Исследовательская работа по теме "Такой знакомый незнакомец" 4 класс

Такой знакомый незнакомец

                                                    Автор:

                                          Ермаков Артемий, 3 «М»  класс,

                       МБОУ «НОШ № 2» г. Чебоксары

                                                Руководитель:

                                                   Димитриева Маргарита Алексеевна.

       Введение

Прошлой зимой мы с папой ходили на охоту , и с собой взяли в дорогу горячего чая в термосе. Приехали, залюбовались красотой зимнего леса и…  забыли термос с горячим чаем в багажнике машины. Спустя три дня мы вспомнили о термосе. Открываем – а  там тёплый чай. И это три дня на морозе машина простояла!

Этой осенью как и многие мы с семьей ходили за грибами и во время переправы  через глубокий овраг я споткнулся, упал и  ударил термос о камень. В лесу я заметил, что чай остыл, т.к. при падении термоса треснула колба и поэтому вода быстро остыла. Рассмотрев  разбитый термос, я увидел, что колба зеркальная, и предположил, что из-за этого вода долго не остывает. Дома я решил «дойти» до истины: обратился с вопросом в ИНТЕРНЕТ и выяснил, что между стенками колбы термоса был вакуум, поэтому вода долго не остывала.  А еще мне захотелось самому изготовить термос, своими руками.

И так, что такое термос?

Термос – предмет,  который все мы часто используем в быту. Он знаком всем людям с самого детства. Но разве кто – нибудь задумывается над тем, почему вода в термосе не остывает, почему колба термоса должна быть обязательно зеркальная, есть ли вакуум между внешней оболочной термоса и колбой, а если есть, то для чего? Так появилась работа «Такой знакомый незнакомец – термос».

Цель работы: исследовать, почему вода в термосе долго не остывает.

Задачи работы:

•Узнать историю создания термоса.

•Изучить     устройство и строение термоса, а так же возможности для его применения.

•Изучить  способы передачи тепла.

•Исследовать свойства термоса.   

•Изготовить самостоятельно термос.

Объект исследования: бытовой термос

Предмет исследования: свойства термоса

Методы исследования:

• Изучение познавательной литературы
• Изучение информации, полученной из сети ИНТЕРНЕТ
• Наблюдения
• Проведение опытов, экспериментов

Гипотеза: Если между стенками колбы термоса находится неподвижный разреженный воздух, то тепло от горячей воды к внешней воздушной среде  не передается. Если колба термоса зеркальная, то она излучает меньше энергии.

История создания термоса.

 Известный шотландский химик 19 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 представил на суд почтенной публики сосуд с двойными стенками, из пространства между которыми был выкачан воздух. Что дало такое искусственное создание вакуума? А то, что внутренний объем сосуда, в плане температуры, практически перестал зависеть от температуры внешних стенок. Ведь проводить-то тепло нечему! Можно наливать в сосуд жидкость и быть уверенным, что его температура будет неизменной. Этот сосуд известен в науке под названием сосуд Дьюара. Конечно, колба была изобретена для хранения химикатов, но именно она стала моделью современного термоса. ( Приложение 1)

            Строение термоса.

            Те́рмос — вид бытовой теплоизоляционной посуды для продолжительного сохранения более высокой или низкой температуры продуктов питания, по сравнению с температурой окружающей среды. Является разновидностью сосуда Дьюара. Чтобы узнать, почему же термос сохраняет температуру продукта, помещенного в него, нужно посмотреть, как он устроен.

Основа любого термоса – это две емкости. Внешняя емкость, в которой находится тот сосуд, в который непосредственно и помещается сохраняемое вещество, в современных термосах она выполнена из нержавеющей стали или стекла. На внешнюю поверхность внутренней ёмкости нанесено специальное теплоотражающее покрытие. Между этими ёмкостями вакуумный слой – безвоздушное пространство для уменьшения контакта с окружающей средой. Сверху закрывает ёмкости плотная пробка и крышка – чашка. (Приложение 2 ).

            Возможности применения термоса

            По назначению различают: бытовые термосы и термосы для общественного питания.

            В зависимости от типа используемой пищи, современные бытовые термосы можно разделить на следующие виды:

В зависимости от типа используемой пищи, современные бытовые термосы можно разделить на следующие виды: (Приложение 3)

• Термосы для напитков — имеют узкую горловину диаметром 25—55 мм.
• 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.
• 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.
• Универсальные термосы — отличаются от пищевых термосов только конструкцией пробки, которая имеет дополнительное, более узкое, отверстие для наливания напитков.
• 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.

            Способы передачи тепла

В природе и технике теплота передается от более нагретых тел к менее нагретым телам.  Различают три вида теплопередачи:

Теплопроводность. -Вид теплопередачи, при котором энергия передается от более нагретого участка тела  к менее нагретому, благодаря движению и взаимодействию частиц тела. Характерна для твердых тел.

            Конвекция. - Вид теплопередачи, при котором энергия передается потоками (струями) вещества. Характерна для жидкостей и газов

 Излучение. - Вид теплопередачи, при котором энергия передается с помощью  электромагнитных волн (преимущественно инфокрасного диапазона). Может происходить в вакууме.

Теплопроводность, конвекция и излучение используются в устройстве термоса.

            Основной элемент термоса - зеркальная колба. 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. 

                                          Исследование свойств термоса

            Проанализировав ответы моих одноклассников, я выяснил, что большинство  уверены в том, что термос пригоден только для хранения нагретых продуктов.

Но, изучая историю создания термоса, я обнаружили  информацию о том, что перед помещением вещества в термос, нужно его нагреть или охладить. Мне стало интересно, а что же будет происходить с охлажденными веществами?

 Поэтому для проведения своих опытов для наглядности я решил  взять снег.

Опыт №1 ( Приложение 4)

Тема: Изучение теплоизоляционных свойств воздуха.

Цель: Доказать, что воздух плохой проводник тепла

Ход исследования: я положил в маленькие контейнеры по одинаковому количеству снега и закрыл их крышкой. Один из контейнеров  поставил в большой контейнер, который тоже закрыл. И наблюдал, в каком контейнере снег раньше растает.

Снег раньше растаял в одиночном контейнере, а потом в двойном контейнере, так как тепло из комнаты к снегу не передается .

Вывод 1: воздух плохо проводит тепло.

Опыт № 2  (Приложение 5)

Тема: Сравнение поглощательной способности темных и  зеркальных поверхностей.

Цель: исследовать, какие тела лучше поглощают энергию: темные или зеркальные.

Ход исследования: один стакан я  наполовину зачернил, а другой – обклеил  наполовину фольгой и положили  в них одинаковое количество снега. Включил настольную лампу и поставил оба стакана прозрачной стороной к себе. И наблюдал за таянием снега в стаканах.          

          Снег 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.

       Опыт № 3( Приложение 6)

Тема: Сравнение отражательной способности зеркальных  и прозрачных поверхностей.

Цель: исследовать, какие тела больше отражают: зеркальные   или прозрачные.

Ход исследования: я взял два одинаковых стакана, один из них обклеил фольгой и натянул на них по воздушному шарику. Включил настольную лампу и поднес к ней стаканы с шариками, наблюдая за деформацией шариков.

          Шарик, натянутый на прозрачный стакан растянулся больше, так как воздух в этом стакане нагрелся сильнее и давление воздуха увеличилось на большую величину.         

          Вывод 3: зеркальные поверхности отражают энергию больше.

Опыт № 4. (Приложение 7)

Тема: сравнение   теплоизоляционных     способностей воздуха,  ваты,  бумаги,  пенопласта.

Цель: Исследовать теплоизоляционные свойства ваты, бумаги, пенопласта и воздуха.

Ход исследования: я взял четыре больших контейнера и вставил в них маленькие. Промежутки в трех контейнерах   заполнил  разными веществами: в № 2 - ватой, № 3 - бумагой, № 4 - пенопластом, оставив небольшой зазор. В маленькие контейнеры положил одинаковое количество снега и наблюдали за его таянием. Результаты наблюдений  занес в таблицу.

Результаты таяния снега в контейнрах, наполненных разными материалами

Материал	Пенопласт	Бумага	Вата	Воздух
Время (таяние снега)	3 часа 40 минут	3 часа 35 минут	3 часа 10 минут	1 час 30 минут

Вывод: лучшим    теплоизолятором      в     домашних    условиях   является  пенопласт.

Практическая часть  ( Приложение 8)

          Изучив основные свойства термоса, я принялся за изготовление своего. Для этого  взял две бутылки: одну стеклянную, другую пластиковую. От пластиковой  бутылки отрезал горлышко, а стеклянную бутылку обклеил фольгой. Маленькую бутылку вставил в большую. Заклеил  разрез горлышка скотчем.

          Решил, что лучше всего заполнить промежутки между бутылками пенопластом, т.к. у него самая маленькая теплопроводимость. Я изготовил и другой термос, там вместо пенопласта использовал монтажную пену. В итоге у меня получилось 2 самодельных термоса. Я решил испытать, как в них сохраняется тепло.

В 21 час я налил в эти термосы и в заводской термос горячей воды (примерно 90 градусов), и в 6 часов утра в самодельных термосах была теплая, а в заводском термосе вода была еще горячая. Преимущество заводского термоса очевидна, но по необходимости (на даче, в походе) можно пользоваться и самодельным термосом.  

Заключение

          В процессе работы над исследованием, я смог объяснить, почему горячая вода в термосе долго не охлаждается:

    - между стенками колбы находится неподвижный разреженный воздух, который плохо проводит       тепло, поэтому тепло от горячей воды к атмосферному воздуху не передается;

 - колба зеркальная, поэтому она меньше излучает энергии;

 - в разбитой колбе между стенками находится не разреженный, а атмосферный воздух, а он проводит тепло лучше, поэтому вода в термосе стала охлаждаться быстрее.

          Следовательно, гипотеза о том, что если между стенками колбы термоса находится неподвижный разреженный воздух, то тепло от горячей воды к внешней воздушной среде  не передается. Если колба термоса зеркальная, то она излучает меньше энергии, подтвердилась.

Приложения

Приложение 1

     Джеймс Дьюар                                                                            

  

Сосуд Дьюара в немецком музее              

   

Приложение 2            

                         Строение термоса

Приложение 3

                                             

   Термос для напитков                                     Термос с пневмонасосом

 с колбой из нержавеющей стали

                                                                                   

              Пищевой  термос                            Пищевой термос с судками

Приложение 4

Опыт №1. Изучение теплоизоляционных свойств воздуха.

               

Приложение 5

Опыт №2. Сравнение поглащательной способности темных и зеркальных поверхностей.

                           

Приложение 6

Опыт №3. Сравнение отражательной способности зеркальных и прозрачных поверхностей

Приложение 7

Опыт №4. Сравнение   теплоизоляционных     способностей воздуха,  ваты,  бумаги,  пенопласта.

4

3

2

1

           

Приложение 8

Изготовление своего термоса

             

           

Регистрационная карточка участника городского конкурса исследовательских работ и творческих проектов младших школьников

«Я — исследователь»

Информация об участнике конкурса
Ф.И.О.
Район/город
Образовательное учреждение
Класс
Дата рождения (число, месяц, год)
Название работы
Предметное направление
Возрастная группа
Форма участия (индивидуальная, коллективная, соавторство)
Контактный телефон
Электронная почта
Информация о руководителе работы
Фамилия, имя, отчество
Место работы
Должность
Контактный телефон
Электронная почта
С Положением о городском конкурсе исследовательских работ и творческих проектов младших школьников «Я – исследователь» ознакомлен, с условиями согласен
Дата заполнения ___________________                         _______________ подпись участника

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

название исследовательской работы или творческого проекта

Анкетные данные участника (участников) конкурса «Я – исследователь»:

Фамилия, имя, отчество автора (или авторов)____________________________________

Дата рождения автора (или авторов)___________________________________________

Образовательное учреждение:_________________________________________________

Фамилия, имя, отчество научного руководителя:_________________________________

Предметное направление:

Физика и техника
Естествознание. Живая природа
Естествознание. Неживая природа
Гуманитарное

Краткое описание работы:

Проблема: почему вода в термосе долго не остывает, а в разбитом термосе вода быстро остывает.

     Цель: исследовать, почему вода в термосе долго не остывает.

_____________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

Задачи:_____________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

Гипотеза:___________________________________________________________________

Результаты:________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Выводы:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

            ______________________________________________________________________________

(Составитель представления: Ф.И.О., должность, подпись)