите профессию

Методист-разработчик онлайн-курсов

за 6 месяцев

Пройти курс

Рабочие листы
к вашим урокам

Скачать

Краткое описание документа:

Как же точно рассчитать время разлива различных горячих напитков, т. к. приём пищи в нашей школьной столовой осуществляется строго по расписанию. В этом мы увидели актуальность своего исследования, а также его практическую направленность.

Гипотеза: время остывания напитков зависит от их плотности, а также материала, из которого изготовлена посуда.

Цель исследования: определить время остывания горячих напитков школьной столовой.

Исходя, из этого были поставлены следующие задачи:

-Изучить имеющуюся литературу по теме исследования;

- Ознакомиться с ассортиментом горячих напитков в нашей школьной столовой;

-Определить плотность взятых для исследования напитков;

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

-Сделать выводы о том, что в большей степени влияет на время остывания горячих напитков;

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

Объект исследования горячие напитки школьной столовой (чай, компот, какао, кисель, кофе), разлитые в чашки из различного материала.

Предмет исследования: зависимость скорости остывания горячих жидкостей.

Теоретическая и практическая значимость исследования состоит в использовании теоретических обоснований и выводов работы для повышения эффективности труда рабочего персонала школьной столовой.

Методы исследования: теоретические методы: методы систематизации теоретического материала, исследовательские методы, обобщение накопленного материала, изучение и анализ научной и публицистической литературы по проблеме исследования, моделирование, интерпретацияполученных результатов исследования; обсервационные методы: наблюдение, фиксирование результатов исследования и развития, эксперимент; статистические методы: математические методы обработки результатов исследования, табличная и графическая интерпретация данных.

Скачать материал

Найдите материал к любому уроку, указав свой предмет (категорию), класс, учебник и тему:

6 610 163 материала в базе

Материал подходит для УМК

  • «Физика», Перышкин А.В.

    «Физика», Перышкин А.В.

    Тема

    § 9 Расчёт количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении

    Больше материалов по этой теме
Скачать материал

Другие материалы

Тестовая работа по физике 8 класса по теме: "Расчёт количества теплоты" в виде презентации.
  • Учебник: «Физика», Перышкин А.В.
  • Тема: § 9 Расчёт количества теплоты, необходимого для нагревания тела или выделяемого им при охлаждении
  • 16.10.2018
  • 1485
  • 11
«Физика», Перышкин А.В.

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

  • Скачать материал
    • 18.03.2019 1698
    • DOCX 7.1 мбайт
    • 13 скачиваний
    • Оцените материал:
  • Настоящий материал опубликован пользователем Брызгунова Ирина Николаевна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт

    Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.

    Удалить материал
  • Автор материала

    Брызгунова Ирина Николаевна
    Брызгунова Ирина Николаевна
    • На сайте: 8 лет и 8 месяцев
    • Подписчики: 0
    • Всего просмотров: 60529
    • Всего материалов: 18

Ваша скидка на курсы

40%
Скидка для нового слушателя. Войдите на сайт, чтобы применить скидку к любому курсу
Курсы со скидкой

Курс профессиональной переподготовки

HR-менеджер

Специалист по управлению персоналом (HR- менеджер)

500/1000 ч.

Подать заявку О курсе

Курс повышения квалификации

Актуальные вопросы преподавания физики в школе в условиях реализации ФГОС

72 ч.

2200 руб. 1100 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 214 человек из 64 регионов

Курс повышения квалификации

Особенности подготовки к сдаче ЕГЭ по физике в условиях реализации ФГОС СОО

36 ч. — 180 ч.

от 1700 руб. от 850 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 50 человек из 28 регионов

Курс повышения квалификации

Организация проектно-исследовательской деятельности в ходе изучения курсов физики в условиях реализации ФГОС

72 ч. — 180 ч.

от 2200 руб. от 1100 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 95 человек из 44 регионов

Мини-курс

Психологическая работа с эмоциональными и поведенческими проблемами

10 ч.

1180 руб. 590 руб.
Подать заявку О курсе
  • Сейчас обучается 67 человек из 34 регионов

Мини-курс

Психологические аспекты развития и состояния личности

4 ч.

780 руб. 390 руб.
Подать заявку О курсе

Мини-курс

Электронный архив: нормативно-правовые требования и основы оцифровки

10 ч.

1180 руб. 590 руб.
Подать заявку О курсе