Содержание

 

Введение……………………………………………………………………2-3

    Глава 1. История создания сосуда Дьюара …………………………...4-5

    Глава 2. Виды и строение термосов…………………………………...5-7

    Глава 3. Экспериментальная часть

      3.1. Исследование зависимости скорости остывания жидкости

             от объёма термоса…………………………………………………7-9

      3.2. Исследование зависимости скорости остывания жидкости

             от материала внутренней колбы…………………………………9-10

      3.3. Исследование зависимости скорости таяния льда………………...11     

      3.4. Рекомендации для покупателей термосов…………………………12

    Глава 4. Создание действующей модели термоса из подручных

    материалов…………………………………………………………………13

Заключение…………………………………………………………………..14

Список литературы…………………………………………………………15

Приложения………………………………………………………………16-17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         Введение

      Мы очень часто ездим с родителями в походы и дальние путешествия и берем с собой термос с каким-либо горячим напитком. Но однажды я уронила термос на твердую поверхность, и послышался звон разбитого стекла. Термос было очень жаль, мы лишились горячего чая, но у меня появилась возможность досконально исследовать его конструкцию. Признаться, я очень люблю что-нибудь исследовать! Так что же мы увидели? Да ничего особенного… Разобрав с помощью папы пластмассовый внешний корпус, внутри мы обнаружили кучу стеклянных осколков, по которым можно предположить, что внутренняя колба состоит из двух стеклянных стенок с блестящей поверхностью, между которыми абсолютно ничего нет! Возникает вопрос – так в чем же секрет термоса? Занявшись этой темой, возникло и много других вопросов. Какие бывают термосы? Чем они отличаются друг от друга? Какие термосы лучше сохраняют тепло? А сохраняют ли они холод? Как был создан термос? И можно ли в походных условиях самому изготовить такое устройство? С этими вопросами я пришла к своему учителю физики. А когда учитель назвал мой разбитый термос сосудом Дьюара, у меня появились еще вопросы и мы решили заняться вплотную исследованием этой темы.

Цель проекта: исследование имеющихся термосов на способность сохранять тепло и их свойства, обеспечивающие удобство и практичность.

Задачи:

1.                 Изучить литературу по истории создания термоса.

2.                 Исследовать зависимость скорости остывания жидкости от объема термоса.

3.                 Исследовать зависимость скорости остывания жидкости от материала внутренней колбы.

4.                 Представить рекомендации для покупателей термосов.

5.                 Создать действующую модель термоса из подручных материалов.

Объект исследования: термосы различной емкости и различных конструкций.

Предмет исследования: возможность создания действующей модели термоса из подручных материалов.

Методы исследования:

1.                 Сбор и анализ литературных источников, Интернет-ресурсов и полученных знаний.

2.                 Эксперимент.

3.                 Наблюдение.

Этапы исследования:

1.                 Изучение данной темы при помощи научной литературы и Интернет-ресурсов.

2.                 Исследование зависимости скорости остывания жидкости от объема термоса.

3.                 Исследование зависимости скорости остывания жидкости от материала внутренней колбы.

4.                 Исследование зависимости скорости таяния льда в термосе и без него.

5.                 Создание действующей модели термоса из подручных материалов.

6.                 Исследование скорости остывания жидкости в действующей модели термоса, изготовленной самостоятельно.

Используемое оборудование:

1.                 Стеклянная бутылка емкостью литров.

2.                 Стеклянная банка емкостью литров.

3.                 Крышка и пробка из пористого материала.

4.                 Металлическая фольга.

5.                 Изоляционный материал.

Глава 1. История создания сосуда Дьюара (термоса)

     Каждый современный человек хоть раз в жизни пользовался термосом, отметившим с 2004 году свое столетие. Это слово давно стало нарицательным и вошло во все словари. Вот что нам говорит об этом «Толковый словарь русского языка» Ожегова С.И., Шведовой Н.Ю.: «Термос – специальный сосуд для хранения содержимого при постоянной температуре.» [1] А по материалам журнала «Популярная механика» термос  (от греческого thermos – теплый, горячий) – сосуд с двойными стенками, обеспечивающий сохранение температуры помещаемых в него пищевых продуктов без подогрева. [3]

     Но мало кто знает, что первоначально термос называли сосудом Дьюара. Именно так называет термос Википедия (свободная электронная энциклопедия). Так почему же наш обычный всем известный термос называют так необычно «сосуд Дьюара»?

     В конце XIX века физики заинтересовались исследованиями низких температур, в частности сжижением газов – кислорода, водорода, азота. Одной из самых больших проблем оказалось не получение самих сжиженных газов, а их долговременное хранение. В экспериментах с жидким кислородом польский физик Кароль Ольшевский использовал стеклянный ящик с двойными стенками, с откаченным между ними воздухом. Немецкий физик Адольф Вейнхольд в 1881 году тоже разработал такой сосуд. А в 1892  его смог усовершенствовать известный ученый из Оксфордского Университета Джеймс Дьюар. (Рис.1) Он изготовил его в виде колбы с узким горлом (такая форма позволяла уменьшить испарение сжиженных газов), 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», и по сей день, используемый в научных лабораториях всего мира. Но ни Вайнхольд, ни Дьюар не собирались ставить свои разработки на коммерческую основу. А вот берлинский производитель стеклянных инструментов Рейнгольд Бергер увидел в конструкции Дьюара значительный коммерческий потенциал. В 1903 году он дополнил сосуд компактным металлическим кожухом, герметичной пробкой и крышкой-стаканчиком, а в 1904 году уже основал компанию «Thermos» по производству одних из лучших в мире термосов. (Рис.2) Она существует и сегодня. Девиз компании гласит: «Храним тепло с 1904 года».

Глава 2. Виды и строение термоса

     По назначению различают: бытовые термосы, термосы для общественного питания и термосы технические для лабораторных исследований. Бытовые термосы представляют собой стеклянные или металлические сосуды, заключенные в металлический или пластмассовый кожух. Выпускаются с узким и широким горлом, закрываются пробкой и крышкой. Емкость таких термосов от 0,25 до 3 литров. Есть термокружки и термокастрюли для бытового использования.

     В общественном питании для хранения и перевозки пищевых продуктов применяют термосы емкостью до 30 литров и так называемые термоконтейнеры (Рис.3),  в которые загружают лотки с пищей. Для торговли горячими пирожками, мороженным и другими продуктами используют термолотки емкостью до 10 литров. Это оборудование изготавливается из алюминия; пространство между стенками для термоизоляции заполняют пробковой крошкой, гофрированной бумагой, алюминиевой фольгой. Закрываются крышками, имеющими также двойные стенки.

Для лабораторных исследований используют специальные термосы более сложной конструкции. О сосудах было сказано выше.

Основа любого термоса – это две емкости. Внешняя емкость в современных термосах выполнена из нержавеющей стали или стекла. На внешнюю поверхность внутренней емкости нанесено специальное отражающее серебряное покрытие. Между этими емкостями вакуумный слой  - безвоздушное пространство для уменьшения теплового контакта с окружающей средой. Сверху закрывает емкости плотная пробка из пористого материала и крышка-чашка. (Рис.4) В современном производстве стеклянных колб вместо окиси натрия, входящих в состав обычных колб, используют борную кислоту. В результате данного нововведения такое стекло выдерживает термические удары, как от кипящих жидкостей, так и от жидкостей, охлажденных до температуры замерзания.

Нержавеющая сталь является основным компонентом высокопрочных термосов, используемых в бытовых и производственных условиях. Термосы из нержавеющей стали чрезвычайно прочны, легки и практически не поддаются разрушению. Подобно термосам со стеклянной колбой, они тепло изолированы при помощи вакуума, выполнены в различных стилях и размерах, и также способны сохранять содержимое в горячем или охлажденном состоянии на протяжении многих часов.

Итак, благодаря тому, что термос имеет вакуумную прослойку между внешним и внутренним сосудами, светоотражающее покрытие и герметичную крышку, исключаются все три вида теплопередачи: конвекция, теплопроводность и излучение. Тем самым этот прибор препятствует теплообмену продукта с окружающей средой и сохраняет температуру продукта гораздо дольше, чем это происходит непосредственно в окружающей среде.

Глава 3. Экспериментальная часть

1.                 Исследование зависимости скорости остывания жидкости от объема термоса

 

       Для проведения данного эксперимента мы использовали пять термосов со стеклянной колбой разной емкости. Одновременно в них набирали кипяток и производили через определенный промежуток времени замеры температуры обычным термометром. (Приложение 1)

       Результаты измерений занесены в таблицу.

 

 

 

Таблица зависимости скорости остывания жидкости от объема термоса

                                                                                              Таблица 1.

Время (в часах)	Температура жидкости в градусах
	0,2 л	0,8 л	1 л	2 л	3 л
0	98	98	98	98	98
1	85	89	94	95	95
2	65	74	88	92	94
5	48	65	84	88	90
12	40	58	75	80	86
24	28	40	44	72	82

 

По полученным данным построили график (Рис.5)

Для наглядности построили диаграмму (Рис.6)

Из проведенного эксперимента можно сделать выводы:

1.                 Скорость остывания жидкости зависит от емкости термоса.

2.                 Дольше всего жидкость остывает в термосе большей емкости, а именно, емкостью 3 л.

3.                 Быстрее остывает жидкость в термосе малой емкости, то есть 0,2 л., и через 24 часа температура жидкости уже была такая же как и окружающей среды.

 

1.                 Исследование зависимости скорости остывания жидкости от материала внутренней колбы

Чтобы исследовать зависимость скорости остывания жидкости от материала колбы, мы использовали два термоса одинаковой емкостью 1 л. с металлической колбой и со стеклянной. (Приложение 2) Результаты исследования занесли в таблицу.

Таблица зависимости скорости остывания жидкости от материала        колбы                                                                                       Таблица 2.

Время (в часах)	Температура жидкости (в градусах)
	Металлическая колба	Стеклянная колба
0	98	98
1	93	94
2	86	88
5	78	84
12	60	75
24	36	44

 

По полученным данным построили график (Рис.7)

Для наглядности построили диаграмму (Рис.8)

Из проведенного эксперимента можно сделать выводы:

1.                 Скорость остывания жидкости зависит от материала внутренней колбы термоса.

2.                 Жидкость остывает быстрее в термосе с металлической колбой.

1.                 Исследование зависимости скорости таяния льда

     Изучая историю создания термоса, мы выяснили, что первоначальная функция сосуда Дьюара заключалась не в сохранении тепла, а как раз наоборот – в сохранении холода. А именно, для поддержания низких температур сжиженных газов. И мы решили исследовать, как термос препятствует согреванию охлажденных продуктов. Для этого мы заморозили две одинаковых емкости с водой, получив два кусочка льда. Один помести в термос, а другой оставили при комнатной температуре.

     И каково же было наше удивление, когда выяснилось, что для того, чтобы лед полностью растаял в термосе и принял температуру окружающей среды, потребовалось целых 5 суток! Тогда как без термоса этот же процесс закончился уже через три часа. (Приложение 3)

     Этим экспериментом мы доказали, что охлажденные вещества дольше остаются таковыми в термосе, чем при комнатной температуре.

2.                 Рекомендации для покупателей термосов

       Теперь можно с уверенностью сказать, что лучше других сохраняет тепло термос емкостью 3 литра со стеклянной колбой. И вообще термосы со стеклянной колбой уверенно лидируют по сравнению с термосами с металлической колбой по термостойкости. Но если вам нужен термос с противоударными и высокопрочными свойствами, то здесь вам поможет термос только с колбой из нержавеющей стали.

     Анализ экспериментальных данных и полученная информация по теме исследования позволяет нам составить некоторые рекомендации для покупателей термосов:

1.                 В первую очередь обращайте внимание на наличие названия производителя и его адреса. Если этих данных нет, то это свидетельствует о не очень высоком качестве товара.

2.                 В паспорте изделия должна быть отметка производителя о времени его активной работы, обычно в виде пиктограммы.

3.                 Колба должна быть тщательно закреплена. Если она шевелится, ищите другую модель.

4.                 Обязательно откройте крышку термоса. Если вы почувствуете резкий запах, то воздержитесь от  покупки этой модели. Скорее всего, этот термос низкого качества.

5.                 Дома можно проверить термос, заполнив его кипятком и закрыв. Нагревание корпуса в течение 10 минут говорит о дефекте внутренней колбы и подлежит обмену.

Глава 4. Создание действующей модели термоса из подручных средств

         А теперь мы решили попробовать себя в качестве конструктора и попытаться изготовить термос своими руками из подручных средств. Для этого мы взяли стеклянную бутылку емкостью 0,5 л., поместили её в стеклянную банку емкостью 2 л., закрыли крышкой и пробкой из пористого материала. Обернули банку изнутри и бутылку снаружи теплоизоляционным материалом с отражающей поверхностью, а на дно поместили пенопласт. Таким образом, мы максимально снизили теплопроводность нашего «термоса». Провели подобные исследования на нашем импровизированном термосе.

(Приложение 4)

 

 

 

Таблица скорости остывания жидкости в модели термоса.

                                                                                                        Таблица 3.

Время (в часах)	0	1	2	5	12	24
Температура (в градусах)	98	86	68	45	38	28

 

По полученным данным построили сравнительную диаграмму (Рис.9)

Из приведенного эксперимента можно сделать выводы:

1.                 Возможно изготовить «термос» своими руками из подручных материалов.

2.                 Модель термоса, изготовленная своими руками, значительно уступает в своих теплоизоляционных свойствах и приблизительно сравнима по своим свойствам с термосом со стеклянной колбой емкостью 0,2 л.

 

 

Заключение

         Таким образом, работая над данной исследовательской работой, мы пришли к следующим результатам:

3.                 Изучен значительный объем учебной литературы по истории создания сосуда Дьюара.

4.                 Изучены устройство, принцип действия и назначения различных видов термосов.

5.                 Исследована зависимость скорости остывания жидкости от объема термоса.

6.                 Исследована зависимость скорости остывания жидкости от материала колбы термоса.

7.                 Представлены рекомендации для покупателей термосов.

8.                 Создана и изучена действующая модель термоса, изготовленная своими руками из подручных средств, в эффективности работы которой, вы можете убедиться.

                                                                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1.                 Ожегов С.И., Шведова Н.Ю.  Толковый словарь русского языка  М.: Просещение, 2002. 365 с.

2.                 Д.Н.Ушаков  «Большой толковый словарь современного русского языка» (онлайн — версия)http://ushdict.narod.ru/227/w68146.htm

3.                 Долицкий А.Б., Заславский Е.Ю. Физическая лаборатория Учебное пособие для учителей и учащихся. Вып. 1. Механика. М.: МИРОС, 1997. 127 с.

4.                 Куприн М.Я. Физика в сельском хозяйстве. Журнал, вып.4 М.: Просвещение. 1985. 65 с.

5.                  Селезнев Ю.А.  Основы элементарной физики  М.: Наука, 1969. 382 с.

6.                  Перышкин А.В.,  Родина Н.А. Физика 8, М.: Просвещение. 2008. 278 с.

7.                 Кондрашов А.П., Стреналюк Ю.В. Новейший справочник необходимых знаний М..: РИПОЛ Классик. 2003. 456 с

 

Интернет-ресурсы

1.     http://www.amet.ru/

2.     http://www.termosa.ru/russian

3.     http://www.thermos-russia.ru/hist.php

4.     http://www.hoztra.ru/

5.     http://www.activeinfo.ru/

6ru.wikipedia.org/wiki/Сосуд_Дьюара

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложения

Приложение 1.

Используемое оборудование

Приложение 2.

Исследование термосов одинаковой ёмкости

 

 

 

 

 

Приложение 3.

Исследование скорости таяния льда

 

 

 

 

 

 

Приложение 4.

Изготовление модели термоса

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МБОУ «Гимназия №12» Ленинск-Кузнецкого городского округа

НОУ «Интеллектуал»

 

 

 

 

Этот неизвестный известный сосуд Дьюара.

Экспериментально-исследовательская работа

 

 

 

 

 

 

 

                                            Выполнила: Якушина Евгения Александровна,

                                                                                                    8г класс.

                                          Руководитель: Квасов Евгений Викторович,

                                                                                         учитель физики.

 

 

 

 

 

 

 

 

Ленинск-Кузнецкий

2013