Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение Суенгинская общеобразовательная школа
Секция: физика
Роль теплопроводности в нашей жизни
Исследовательская работа
Автор: Пензин Вячеслав
8 класс
Руководитель-учитель физики
Полубоярцева Валентина Васильевна
Суенга
Оглавление
Введение
1. Пути передачи ОРВИ.
2. Эмпирическое исследование.
2.1. Определение дыхательного объема легких человека по номограмме.
2.2. Определение дыхательного объема легких при помощи самодельного спирографа.
2.3. Определение объема воздуха в комнате.
Заключение
Список литературы и источников
Приложения
Если говорить об актуальности данного исследования, то в начале работы я об этом не думал «Мне было просто интересно, и всё». Но по ходу выполнения исследования я задумался «А где бы эта работа могла пригодиться?» Наверное, при проведении внеурочных занятий или кружковой работы, а может даже на уроках физики при изучении темы. А ещё зная теплопроводность разных материалов можно правильно подобрать одежду на каждый сезон, на занятия спортом, выбрать строительный материал для постройки дома, укрывной материал для укрытия посевов при весенних и осенних заморозках. Мы живем в Сибири, а это суровый климат, зима у нас длится 6-7 месяцев в году, поэтому актуальным является вопрос об одежде, лучше сохраняющей тепло, о домах, в которых мы живем. Различный тип волокон имеет разную теплопроводность и изоляционные свойства. Какие материалы лучше подходят для теплой одежды? Знания о теплопроводных свойствах строительных материалов поможет в выборе нужных материалов, чтобы потом не пришлось что-то переделывать, вкладывая в это дополнительный капитал. Конечно, в полном объеме провести все исследование не представлялось возможным, но некоторые исследования были проведены. Постановкой лабораторного эксперимента мы нашли ответ на некоторые вопросы.
Тема исследования: «Теплопроводность в нашей жизни»
Проблема: для чего необходимо знать теплопроводность различных материалов.
Объект исследования: теплопроводность различных веществ и материалов.
Предмет исследования: способность физических тел – теплопроводность.
Цель работы: определение и сравнение теплопроводности и изоляционных свойств некоторых веществ, исследование теплопроводности веществ различных агрегатных состояний.
Задачи:
Гипотеза:
Более плотные вещества обладают большей теплопроводностью, а теплопроводность газа хуже, чем теплопроводность воды и льда.
В данной работе использовались следующие методы:
Впервые с понятием теплопроводности в научном понимании я встретился на уроке физики при изучении темы «Тепловые явления».
В жизни мы действительно очень часто встречаемся с тепловыми явлениями, но редко задумываемся, что эти явления, как и многие другие, можно объяснить, правда, для этого нужно хорошо знать физику. На уроках физики мы познакомились со способами изменения внутренней энергии: теплопередачей и совершением механической работы над телом или самим телом. При контакте двух тел с разными температурами происходит передача энергии от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. И этот процесс будет происходить до тех пор, пока температуры тел не станут одинаковыми (не наступит тепловое равновесие). При этом механическая работа не совершается.
В учебнике даётся такое определение теплопроводности «Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом называется теплообменом или теплопередачей».[Физика-8, стр 9, Дрофа 2010] При теплопередаче энергия всегда передается от более нагретого тела к менее нагретому телу. Обратный процесс самопроизвольно (сам по себе) никогда не происходит, т.е. теплообмен необратим. Даже существует такой закон, но он изучается в старших классах. Теплообмен определяет или сопровождает многие процессы в природе: эволюцию звёзд и планет, метеорологические процессы на поверхности Земли и другие.
Так что же такое теплопроводность? «Теплопроводностью называется явление передачи энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело без переноса самого вещества». [Физика-8, стр 10, Дрофа 2010]
Изучая таблицу, взятую из интернета, а также таблицу учебника я выяснил, что лучшей теплопроводностью обладают металлы. Теплопроводность металлов в сотни раз больше, чем у воды. Исключением являются ртуть и свинец, но и у них теплопроводность в десятки раз больше, чем у воды.
Рассматривая теплопроводность тканей, выяснил, что ткани делятся на два вида: натуральные и химические. К натуральным волокнам относят волокна природного (растительного, животного, минерального) происхождения: хлопок, лен, шерсть и шелк. К химическим волокнам – волокна, изготовленные в заводских условиях. При этом химические волокна подразделяются на искусственные и синтетические. В этой работе мы не будем рассматривать строение тканей, их химический состав, а рассмотрим только теплоизоляционные свойства.
1.1.Теплопроводность твердых тел.
Работа № 1. Сравнение теплопроводность твердых тел.
Приборы и материалы: спицы стальная и медная, пластилин, кнопки, свеча, спички.
Порядок выполнения работы.
1.Спицы закрепить в штативе. На спицы прикрепить маленькие кусочки пластилина, на которые нанизаны кнопки.
2. Заженную свечу поставить под стальную спицу и наблюдать отпадывание кнопок.
3. Фиксируем время отпадывания кнопок и заносим в таблицу.
Стальная спица.
|
№ кнопок |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
Время, с |
|
|
|
|
|
Медная спица.
|
№ кнопок |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
Время, с |
|
|
|
|
|
Построим диаграмму
Вывод .Кнопки с медной спицы упали быстрее, чем со стальной
.
Опыт №2. Этот же самый опыт провел с компьютерным измерительным блоком, измеряя теплопроводность стали и меди. В стакан с горячей водой опустил стальную и медную спицы и подключил их к температурным датчикам. Результат опыта сразу был выведен на экран монитора. Из графика видно, что теплопроводность меди лучше, чем стали.
Опыт №3. Взял ложки из алюминия, железа, дерева и пластмассы. На концы приклеил кусочки масла и поместил их в один сосуд с горячей водой. Наблюдал за поведением масла и замерил время, в течение которого масло стечет с ложки. Результаты опыта записал в таблицу.
|
Вещество |
Время /мин |
|
Железо |
6,5 мин |
|
Алюминий |
5 мин |
|
Дерево. |
|
|
Пластмасса |
По результатам опыта можно сделать вывод: теплопроводность дерева и стекла очень плохая, лучше теплопроводность у железа. А самая большая теплопроводность у алюминия.
Работа №4. В огонь спиртовки попеременно вносил палочки (спицы) из дерева, железа, стекла, алюминия. Засекал время, когда тепло почувствуется на другом конце палочки. Деревянная палочка загорелась, но другой конец так и не нагрелся. Быстрее всего нагрелась алюминиевая спица, затем железная и только потом – стеклянная.
Вывод: в ходе опытов подтвердил, что разные вещества по-разному проводят тепло. Лучше всего тепло проводят металлы.
1.2 Теплопроводность тканых материалов.
Рассмотрим теплопроводность различных тканей и материалов, из которых изготавливают одежду. Теплозащитные свойства тканей – это их способность сохранять тепло, выделяемое телом человека.
Работа №5. Теплопроводность тканых материалов.
Приборы и материалы. Пробирки - 8 штуки, носки из разных материалов и тканей
Порядок выполнения работы.
1. В пробирки налил воду из одного сосуда t=350 C. Замерил первоначальную температуру в колбах и последовательно измерял температуру через 2 минуты, 5 минут.
.
Результаты эксперимента
|
№/п |
Материал |
|
|
|
Разница температур |
|
1 |
Контроль (колба без изоляции) |
33,4 |
32,1 |
31,8 |
1,6 |
|
2 |
Трикотаж (ацетата 65%) |
33,5 |
33,2 |
32,5 |
1,0 |
|
3 |
Хлопок |
34,8 |
34,4 |
34,3 |
0,5 |
|
4 |
Искусственная вискоза |
34,5 |
34,1 |
33,3 |
1,2 |
|
5 |
Лавсан |
33,0 |
32,6 |
31,7 |
1,3 |
|
6 |
Трикотаж (полиэстер) |
34,8 |
33,9 |
33,8 |
1,0 |
|
7 |
Шерсть |
33,2 |
33,0 |
32,9 |
0,3 |
|
8 |
Лен |
33,5 |
33,3 |
32,9 |
0,6 |
Вывод: Из таблицы видно, что быстрее всего остыла незащищенная пробирка, а хуже всего проводили тепло натуральные ткани: шерсть, хлопок, лен. В заключениеПоэтому для сохранения тепла в зимнее время необходимо пользоваться шерстяными изделиями.
1.2.Теплопроводность веществ различных агрегатных состояний.
Для того чтобы определить теплопроводность веществ, находящихся в различных агрегатных состояниях, я взял три одинаковые пластиковые бутылки, налил в них воду одинаковой температуры. Одну вынес на улицу для остывания, вторую в воду t=00 C и третью в лёд. Через несколько минут измерил температуру в каждой бутылке.
Результаты занёсла в таблицу.
|
Начальная температура |
Через 10 минут |
Через 20минут |
Через 30 мин |
Разница температур |
|
|
Лед |
17,4 |
12,4 |
8,1 |
5 |
12,4 |
|
Вода |
17,4 |
7,3 |
6,9 |
6,7 |
10,7 |
|
На улице (воздух) |
17,4 |
13,8 |
11,2 |
9,1 |
8,3 |
Вывод: теплопроводность воздуха хуже, чем теплопроводность жидкости и льда, так как температура изменилась меньше по сравнению с первоначальной.
1.3.проводимости газов
Для определения проводимости газов можно провести следующий опыт. Взять пустую пробирку, заткнуть её пальцем и поместить закрытый конец в пламя спиртовки. Так как воздух плохой проводник, то тепло почувствуем спустя некоторое время. Тепло я так и не почувствовал, так как опыт пришлось остановить, потому что палец стало засасывать в пробирку. Из этого я сделал вывод, что газы это теплоизоляторы и плохо проводят тепло.
Определяя теплопроводность воды я взял пробирку, заполнил её на ¾ закрыл отверстие пальце и верхний конец пробирки поместил в пламя свечи. Через некоторое время вода в верхней части закипел, а я даже не почувствовал тепло.
В
ывод:
вода плохой проводник тепла
1.4.Теплопроводность строительных материалов
Работа № Исследование строительных материалов на теплопроводность.
Приборы и материалы.
Порядок работы
1.Для работы я воспользовался тем материалом, какой нашёл в интернете. Нашел и сравнил теплопроводность Теплопроводность материала зависит от его плотности, влажности и добавок. Таким образом, у строительных материалов разных производителей будут отличаться физические свойства. Поэтому для точности следует брать значения коэффициентов теплопроводности материала из документации производителя.
Я живу в небольшой деревне и мне не сложно было обойти и посчитать в каких домах проживает население Суенги.
|
Всего домов |
Деревянные |
Кирпичные |
Блочные |
|
|
|
|
|
На вопрос «В каких домах теплее проживать?» Большинство ответили «В деревянных» -78%
1.5 Теплопроводность оконных рам.
Работа № . Использование пластиковых рам
Приборы и материалы. Анкета, подоконники деревянный, пластиковый, термометр.
Порядок выполнения работы.
1. Провела опрос «Приобретение пластиковых окон».
На вопрос «Во многих ли домах установлены пластиковые окна.?», получил следующий ответ: деревянные - , пластиковые –
Итоги анкетирования в диаграмме № 2.
Диаграмма № 2
Для того, чтобы сравнить теплоизоляцию помещения с пластиковым и деревянным окном, мы провели следующий эксперимент: замерили температуру воздуха на подоконнике деревянного окна и пластикового.
Температура воздуха на подоконнике деревянного окна +16 ͦ С, при температуре на улице – 19 ͦ С.
Температура на подоконнике пластикового окна +22 ͦ С, при температуре за окном – 19 ͦ С.
Итак, мы отметили, что температура воздуха возле пластикового окна и деревянного отличается.
3.6 Теплопроводность подоконников деревянного и пластиковых
Приборы и материалы. Небольшая емкость с водой, луковица средних размеров, дневник наблюдений.
Тогда мы провели опыт: поставили прорастать луковицу на подоконник пластикового окна и деревянного.
За 19 дней нашего опыта у луковицы на деревянном окне появился 1 росток, а у луковицы на пластиковом окне – 6.
По результатам проведенного эксперимента и опыта мы делаем вывод, что на подоконниках окон ПВХ более благоприятные температурные условия.
3.7 Фирма «Мастер»
Благодаря чему окна ПВХ так сохраняют тепло? За консультацией по этому вопросу мы обратились к менеджеру по продажам фирмы «Мастер» Громовой Екатерине
Из беседы с менеджером нам стали известны преимущества пластиковых окон:
1. Прочные и удобные
2. Имеют высокую теплоизоляцию
3. Шумонепроницаемы
4. Эстетичны и гигиеничны
По мониторингу, проводимому этой фирмой, мы смогли сделать выводы о том, что с каждым годом желающих установить окна ПВХ становится все больше. Менеджер предоставила нам итоги мониторинга, а мы составили сравнительный график продаж.
Для более детального ознакомления с качеством и технологией изготовления окна ПВХ нам предложили посетить цех по производству пластиковых окон.
В цеху мы познакомились со всеми этапами сборки пластикового окна и даже смогли поучаствовать в некоторых операциях.
В процессе наблюдения за производством у нас возникли вопросы, на которые ответил мастер участка сборки ПВХ окон Савельев А.П. Для чего такое разнообразие окон по качеству, профилю и камерности? Все зависит от помещения, в котором будут устанавливать окна. Выбирая окна, следует учитывать площадь помещения, его назначение, наличие радиаторов и многое другое.
Итак, из беседы с мастером мы выяснили, что благодаря энергоэффективности материалов ПВХ профиля и конструкции покупатели могут заказать нужное окно для своего помещения.
Мы решили измерить и сравнить температуру воздуха в разных кабинетах, оснащенными пластиковыми окнами, при температуре воздуха на улице – 21 ̊ С. Результаты измерений представлены в таблице № 2.
Таблица № 2
|
Кабинет № 1 |
Кабинет № 3 |
Кабинет № 8 |
Кабинет № 11 |
|
+23 ̊ С |
+26 ̊ С |
+25 ̊ С |
+25 ̊ С |
Кабинет № 1 угловой, расположен на первом этаже, оснащен тремя 6-ти секционными радиаторами. Кабинет № 3 не угловой, расположен на первом этаже, оснащен тремя 6-ти секционными радиаторами. Кабинет № 8 угловой, расположен на первом этаже, оснащен тремя 8-ми секционными радиаторами. Кабинет № 11 угловой, расположен на втором этаже, оснащен тремя 6-секционными радиаторами.
Итак, данные замеры показали, что температура воздуха в исследуемых помещениях, оснащенных одинаковыми окнами ПВХ, различна. Из этого можно сделать вывод, что не только окна ПВХ способствуют поддержанию теплового режима в помещениях.
Новые материалы смотри в конце
В ходе исследования я подтвердил свою гипотезу, что разные вещества по-разному проводят тепло. Лучше всего тепло проводят металлы. Вещества разных агрегатных состояний тоже отличаются своей теплопроводностью. Чем плотнее вещество, тем выше его теплопроводность, но исследовано незначительное количество различных веществ. Теплоизоляция тканей зависит от их состава и строения нитей.
Теплопроводность строительных материалов зависит от их состава, плотности и влажности.
Я считаю, что знание теплопроводности поможет многим в жизни в разных ситуациях.
Литература.
КАК СОХРАНИТЬ ТЕПЛО
Содержание
стр.
1. Введение…………………………………………………………. 3
2. Тепло и способы его сохранения
2.1. Что такое тепло? Способы его сохранения........................... 4 - 6
2.2. Пластиковые окна и их преимущества................................. 7 – 8
3. Практическая часть…………………………………………........ 9
4. Заключение………………………………………………………. 17
5. Список литературы……………………………………………… 18
6. Приложение..................................................................................... 19-23
Введение
Тема исследовательской работы: Как сохранить тепло.
Актуальность темы: Комфортные для человека условия (особенно в холодное время года) обеспечиваются за счёт нескольких факторов. Основным фактором комфортности для человека (особенно в холодное время года) является поддержание соответствующей температуры воздуха в помещении (обычно 18-20° С). У нас в квартире очень тепло. Зимой температура воздуха в комнатах достигает 25-28°С, я думаю, что это из-за того, что у нас стоят пластиковые окна. У моего дедушки нет пластиковых окон, поэтому он каждую осень утепляет свои деревянные рамы окон всевозможными народными способами.
Когда мы поступили в первый класс, в нашем кабинете и спортивном зале было тепло. С приходом холодов ситуация изменилась. В классе стало прохладно, а в спортивном зале нам приходилось заниматься в теплых спортивных костюмах.
После проведенных летом ремонтных работ и установки пластиковых окон, осенью мы заметили, что в нашем классе, а особенно в спортивном зале стало тепло. И мы задумались, а может ли это быть связано с заменой в помещениях деревянных окон на пластиковые? Или существуют другие способы сохранения тепла?
Цель исследования: выявить условия, при которых достигаются минимальные потери тепла в помещениях и пути его сохранения.
Задачи исследования:
1. Сформировать теоретическую базу исследования.
2. Проанализировать тепловой режим в выбранных помещениях с октября 2013 по октябрь 2015 года.
3. Исследовать конструкции окон ПВХ.
4. Сопоставить тепловой режим помещений, оснащенных окнами ПВХ.
Гипотеза: окна из ПВХ профиля способствуют тепловому режиму в помещениях.
Методы проведения исследования:
- изучение литературы и интернет ресурсов;
- опрос, интервью;
- эксперимент, опыт.
2. Тепло и способы его сохранения
2.1. Что такое тепло? Способы его сохранения
Что такое тепло? Обратимся к словарю.[4] 1. Нагретое, теплое состояние чего – нибудь. 2. Нагретость воздуха, его температура выше нуля. 3. Теплое, нагретое место, помещение.
Еще издревле люди стремились сохранить тепло своих жилищ, помещений, где они жили. Первейшим отопительным устройством с древнейших времен был обычный костер. Он служил одновременно для приготовления пищи, и для обогрева. Костер собирал вокруг себя людей, объединял их. Когда то наши предки перенесли открытый огонь, тот же костер, в жилище. Первое время дым выходил через вход в пещеру. В жилище всегда было очень дымно и угарно. В дальнейшем люди догадались сделать отверстие вверху пещеры. Чтобы сохранить в пещере тепло длительное время, кострище начали обкладывать камнями. Так получился первый очаг. Но еще очень долгое время очаг оставался примитивным: дым из него выходил через отверстие вверху жилища. Северные народы до сих пор пользуются таким способом обогрева[1].
Первые системы отопления появились еще в богатых домах Древнего Рима. Назывались они «гипокаусты» и обогревали жилище благодаря сети специальных каналов, размещенных под полом и в стенах, по которым пропускались горячие дымовые газы из печи. То есть теплоносителем в них был воздух. Из истории известно, что богатые римляне обогревались с помощью горячей воды, протекавшей по медным трубам. А это уже был прототип водяной системы отопления, получившей развитие много позже, в эпоху промышленной революции. В Средние века для обогрева больших зданий, например, церквей и дворцов, использовалась воздушная схема. Установлено, что так отапливались русские царские хоромы XVI-XVII веков – например, Грановитая палата Московского Кремля. Источником тепла в те времена были печи и камины – вначале глиняные и кирпичные, а затем – и металлические.
Совершенствуя традиционный камин, сконструировали автономную печку, для стенок которой использовали чугун, обладающий большой теплоемкостью.
В 1675 году английским инженером Евелином для обогрева оранжереи была впервые сконструирована система водяного отопления, в которой вода прибор – чугунный радиатор. Создал его немец итальянского происхождения Франц Карлович Сан-Галли в 1855 году, назвав свое изобретение горячая коробка, или, более привычно для русского уха, «батарея». По сравнению с нынешними чугунными радиаторами, они были более громоздки и богато украшались орнаментом нагревалась в котле и затем циркулировала по стальным трубам, постепенно отдавая тепло. Самым ярким примером успехов отечественных мастеров стала система отопления Летнего дворца Петра I, построенного в 1714 году в Санкт-Петербурге.
В Европе водяные и паровые отопительные системы чаще всего применялись для обогрева оранжерей и зимних садов, и только начиная с 30-х годов XIX века водяное отопление начало все шире применяться для обогрева жилых помещений. Именно в России, а точнее, в Санкт-Петербурге, был изобретен принципиально новый обогревательный. Самой старейшей из действующих батарей отопления – 108 лет. Она находится в Царском селе на даче Великого князя Бориса Владимировича.
Таким образом, следует отметить, что люди во все времена стремились сохранить тепло в помещениях. Но менялись времена, менялись способы и методы сохранения тепла.
Как гласит старая мудрая пословица – готовь сани летом, а телегу зимой. Она заставляет нас задуматься о том, что все проблемы надо решать вовремя, а еще лучше заранее.
Из беседы с Макляновым О.А., инженером – теплотехником ОАО «Энергосбыт» г. Орска, мы узнали, что в жилищном хозяйстве потребляемая тепловая энергия используется на отопление домов и горячее водоснабжение. Специалисты считают, что до 40% потребляемой энергии можно сэкономить простыми и недорогими способами. В большинстве случаев это изменение привычек, устранение утечек тепла с помощью улучшения изоляции. Это касается утепления квартир и домов, в которых нам придется переживать морозы, которые с приходом очередной зимы все крепчают и крепчают. Если все-таки зима уже не за горами и времени для утеплительных работ остается мало, не стоит переживать. Нужно просто как можно быстрее начать действовать.
Сохранение драгоценного тепла в жилище хотя бы на уровне плюс 18 градусов остается по-прежнему делом рук самих жильцов. Включение в сеть электрообогревателей, даже если они у вас есть, еще не решение проблемы. Во-первых, они сушат воздух, во-вторых, расходуют огромное количество электроэнергии, что тут же ляжет дополнительным бременем на семейный бюджет, и в-третьих, не спасают от сквозняков. Поэтому, чтобы сохранить тепло, прежде всего надо разобраться, куда оно у вас улетучивается. Все дело в том, что наши дома, если говорить по-научному, далеки от энергоэффективных. Много тепла просто уходит наружу.
Для выяснения того, куда же уходит тепло из нашего дома, были проведены исследования.[3] На примере обычного панельного дома (если взять все теплопотери за 100%): Стены – 18%, воздухообмен (вентиляция) – 22%, окна – 25%, подвалы – 9%, крыша –11%, система отопления – 15% (Приложение 1) Вот и получается, что мы оплачиваем больше тепла, чем получаем в итоге. Что же делать?
Вот несколько советов от специалистов. [3] (Приложение № 2)
1. Утепление окон может повысить температуру в помещении на 4–5°С и позволит отказаться от электрообогревателя, который за сезон может потреблять до 4000 кВтч на одну квартиру Утеплите деревянные рамы уплотнителем либо поменяйте их на пластиковые стеклопакеты.
2. Теплоотражающая пленка – оптически прозрачный материал со специальным многослойным покрытием, который устанавливается на внутреннюю поверхность наружной оконной рамы. Пленка пропускает 80% видимого света, а внутри квартиры отражает около 90% теплового излучения, что позволяет сохранить тепло в помещении зимой и прохладу летом.
3. Не задвигайте радиаторы мебелью и не занавешивайте их шторами. Преграды мешают теплому воздуху равномерно распространяться по комнате и снижают теплоотдачу радиаторов на 20%.
4. Проветривайте «по-ударному». Постоянно открытая форточка, как это ни удивительно, остужает, но не проветривает. А вот если проветривать «залпом», на короткое время широко открыв окна, тогда воздух успеет смениться, но при этом не «выстудит» комнату – поверхности в помещении останутся теплыми.
5. Особенно тщательно стоит утеплить балконную дверь. На нижней части двери можно закрепить кнопками декоративный коврик, а на порог со стороны комнаты положить, плотно прижимая к двери, сшитый из толстой ткани валик. Набить его можно поролоном или обрезками ткани.
6. Утеплите входную дверь. Действенный способ сохранить тепло, уходящее через входную дверь, – установить вторую дверь, создав теплоизолирующий тамбур (Приложение №2).
В некоторых регионах нашей страны для сохранения тепла в жилых помещениях используют другие способы. Например, когда мы были в Крыму, мы обратили внимание на то, что снаружи домов выполняются какие-то работы. Мы обратились за разъяснением в местное ЖКХ. Нам объяснили, что для сохранения и экономии тепла в собственных квартирах, некоторые жильцы обшивают наружные панели своих квартир утеплителями (пенопласт). Что приводит к значительной экономии.
Таким образом, можно сделать вывод, что сохранение тепла в помещении, это задача самих людей. А так как основным источником потерей тепла являются окна, то следует рассмотреть целесообразность смены деревянных окон на окна ПВХ.
2.2. Пластиковые окна и их преимущества
Обратимся к истории создания пластиковых окон.
Пластиковые окна делаются из поливинилхлорида (ПВХ). [7]Это один из самых первых искусственных материалов. ПВХ известен уже почти 200 лет, впервые он был создан химиком Регнальдом в 1835 году. Но только в начале 20-го века промышленники заинтересовались массовым производством, но начавшаяся первая мировая война помешала немцам-хозяевам патента использовать технологию, и лишь в 1931 году концерном BASF были произведены первые несколько тонн этого материала.
Производство ПВХ в более крупных масштабах началось в Германии в 30-е годы. В это же время успешные разработки в этой области были проведены в США и Англии. После окончания Второй мировой войны поливинилхлорид стал самым массовым материалом для изготовления труб, профилей, покрытий для пола, пленок, кабельной изоляции и множества других пластмассовых изделий. Использовать ПВХ для изготовления окон начали в 50-е годы 20-го века.
Первые пластиковые рамы представляли собой металлическую основу, облицованную мягким или полумягким ПВХ. Несколько позднее начался выпуск профилей из твердого поливинилхлорида, который частично усиливался деревянными или металлическими вкладышами. Германия – родина ПВХ, и даже на сегодняшний день уровня качества немецкого ПВХ пока не достиг никто. Оконных профилей множество, но произведенные в Германии считаются самыми высокотехнологичными. Невысокая стоимость сырья и производства, наряду с хорошими физическими характеристиками (низкая теплопроводность, достаточно высокая химическая стойкость), сделали их самыми массовыми в Старом и Новом Свете.
В 1959 году окна из ПВХ вошли в массовое применение – ими были оборудованы целые квартиры, а к концу 60-х практически все окна в новых жилых домах и офисах в Европе и Америке стали делаться исключительно из поливинилхлорида. Технологии совершенствовались, и постепенно пластиковые окна стали превосходить деревянные по своим характеристикам: срок службы их почти в два раза больше, чем у деревянных; звукоизоляция почти полная; в уходе они значительно проще, чем дерево Сегодня окна из ПВХ профиля завоевали прочное место на рынках Европы и Америки. А уровень продаж в России растет из года в год в геометрической прогрессии.
Основная задача пластиковых окон – сохранять тепло. Металлопластиковые окна изготавливают из поливинилхлорида (ПВХ), который является разновидностью сверхпрочного пластика, получаемого из природного сырья. ПВХ – прочный и дешевый материал. Он надежен и прост в эксплуатации. Благодаря этим свойствам окна ПВХ во многом превосходят традиционные деревянные окна (Приложение №3).
Пластиковые окна вы устанавливаете, прежде всего, для того, чтобы в вашей квартире было тепло и сухо. Красивый дизайн – это немаловажная деталь, ради которой меняют старые деревянные окна. Но, тем не менее, отличная теплоизоляция в помещении – это главное преимущество пластиковых окон. Одна из важнейших характеристик пластикового окна – это теплоизоляция. Свойства теплоизоляции окна оценивают с помощью сопротивления теплопередаче (чем оно выше, тем теплоизоляция окна лучше).
Повышают теплоизоляцию пластиковых окон, используя однокамерные или двухкамерные стеклопакеты с воздушными промежутками между ними 6-20 мм. Для производственных помещений используют даже 6-камерные профили (Приложение № 4). [8]Воздух, заполняющий расстояние между стеклами, служит хорошим теплоизолятором. Основные стеклопакеты – однокамерные. Они состоят из двух стекол, соединенных между собой с помощью алюминиевых рамок. С одной стороны она поддерживает дистанцию, а с другой – между собой герметично и надежно закрепляет стекла. Чем герметичнее будет закрепление, тем меньше вероятности попадания влаги и загрязнений (Приложение № 5). Многие элитные компании по установке пластиковых окон применяют для установки стеклопакета с энергосберегающим стеклом.
Изобретатели и конструкторы пластиковых окон работают так же и над другими направлениями, чтобы повысить энергосберегающие свойства. В качестве примера, разработчики окон ПВХ наносят тонкий и прозрачнейший слой специального покрытия на стекло. При этом светопроницаемость остается неизменной, а теплоизоляция значительно повышается. Теплоизоляционные стекла имеют несколько модификаций – например, с мягким и жестким покрытием. Стекла с мягким покрытием наиболее нежные, но тоже с должным эффектом выполняют свои теплоизоляционные функции в менее суровом климате. Жесткое покрытие стекол дает более устойчивый эффект к воздействию внешней среды. Оно очень прочное и надежное. Благодаря свойству сохранения тепла в течение длительного времени и качественной теплопроводности, подобные окна имеют значительную популярность.
Итак, мы выяснили, что пластиковые окна прочны, надежны и легки в эксплуатации.
3. Практическая часть
В начале своего исследования мы изучили журнал регистрации температуры воздуха в различных помещениях МОАУ «СОШ № 25» за 2013-2014 учебный год. С сентября по декабрь 2015 года мы производили замеры температуры воздуха в спортивном зале и кабинете №1.
Полученные данные мы занесли в сравнительную таблицу № 1.
Таблица №1
|
Дата |
Спорт. зал |
Кабинет |
Дата |
Спорт. зал |
Кабинет |
Дата |
Спорт. зал |
Кабинет |
|
15.09.13 |
+18 ᵒ С |
+24 ᵒ С |
15.09.14 |
+24ᵒ С |
+24 ᵒ С |
15.09.15 |
+23ᵒ С |
+24 ᵒ С |
|
15.10.13 |
+13 ᵒ С |
+19 ᵒ С |
15.10.14 |
+22ᵒ С |
+22 ᵒ С |
15.10.15 |
+20ᵒ С |
+20 ᵒ С |
|
15.11.13 |
+13 ᵒ С |
+18 ᵒ С |
15.11.14 |
+19ᵒ С |
+22 ᵒ С |
15.11.15 |
+19ᵒ С |
+22 ᵒ С |
|
15.12.13 |
+8 ᵒ С |
+18 ᵒ С |
15.12.14 |
+18ᵒ С |
+20 ᵒ С |
15.12.15 |
+19ᵒ С |
+22 ᵒ С |
Анализируя данные таблицы № 1, мы пришли к выводу, что в исследуемых помещениях стало теплее. Мы предположили, что это связано с заменой деревянных окон на окна ПВХ.
Нам стало интересно, как жители нашего города поддерживают тепло в своих домах. Для этого мы вышли на улицы города и задали людям вопрос: «Как вы в холодное время года поддерживаете тепло в своих квартирах?»
Результаты опроса мы приводим в диаграмме № 1.
Диаграмма № 1.
Из представленной диаграммы видно, что большинство людей для сохранения тепла в своих квартирах устанавливают окна ПВХ.
Анализируя итоги опроса, нам стало интересно, а во многих ли домах установлены пластиковые окна. С этим вопросом мы также обратились к жителям нашего города.
Итоги анкетирования в диаграмме № 2.
Диаграмма № 2
Для того, чтобы сравнить теплоизоляцию помещения с пластиковым и деревянным окном, мы провели следующий эксперимент: замерили температуру воздуха на подоконнике деревянного окна и пластикового.
Температура воздуха на подоконнике деревянного окна +16 ͦ С, при температуре на улице – 19 ͦ С.
Температура на подоконнике пластикового окна +22 ͦ С, при температуре за окном – 19 ͦ С.
Итак, мы отметили, что температура воздуха возле пластикового окна и деревянного отличается.
Тогда мы провели опыт: поставили прорастать луковицу на подоконник пластикового окна и деревянного.
За 19 дней нашего опыта у луковицы на деревянном окне появился 1 росток, а у луковицы на пластиковом окне – 6.
По результатам проведенного эксперимента и опыта мы делаем вывод, что на подоконниках окон ПВХ более благоприятные температурные условия.
Благодаря чему окна ПВХ так сохраняют тепло? За консультацией по этому вопросу мы обратились к менеджеру по продажам фирмы «Окна вашей мечты» Громовой Екатерине
Из беседы с менеджером нам стали известны преимущества пластиковых окон:
1. Прочные и удобные
2. Имеют высокую теплоизоляцию
3. Шумонепроницаемы
4. Эстетичны и гигиеничны
По мониторингу, проводимому этой фирмой, мы смогли сделать выводы о том, что с каждым годом желающих установить окна ПВХ становится все больше. Менеджер предоставила нам итоги мониторинга, а мы составили сравнительный график продаж.
Для более детального ознакомления с качеством и технологией изготовления окна ПВХ нам предложили посетить цех по производству пластиковых окон.
В цеху мы познакомились со всеми этапами сборки пластикового окна и даже смогли поучаствовать в некоторых операциях.
В процессе наблюдения за производством у нас возникли вопросы, на которые ответил мастер участка сборки ПВХ окон Савельев А.П. Для чего такое разнообразие окон по качеству, профилю и камерности? Все зависит от помещения, в котором будут устанавливать окна. Выбирая окна, следует учитывать площадь помещения, его назначение, наличие радиаторов и многое другое.
Итак, из беседы с мастером мы выяснили, что благодаря энергоэффективности материалов ПВХ профиля и конструкции покупатели могут заказать нужное окно для своего помещения.
Мы решили измерить и сравнить температуру воздуха в разных кабинетах, оснащенными пластиковыми окнами, при температуре воздуха на улице – 21 ̊ С. Результаты измерений представлены в таблице № 2.
Таблица № 2
|
Кабинет № 1 |
Кабинет № 3 |
Кабинет № 8 |
Кабинет № 11 |
|
+23 ̊ С |
+26 ̊ С |
+25 ̊ С |
+25 ̊ С |
Кабинет № 1 угловой, расположен на первом этаже, оснащен тремя 6-ти секционными радиаторами. Кабинет № 3 не угловой, расположен на первом этаже, оснащен тремя 6-ти секционными радиаторами. Кабинет № 8 угловой, расположен на первом этаже, оснащен тремя 8-ми секционными радиаторами. Кабинет № 11 угловой, расположен на втором этаже, оснащен тремя 6-секционными радиаторами.
Итак, данные замеры показали, что температура воздуха в исследуемых помещениях, оснащенных одинаковыми окнами ПВХ, различна. Из этого можно сделать вывод, что не только окна ПВХ способствуют поддержанию теплового режима в помещениях.
1.Подготовка к исследованию
1.2.Чтотакое теплопроводность.
Теплопроводность – это способность материала проводить тепло. Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной. Передача тепла происходит за счет передачи энергии при столкновении молекул вещества. Происходит это до тех пор, пока температура внутри тела не станет одинаковой. Такой процесс может происходить в твердых, жидких и газообразных веществах. Является одним из видов теплопередачи.
Рис.1 Теплопроводность
Хорошими проводниками теплоты являются металлы, самыми плохими —газы. Это объясняется особенностями их строения. Молекулы газов находятся друг от друга на расстояниях, больших, чем молекулы твёрдых тел, и значительно реже сталкиваются. Поэтому и передача энергии от одних молекул к другим в газах происходит не столь интенсивно, как в твёрдых телах. Теплопроводность жидкости занимает промежуточное положение между теплопроводностью газов и твёрдых тел.
1.3. Другие виды теплопередачи
Существует еще два вида теплоотдачи, которые нам необходимо подробнее изучить. Предлагаю кратко изучить их все по отдельности.
1.3.2. Конвекция
Конвекция связана с переносом вещества, поэтому она может осуществляться только в жидкостях и газах; в твёрдых телах конвекция не происходит. Для осуществления конвекции в жидкостях и газах необходимо нагревать их снизу.
Рис.2 Конвекция.
Конвекция бывает двух видов:
Рис.3 Виды конвекции
1.3.3. Излучение
Излучение — это энергия, которая перемещается из одного места в другое в таком виде, который можно описать как волны или частицы. Мы постоянно сталкиваемся с излучением в нашей повседневной жизни. В число знакомых всемисточников излучения входят Солнце, микроволновые печи, которые стоят у нас на кухне, и радиоприемники, которые мы слушаем в автомобилях. В основном подобное излучение не причиняет какого-либо вреда нашему здоровью. Но некоторые виды излучения являются опасными.
Рис.4
Излучение
Виды излучения:
Неионизирующее излучение — это излучение более низкой энергии, которое не обладает достаточной мощностью, чтобы отделить электроны от атомов или молекул, находящихся в веществе или в живых организмах. Однако его энергия может заставить эти молекулы вибрировать и таким образом выделять тепло. Например, именно так работают микроволновые печи.
Для большинства людей неионизирующее излучение не представляет риска для здоровья. Однако работникам, которые регулярно контактируют с некоторыми источниками неионизирующего излучения, могут потребоваться специальные меры для защиты, например, от выделяемого тепла.
Ионизирующее излучение — это вид излучения энергии такой мощности, что оно способно отделять электроны от атомов или молекул, тем самым вызывая изменения на атомном уровне при взаимодействии с веществом, включая живые организмы. Такие изменения обычно сопровождаются образованием ионов (электрически заряженных атомов или молекул) — отсюда и возник термин «ионизирующее» излучение.
Узнав чуть больше о теплопроводности и теплоотдачи, можем приступить проведению исследования.
Теплопроводность тела человека.
Горячий кофе передает тепло чашке, а чашка — рукам. Это будет происходить до тех пор, пока температура напитка, чашки и рук не сравняется. И наоборот, если емкость с напитком холодна (например, фужер с коньяком), то тепло передается в обратном направлении — от рук к напитку.
Рис.5 Теплопроводность тела человека
Человеческое тело отдает свое тепло не только жидкостям, но и окружающей среде — воздуху или другим холодным предметам, с которыми человек соприкасается. Различные зоны человеческого тела делают это по-разному. Например, верхняя часть, особенно голова и шея, отдают много тепла, а ноги и участки тела с большим количеством подкожного жира — мало. Кстати, именно поэтому упитанные люди мерзнут меньше худых.
2.Проведение исследования
2.1. Первый этап исследования
Цель: Исследование теплопроводности различных жидкостей.
Что использовали: жидкости, термощуп, газовая плита.
Условия исследования: Наливаем одинаковое количество жидкости в ёмкость(поочерёдно) и нагреваем. Ждём 1 минуту и измеряем температуру жидкостей.
|
Жидкости |
Температура до, ℃ |
Температура после, ℃ |
Время t, мин |
|
Вода |
23,5 |
49,7 |
1 |
|
Спирт |
23,5 |
52,3 |
1 |
|
Масло |
23,5 |
82,2 |
1 |
Вывод: Вода обладает самой большой теплоёмкостью из данных жидкостей, т.е. затрачивает большую энергию при нагревании. Это объясняет результаты опыта: вода нагревается медленнее масла и спирта. Вода – является самым хорошим изолятором.
2.2. Второй этап исследования
Теплопроводность различных тел
Цель: Изучить теплопроводность ложек, сделанных из разных материалов.
Что использовали: ёмкость, ложки, кипяток, термощуп.
Условия исследования:Поочерёдно вливаем воду 70℃ и опускаем ложки. Спустя минуту измеряем температуру.
|
Материалы |
Температура до, ℃ |
Температура после, ℃ |
Время t, мин |
|
Нержавеющая сталь |
26,0 |
34,0 |
1 |
|
Пластмасса |
26,0 |
30,3 |
1 |
|
Дерево |
26,0 |
33,5 |
1 |
Вывод: Ручка ложки из нержавеющей стали намного горячее деревянной и пластмассовой благодаря своей высокой теплопроводности.
Заключение
В течение всей проделанной работы мы выяснили, что:
Виды теплопередачи.
Приборы и материалы: спиртовка, 30-сантиметровые куски стальной, медной, алюминиевой, нихромовой проволоки, пластилин, гвоздики, штатив, часы.
Задание: закрепите проволоку горизонтально одним концом в штативе, на расстоянии 5 см от другого конца и через 5 см один от другого подвесьте к ней (на пластилине) четыре гвоздика. Нагревая проволоку со свободного конца, наблюдайте за падением гвоздиков. Сделайте вывод.
|
Проволока |
Время до падения гвоздиков, с |
|||
|
1-го 5 см |
2-го 10 см |
3-го - 15 см |
4-го - 20 см |
|
|
Медная |
||||
|
Алюминиевая |
||||
|
Нихромовая |
||||
|
Стальная |
||||
Вывод:
Введение
В курсе физики вопрос о физических явлениях - тепловых и электрических, вызвал особый интерес. В результате выполнения данной работы мы хотели углубить и закрепить имеющиеся знания по этому вопросу физики.
Объектом исследования являются различные образцы тканей.
Гипотеза исследования: теплопроводность, влагопроницаемость, способность электризоваться зависят от вида тканей.
Актуальность работы: вусловиях холодного климата возникает проблема соответствующей одежды, которая должна быть комфортной, не электризоваться и хорошо сохранять тепло, для этого она должна обладать малой теплопроводностью. А в редкие жаркие дни не привести к перегреву тела. И, поэтому мы решили исследовать некоторые виды тканей на теплопроводность, электризацию и влагопроницаемость.
Цель работы: исследовать теплопроводность, электризацию и влагопроницаемость различных видов тканей в условиях школьного физического кабинета.
Задачи:
-изучить теоретическую основу понятия теплопроводности и влажности тканей; -экспериментально исследовать теплопроводность, электризацию и влагопроницаемость различных видов тканей.
Данные задачи решались с помощью нескольких методов:
- теоретические (изучение, анализ литературы); - эмпирические (наблюдения, измерения); - интерпретационные (количественная и качественная обработка результатов).
Практическая значимость: эксперименты внесут определенный вклад в понимание физических процессов, происходящих в нашей повседневной жизни, позволят рассмотреть их более наглядно.
Оборудование:
- калориметр с водой; - экспериментальный материал (образцы тканей); - цифровая лаборатория «Архимед» с датчиками температуры и влажности; - электронные весы; - секундомер; - электроскоп, эбонитовая, стеклянная палочки.
Основная часть
Одежда помогает нам защищаться от излишнего охлаждения или перегревания, содействует поддержанию температуры тела. Подбирая соответствующее белье, платье, можно замедлить или ускорить отдачу телом тепла и тем самым облегчить организму возможность регулировать свой тепловой баланс при различных метеорологических условиях.
На обширной территории нашей страны существуют большие различия в климате, погоде. И это во многом определяет одежду населения. Так, она наиболее разнообразна у жителей умеренного климата с ярко выраженными сезонами года: зимним, летним, весенне-осенним (большая часть европейской части России, южные районы азиатской части, Северный Казахстан, где суровая зима чередуется с жарким летом, а также приморские влажные районы Прибалтики, Белоруссии с их пасмурным летом и прохладной сырой зимой). По-особому одеваются жители Арктики, Заполярья и Севера, где преобладает в основном холодная погода с очень сильными морозами и ветрами, а лето прохладное и часто сырое. Есть свои закономерности в одежде для самых жарких (Средней Азии), жарких и влажных (Черноморское побережье), а также высокогорных районов страны (Памир, Тянь-Шань, Кавказ, Алтай). Прежде всего, ткани должны создавать наиболее благоприятный режим для сохранения теплового равновесия организма и обеспечивать необходимый обмен влаги между телом и окружающей средой, меньше накапливать электростатические заряды.
Свойства тканей должны соответствовать конкретным условиям жизни и деятельности человека.
Исследовательская часть
Опыт №1 «Измерение температуры остывающей воды при наличии одного слоя тканевого мешочка»
Оборудование: цифровая лаборатория Архимед, датчик температуры, стакан калориметра, образцы тканей, сосуд с горячей водой.
В ходе выполнении исследовательской работы были проведены эксперименты с различными видами тканей. Для выполнения эксперимента мы помещали стакан калориметра, наполненный горячей водой, в тканевый мешочек. Через равные промежутки времени (3 минуты) измеряли датчиком температуру под тканью, записывали показания в таблицу, рассчитывали скорость изменения температуры и строили диаграмму (Фото 1).
Фото 1 «Измерение температуры»
Таблица №1
|
Температура |
|||||||
|
t,с |
Лён |
Шерсть |
Шёлк |
Хлопок |
Синтепон |
Трикотажная шерсть |
Капрон |
|
t1 |
78,52 |
80,41 |
77,71 |
82,76 |
79,24 |
80,71 |
70,57 |
|
t2 |
74,72 |
76,90 |
75,49 |
79,77 |
76,70 |
74,40 |
67,95 |
|
t3 |
71,37 |
73,71 |
71,90 |
79,20 |
76,13 |
69,27 |
65,69 |
|
t4 |
68,38 |
70,65 |
68,94 |
73,39 |
75,23 |
65,19 |
63,45 |
|
t5 |
65,78 |
68,18 |
66,47 |
70,36 |
69,25 |
61,35 |
61,31 |
|
Δt |
12,74 |
12,23 |
11,24 |
12,4 |
9,99 |
19,36 |
9,26 |
|
Скорость изменения температуры, °С/мин |
|||||||
|
№ |
Лён |
Шерсть |
Шёлк |
Хлопок |
Синтепон |
Трикотажная шерсть |
Капрон |
|
1 |
1,06 |
1,02 |
0,94 |
1,03 |
0,83 |
1,6 |
0,77 |
Диаграмма 1 «Скорость изменения температуры, °С/мин»
Вывод: сравнив изменения температуры всех образцов тканей и построив диаграмму, мы увидели, что натуральные ткани: лён, шерсть, хлопок, трикотажная шерсть хорошо проводили тепло (ткани хорошо «дышат»), а синтетические ткани: капрон, шёлк, синтепон - плохо.
Опыт №2 «Измерение температуры остывающей воды при наличии двухслойного тканевого мешочка»
Оборудование: цифровая лаборатория Архимед, датчик температуры, стакан калориметра, образцы тканей, сосуд с горячей водой.
Для выполнения эксперимента мы помещали стакан калориметра, наполненный горячей водой, в двухслойный тканевый мешочек. Внутрь мешочка помещали датчик температуры цифровой лаборатории Архимед. Через равные промежутки времени (3 минуты) измеряли датчиком температуру под тканью, записывали показания в таблицу, сравнивали изменение температуры и строили диаграммы.
Таблица №2
|
t,с |
Шерсть- Шёлк |
Синтепон- Капрон |
Хлопок- Синтепон |
|
t1 |
79,81 |
82,25 |
81,48 |
|
t2 |
77,06 |
80,51 |
79,85 |
|
t3 |
74,48 |
77,75 |
76,3 |
|
t4 |
72,02 |
75,69 |
73,71 |
|
t5 |
70,36 |
73,79 |
72,36 |
|
Δt |
9,45 |
8,46 |
9,12 |
Диаграмма 2 «Сравнение изменения температуры однослойных и двухслойных тканей шерсть, шёлк»
Диаграмма 3 «Сравнение изменения температуры однослойных и двухслойных тканей синтепон, капрон»
Диаграмма 4 «Сравнение изменения температуры однослойных и двухслойных тканей хлопок, синтепон»
Вывод: сравнив изменения температуры пар образцов тканей: шерсть-шёлк, синтепон - капрон, хлопок – синтепон, и построив диаграммы, мы увидели, что многослойная «одежда» для стакана калориметра лучше сохраняла тепло, чем в том случае, когда «одежда» для стакана была однослойной.
Опыт №3 «Измерение массы воды, впитавшейся в ткань при испарении»
Оборудование: электронные весы, стакан калориметра, образцы тканей, сосуд с горячей водой.
При выполнении экспериментов мы заметили, что тканевые мешочки намокали при испарении воды. Мы решили изучить степень намокаемости ткани. Для выполнения исследования мы измеряли массу сначала однослойного тканевого мешочка (а затем двухслойного) до эксперимента и после него, записывали показания в таблицу, рассчитывали изменение массы и строили график.
Таблица №3
|
Масса, г |
|||||||
|
m |
Лён |
Шерсть |
Шёлк |
Хлопок |
Синтепон |
Трикотажная шерсть |
Капрон |
|
m1 |
9,39 |
9,97 |
6,10 |
6,58 |
13,20 |
26,91 |
3,67 |
|
m2 |
15,28 |
12,13 |
8,48 |
7,29 |
15,47 |
49,24 |
3,78 |
|
Δ m |
5,89 |
2,16 |
2,38 |
0,71 |
2,27 |
22,33 |
0,11 |
График 1 «Намокаемость образцов тканей»
Таблица №4
|
m |
Шерсть- Шёлк |
Синтепон- Капрон |
Хлопок- синтепон |
|
m1 |
11,11 |
12,98 |
14.47 |
|
m2 |
11,95 |
13,38 |
17.5 |
|
Δ m |
0,84 |
0,4 |
3,03 |
Диаграмма 5 «Намокаемость многослойных образцов тканей»
Опыт №4 «Измерение влажности исследуемых образцов тканей»
Способность тканей проводить влагу из среды с повышенной влажностью в среду с пониженной влажностью является их важным гигиеническим свойством. Мы помещали стакан калориметра поочерёдно в мешочки из разных тканей и всё это помещали в целлофановый пакет, внутрь которого вводили датчик влажности (Фото 2).
Фото 2 «Экспериментальная установка для измерения влажности»
Таблица 5
|
Влажность, % |
||||||
|
Лён |
Шерсть |
Шёлк |
Хлопок |
Синтепон |
Трикотажная шерсть |
Капрон |
|
83,29 |
86,04 |
77,12 |
75,63 |
78,69 |
77,72 |
75,27 |
Диаграмма 6 «Сравнение влажности исследуемых образцов»
Вывод: эксперимент показал, что в одежде из шерсти, льна, трикотажной шерсти, синтепона, тело будет испытывать повышенную влажность, а в одежде из хлопка, шёлка, капрона – будет более комфортно.
Опыт №5 «Изучение электризации исследуемых образцов тканей»
Для комфортного ношения одежды важен ещё один фактор – способность тел накапливать электрический заряд при трении (электризоваться). Для проведения эксперимента берём электроскоп, с прикреплённым к нему транспортиром, эбонитовую и стеклянную палочки, образцы тканей.
Теплопроводность,один из видов переноса теплоты (энергии теплового движения микрочастиц) от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию температуры. При теплопроводности перенос энергии в теле осуществляется в результате непосредственной передачи энергии от частиц вещества, обладающих большей энергией, частицам с меньшей энергией. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.
Образцы тканей [4]
|
Шерсть - волосяной покров овец, коз, верблюдов и других животных. Она обладает малой теплопроводностью, что делает ее незаменимой при выработке пальтовых, костюмно-плательных тканей и трикотажных изделий зимнего ассортимента. |
|
|
Синтепон— лёгкий, объёмный, нетканый материал, в котором волокна скрепляются иглопробивным, клеевым или термическим способом. Синтепон чаще всего изготавливают из вторичного сырья: переплавленных пластиковых отходов (бутылок, пакетов, одноразовой посуды и т. п.). Преимущества синтепона заключаются в лёгкости, хороших теплозащитных свойствах и малом весе, а также в относительной безвредности для человека. |
|
|
Лён - это ткань с гладкой поверхностью и матовым блеском. Имеет высокую прочность и способность впитывать влагу при сравнительно большой воздухо- и теплопроницаемости, а также стойкость против гниения. |
|
|
Хлопок - самая экологичная ткань. Она дышащая, гипоаллергенная, приятная на ощупь, комфортная к телу, довольно теплая, хорошо впитывает влагу, не электризуется [3]. |
|
|
Шёлк - отличается высокой гигроскопичностью (впитывает влагу, равную по количеству половине собственного веса и очень быстро сохнет), обладает средней теплостойкостью и хорошими гигиеническими свойствами [2]. |
|
|
Капрон - синтетическое волокно, получаемое из нефти. Капроновые волокна не впитывают влагу, поэтому не теряют прочности во влажном состоянии. Но у капронового волокна невелика теплостойкость [5]. |
|
2.2. Практическая часть.
Изучим это явление, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостью и газом.
Опыт №1
Взяли различные предметы: одну алюминевую ложку, другую деревянную, третью - пластмассовую, четвертую - из нержавеющего сплава, а пятую - серебряную. Прикрепили к каждой ложке каплями меда скрепки для бумаг. Вложили ложки в стакан с горячей водой, чтобы ручки со скрепками торчали из него в разные стороны. Ложки нагреются, и по мере нагревания мед будет плавиться и скрепки отпадут.
Конечно, ложки должны быть одинаковые по форме и размеру. Где нагревание произойдет быстрее, тот металл лучше проводит тепло, более теплопроводен. Для этого опыта я взял стакан с кипятком и четыре вида ложек: алюминиевую, серебряную, пластмассовую и нержавеющую. Я опускал их по одной в стакан и засекал время: за сколько минут она нагреется. Вот, что у меня получилось:
|
Название материала |
Время до момента нагрева |
|
Алюминий |
2,5 минуты |
|
Дерево |
6,5 минут |
|
Пластмасса |
4,5 минуты |
|
Нержавейка |
1 минута |
|
Серебро |
45 секунд |
Вывод: ложки, изготовленные из дерева и пластмасса, греются дольше, чем ложки из металла, значит, металлы обладают хорошей теплопроводностью.
Опыт №2
Внесем в огонь конец деревянной палки. Он воспламенится. Другой конец палки, находящийся снаружи, будет холодным. Значит, дерево обладает плохой теплопроводностью.
Поднесем к пламени спиртовки конец тонкой стеклянной палочки. Через некоторое время он нагреется, другой же конец, останется холодным. Следовательно, и стекло имеет плохую теплопроводность
Если же мы будем нагревать в пламени конец металлического стержня, то очень скоро весь стержень сильно нагреется. Удержать его в руках мы уже не сможем.
Значит, металлы хорошо проводят тепло, т. е. имеют большую теплопроводность. На штативе горизонтально закреплён стержень. На стержне через одинаковые промежутки вертикально закреплены с помощью воска металлические гвоздики.
К краю стержня подносят свечу. Поскольку край стержня нагревается, то постепенно стержень прогревается. Когда тепло доходит до места крепления гвоздиков со стержнем, стеарин плавится, и гвоздик падает. Мы видим, что в данном опыте нет переноса вещества, соответственно, наблюдается теплопроводность.
Опыт №3
Различные металлы обладают различной теплопроводностью. В физическом кабинете есть прибор , с помощью которого мы можем убедиться в том, что различные металлы обладают разной теплопроводностью. Однако, в домашних условиях мы смогли в этом убедиться с помощью самодельного прибора.
Прибор для показа различной теплопроводности твердых веществ.
Мы изготовили прибор для показа различной теплопроводности твердых тел. Для этого использовали пустую банку из алюминиевой фольги, два резиновых кольца (самодельные), три отрезка проволоки из алюминия, меди и железа, плитку, горячую воду, 3 фигурки человечков с поднятыми вверх руками, вырезанные из бумаги.
Порядок изготовления прибора:
Проверка действия прибора. Налить в банку горячей воды (при необходимости подогреть банку с водой на электрической плитке) и наблюдать, какая фигурка упадет первой, второй, третьей.
Результаты. Упадет первой фигурка, закрепленная на медной проволоке, вторая – на алюминиевой, третья – на стальной.
Вывод. Разные твердые вещества обладают различной теплопроводностью.
Теплопроводность у различных веществ различна.
Опыт №4
Рассмотрим теперь теплопроводность жидкостей. Возьмём пробирку с водой и станем нагревать её верхнюю часть. Вода у поверхности скоро закипит, а у дна пробирки за это время она только нагреется. Значит, у жидкостей теплопроводность невелика.
Опыт №5
Исследуем теплопроводность газов. Сухую пробирку наденем на палец и нагреем в пламени спиртовки донышком вверх. Палец при этом долго не почувствует тепла. Это связано с тем, что расстояние между молекулами газа ещё больше, чем у жидкостей и твёрдых тел. Следовательно, теплопроводность у газов ещё меньше.
Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, снег и другие пористые тела.
Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. А воздух - плохой теплопроводник.
Так под снегом сохраняется зеленая трава, озимые сохраняются от вымерзания.
Опыт №6
Распушил небольшой комок ваты и обернул им шарик термометра.Теперь подержал некоторое время термометр на определенном расстоянии от пламени и заметил, как поднялась температура. Затем тот же комок ваты сжал и туго обмотал им шарик термометра и снова поднес к лампе. Во втором случае ртуть поднимется гораздо быстрее. Значит, сжатая вата проводит тепло намного лучше!
|
|
Если возникает необходимость предохранить тело от охлаждения или нагревания, то применяют вещества с малой теплопроводностью. Так, для кастрюль, сковородок ручки делают из пластмассы или дерева.
Дома строят из бревен или кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а значит, предохраняют от охлаждения.
|
|
Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобожденное от воздуха пространство). Объясняется это тем, что теплопроводность — это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.
3. Заключение.
- У различных веществ различная теплопроводность.
- Большой теплопроводностью обладают твердые тела (металлы), меньшей – жидкости, и плохой - газы.
- Теплопроводность различных веществ мы можем использовать в быту, технике и природе.
- Явление теплопроводности присуще всем веществам, независимо от того, в каком агрегатном состоянии они находятся.
Теперь без затруднения я смогу ответить и объяснить с физической точки зрения на вопросы:
1.Почему птицы в холодную погоду распушают свои перья?
(Между перьями находится воздух, а воздух плохой проводник тепла).
2. Почему шерстяная одежда лучше предохраняет от холода, чем синтетическая?
(Между шерстинками находится воздух, который плохо проводит тепло).
3. Почему зимой, когда погода холодная, кошки спят, свернувшись в клубок? (Свернувшись в клубок, они уменьшают площадь поверхности, отдающей тепло).
4. Зачем ручки паяльников, утюгов, сковородок, кастрюль делают из дерева или пластмассы? (Дерево и пластмасса обладают плохой теплопроводностью, поэтому при нагревании металлических предметов мы, держась за деревянную или пластмассовую ручку, не будем обжигать руки).
5. Зачем кусты теплолюбивых растений и кустов на зиму укрывают опилками?
(Опилки являются плохими проводниками тепла. Поэтому растения укрывают опилками, чтобы они не замёрзли).
6. Какие сапоги лучше защищают от мороза: тесные или просторные?
(Просторные, так как воздух плохо проводит тепло, он является ещё одной прослойкой в сапоге, которая сохраняет тепло).
4. Список используемой литературы.
Печатные издания:
1.А.В. Перышкин Физика 8 класс -М: Дрофа,2012г.
2.М.И.Блудов Беседы по физике часть1 -М: Просвещение 1984г.
Интернет - ресурсы:
1.http://class-fizika.narod.ru/8_3.htm
2.http://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%BE%D1%81%D1%82%D1%8C
КАК СОХРАНИТЬ ТЕПЛО
Содержание
стр.
1. Введение…………………………………………………………. 3
2. Тепло и способы его сохранения
2.1. Что такое тепло? Способы его сохранения........................... 4 - 6
2.2. Пластиковые окна и их преимущества................................. 7 – 8
3. Практическая часть…………………………………………........ 9
4. Заключение………………………………………………………. 17
5. Список литературы……………………………………………… 18
6. Приложение..................................................................................... 19-23
Введение
Тема исследовательской работы: Как сохранить тепло.
Актуальность темы: Комфортные для человека условия (особенно в холодное время года) обеспечиваются за счёт нескольких факторов. Основным фактором комфортности для человека (особенно в холодное время года) является поддержание соответствующей температуры воздуха в помещении (обычно 18-20° С). У нас в квартире очень тепло. Зимой температура воздуха в комнатах достигает 25-28°С, я думаю, что это из-за того, что у нас стоят пластиковые окна. У моего дедушки нет пластиковых окон, поэтому он каждую осень утепляет свои деревянные рамы окон всевозможными народными способами.
Когда мы поступили в первый класс, в нашем кабинете и спортивном зале было тепло. С приходом холодов ситуация изменилась. В классе стало прохладно, а в спортивном зале нам приходилось заниматься в теплых спортивных костюмах.
После проведенных летом ремонтных работ и установки пластиковых окон, осенью мы заметили, что в нашем классе, а особенно в спортивном зале стало тепло. И мы задумались, а может ли это быть связано с заменой в помещениях деревянных окон на пластиковые? Или существуют другие способы сохранения тепла?
Цель исследования: выявить условия, при которых достигаются минимальные потери тепла в помещениях и пути его сохранения.
Задачи исследования:
1. Сформировать теоретическую базу исследования.
2. Проанализировать тепловой режим в выбранных помещениях с октября 2013 по октябрь 2015 года.
3. Исследовать конструкции окон ПВХ.
4. Сопоставить тепловой режим помещений, оснащенных окнами ПВХ.
Гипотеза: окна из ПВХ профиля способствуют тепловому режиму в помещениях.
Методы проведения исследования:
- изучение литературы и интернет ресурсов;
- опрос, интервью;
- эксперимент, опыт.
2. Тепло и способы его сохранения
2.1. Что такое тепло? Способы его сохранения
Что такое тепло? Обратимся к словарю.[4] 1. Нагретое, теплое состояние чего – нибудь. 2. Нагретость воздуха, его температура выше нуля. 3. Теплое, нагретое место, помещение.
Еще издревле люди стремились сохранить тепло своих жилищ, помещений, где они жили. Первейшим отопительным устройством с древнейших времен был обычный костер. Он служил одновременно для приготовления пищи, и для обогрева. Костер собирал вокруг себя людей, объединял их. Когда то наши предки перенесли открытый огонь, тот же костер, в жилище. Первое время дым выходил через вход в пещеру. В жилище всегда было очень дымно и угарно. В дальнейшем люди догадались сделать отверстие вверху пещеры. Чтобы сохранить в пещере тепло длительное время, кострище начали обкладывать камнями. Так получился первый очаг. Но еще очень долгое время очаг оставался примитивным: дым из него выходил через отверстие вверху жилища. Северные народы до сих пор пользуются таким способом обогрева[1].
Первые системы отопления появились еще в богатых домах Древнего Рима. Назывались они «гипокаусты» и обогревали жилище благодаря сети специальных каналов, размещенных под полом и в стенах, по которым пропускались горячие дымовые газы из печи. То есть теплоносителем в них был воздух. Из истории известно, что богатые римляне обогревались с помощью горячей воды, протекавшей по медным трубам. А это уже был прототип водяной системы отопления, получившей развитие много позже, в эпоху промышленной революции. В Средние века для обогрева больших зданий, например, церквей и дворцов, использовалась воздушная схема. Установлено, что так отапливались русские царские хоромы XVI-XVII веков – например, Грановитая палата Московского Кремля. Источником тепла в те времена были печи и камины – вначале глиняные и кирпичные, а затем – и металлические.
Совершенствуя традиционный камин, сконструировали автономную печку, для стенок которой использовали чугун, обладающий большой теплоемкостью.
В 1675 году английским инженером Евелином для обогрева оранжереи была впервые сконструирована система водяного отопления, в которой вода прибор – чугунный радиатор. Создал его немец итальянского происхождения Франц Карлович Сан-Галли в 1855 году, назвав свое изобретение горячая коробка, или, более привычно для русского уха, «батарея». По сравнению с нынешними чугунными радиаторами, они были более громоздки и богато украшались орнаментом нагревалась в котле и затем циркулировала по стальным трубам, постепенно отдавая тепло. Самым ярким примером успехов отечественных мастеров стала система отопления Летнего дворца Петра I, построенного в 1714 году в Санкт-Петербурге.
В Европе водяные и паровые отопительные системы чаще всего применялись для обогрева оранжерей и зимних садов, и только начиная с 30-х годов XIX века водяное отопление начало все шире применяться для обогрева жилых помещений. Именно в России, а точнее, в Санкт-Петербурге, был изобретен принципиально новый обогревательный. Самой старейшей из действующих батарей отопления – 108 лет. Она находится в Царском селе на даче Великого князя Бориса Владимировича.
Таким образом, следует отметить, что люди во все времена стремились сохранить тепло в помещениях. Но менялись времена, менялись способы и методы сохранения тепла.
Как гласит старая мудрая пословица – готовь сани летом, а телегу зимой. Она заставляет нас задуматься о том, что все проблемы надо решать вовремя, а еще лучше заранее.
Из беседы с Макляновым О.А., инженером – теплотехником ОАО «Энергосбыт» г. Орска, мы узнали, что в жилищном хозяйстве потребляемая тепловая энергия используется на отопление домов и горячее водоснабжение. Специалисты считают, что до 40% потребляемой энергии можно сэкономить простыми и недорогими способами. В большинстве случаев это изменение привычек, устранение утечек тепла с помощью улучшения изоляции. Это касается утепления квартир и домов, в которых нам придется переживать морозы, которые с приходом очередной зимы все крепчают и крепчают. Если все-таки зима уже не за горами и времени для утеплительных работ остается мало, не стоит переживать. Нужно просто как можно быстрее начать действовать.
Сохранение драгоценного тепла в жилище хотя бы на уровне плюс 18 градусов остается по-прежнему делом рук самих жильцов. Включение в сеть электрообогревателей, даже если они у вас есть, еще не решение проблемы. Во-первых, они сушат воздух, во-вторых, расходуют огромное количество электроэнергии, что тут же ляжет дополнительным бременем на семейный бюджет, и в-третьих, не спасают от сквозняков. Поэтому, чтобы сохранить тепло, прежде всего надо разобраться, куда оно у вас улетучивается. Все дело в том, что наши дома, если говорить по-научному, далеки от энергоэффективных. Много тепла просто уходит наружу.
Для выяснения того, куда же уходит тепло из нашего дома, были проведены исследования.[3] На примере обычного панельного дома (если взять все теплопотери за 100%): Стены – 18%, воздухообмен (вентиляция) – 22%, окна – 25%, подвалы – 9%, крыша –11%, система отопления – 15% (Приложение 1) Вот и получается, что мы оплачиваем больше тепла, чем получаем в итоге. Что же делать?
Вот несколько советов от специалистов. [3] (Приложение № 2)
1. Утепление окон может повысить температуру в помещении на 4–5°С и позволит отказаться от электрообогревателя, который за сезон может потреблять до 4000 кВтч на одну квартиру Утеплите деревянные рамы уплотнителем либо поменяйте их на пластиковые стеклопакеты.
2. Теплоотражающая пленка – оптически прозрачный материал со специальным многослойным покрытием, который устанавливается на внутреннюю поверхность наружной оконной рамы. Пленка пропускает 80% видимого света, а внутри квартиры отражает около 90% теплового излучения, что позволяет сохранить тепло в помещении зимой и прохладу летом.
3. Не задвигайте радиаторы мебелью и не занавешивайте их шторами. Преграды мешают теплому воздуху равномерно распространяться по комнате и снижают теплоотдачу радиаторов на 20%.
4. Проветривайте «по-ударному». Постоянно открытая форточка, как это ни удивительно, остужает, но не проветривает. А вот если проветривать «залпом», на короткое время широко открыв окна, тогда воздух успеет смениться, но при этом не «выстудит» комнату – поверхности в помещении останутся теплыми.
5. Особенно тщательно стоит утеплить балконную дверь. На нижней части двери можно закрепить кнопками декоративный коврик, а на порог со стороны комнаты положить, плотно прижимая к двери, сшитый из толстой ткани валик. Набить его можно поролоном или обрезками ткани.
6. Утеплите входную дверь. Действенный способ сохранить тепло, уходящее через входную дверь, – установить вторую дверь, создав теплоизолирующий тамбур (Приложение №2).
В некоторых регионах нашей страны для сохранения тепла в жилых помещениях используют другие способы. Например, когда мы были в Крыму, мы обратили внимание на то, что снаружи домов выполняются какие-то работы. Мы обратились за разъяснением в местное ЖКХ. Нам объяснили, что для сохранения и экономии тепла в собственных квартирах, некоторые жильцы обшивают наружные панели своих квартир утеплителями (пенопласт). Что приводит к значительной экономии.
Таким образом, можно сделать вывод, что сохранение тепла в помещении, это задача самих людей. А так как основным источником потерей тепла являются окна, то следует рассмотреть целесообразность смены деревянных окон на окна ПВХ.
2.2. Пластиковые окна и их преимущества
Обратимся к истории создания пластиковых окон.
Пластиковые окна делаются из поливинилхлорида (ПВХ). [7]Это один из самых первых искусственных материалов. ПВХ известен уже почти 200 лет, впервые он был создан химиком Регнальдом в 1835 году. Но только в начале 20-го века промышленники заинтересовались массовым производством, но начавшаяся первая мировая война помешала немцам-хозяевам патента использовать технологию, и лишь в 1931 году концерном BASF были произведены первые несколько тонн этого материала.
Производство ПВХ в более крупных масштабах началось в Германии в 30-е годы. В это же время успешные разработки в этой области были проведены в США и Англии. После окончания Второй мировой войны поливинилхлорид стал самым массовым материалом для изготовления труб, профилей, покрытий для пола, пленок, кабельной изоляции и множества других пластмассовых изделий. Использовать ПВХ для изготовления окон начали в 50-е годы 20-го века.
Первые пластиковые рамы представляли собой металлическую основу, облицованную мягким или полумягким ПВХ. Несколько позднее начался выпуск профилей из твердого поливинилхлорида, который частично усиливался деревянными или металлическими вкладышами. Германия – родина ПВХ, и даже на сегодняшний день уровня качества немецкого ПВХ пока не достиг никто. Оконных профилей множество, но произведенные в Германии считаются самыми высокотехнологичными. Невысокая стоимость сырья и производства, наряду с хорошими физическими характеристиками (низкая теплопроводность, достаточно высокая химическая стойкость), сделали их самыми массовыми в Старом и Новом Свете.
В 1959 году окна из ПВХ вошли в массовое применение – ими были оборудованы целые квартиры, а к концу 60-х практически все окна в новых жилых домах и офисах в Европе и Америке стали делаться исключительно из поливинилхлорида. Технологии совершенствовались, и постепенно пластиковые окна стали превосходить деревянные по своим характеристикам: срок службы их почти в два раза больше, чем у деревянных; звукоизоляция почти полная; в уходе они значительно проще, чем дерево Сегодня окна из ПВХ профиля завоевали прочное место на рынках Европы и Америки. А уровень продаж в России растет из года в год в геометрической прогрессии.
Основная задача пластиковых окон – сохранять тепло. Металлопластиковые окна изготавливают из поливинилхлорида (ПВХ), который является разновидностью сверхпрочного пластика, получаемого из природного сырья. ПВХ – прочный и дешевый материал. Он надежен и прост в эксплуатации. Благодаря этим свойствам окна ПВХ во многом превосходят традиционные деревянные окна (Приложение №3).
Пластиковые окна вы устанавливаете, прежде всего, для того, чтобы в вашей квартире было тепло и сухо. Красивый дизайн – это немаловажная деталь, ради которой меняют старые деревянные окна. Но, тем не менее, отличная теплоизоляция в помещении – это главное преимущество пластиковых окон. Одна из важнейших характеристик пластикового окна – это теплоизоляция. Свойства теплоизоляции окна оценивают с помощью сопротивления теплопередаче (чем оно выше, тем теплоизоляция окна лучше).
Повышают теплоизоляцию пластиковых окон, используя однокамерные или двухкамерные стеклопакеты с воздушными промежутками между ними 6-20 мм. Для производственных помещений используют даже 6-камерные профили (Приложение № 4). [8]Воздух, заполняющий расстояние между стеклами, служит хорошим теплоизолятором. Основные стеклопакеты – однокамерные. Они состоят из двух стекол, соединенных между собой с помощью алюминиевых рамок. С одной стороны она поддерживает дистанцию, а с другой – между собой герметично и надежно закрепляет стекла. Чем герметичнее будет закрепление, тем меньше вероятности попадания влаги и загрязнений (Приложение № 5). Многие элитные компании по установке пластиковых окон применяют для установки стеклопакета с энергосберегающим стеклом.
Изобретатели и конструкторы пластиковых окон работают так же и над другими направлениями, чтобы повысить энергосберегающие свойства. В качестве примера, разработчики окон ПВХ наносят тонкий и прозрачнейший слой специального покрытия на стекло. При этом светопроницаемость остается неизменной, а теплоизоляция значительно повышается. Теплоизоляционные стекла имеют несколько модификаций – например, с мягким и жестким покрытием. Стекла с мягким покрытием наиболее нежные, но тоже с должным эффектом выполняют свои теплоизоляционные функции в менее суровом климате. Жесткое покрытие стекол дает более устойчивый эффект к воздействию внешней среды. Оно очень прочное и надежное. Благодаря свойству сохранения тепла в течение длительного времени и качественной теплопроводности, подобные окна имеют значительную популярность.
Итак, мы выяснили, что пластиковые окна прочны, надежны и легки в эксплуатации.
3. Практическая часть
В начале своего исследования мы изучили журнал регистрации температуры воздуха в различных помещениях МОАУ «СОШ № 25» за 2013-2014 учебный год. С сентября по декабрь 2015 года мы производили замеры температуры воздуха в спортивном зале и кабинете №1.
Полученные данные мы занесли в сравнительную таблицу № 1.
Таблица №1
|
Дата |
Спорт. зал |
Кабинет |
Дата |
Спорт. зал |
Кабинет |
Дата |
Спорт. зал |
Кабинет |
|
15.09.13 |
+18 ᵒ С |
+24 ᵒ С |
15.09.14 |
+24ᵒ С |
+24 ᵒ С |
15.09.15 |
+23ᵒ С |
+24 ᵒ С |
|
15.10.13 |
+13 ᵒ С |
+19 ᵒ С |
15.10.14 |
+22ᵒ С |
+22 ᵒ С |
15.10.15 |
+20ᵒ С |
+20 ᵒ С |
|
15.11.13 |
+13 ᵒ С |
+18 ᵒ С |
15.11.14 |
+19ᵒ С |
+22 ᵒ С |
15.11.15 |
+19ᵒ С |
+22 ᵒ С |
|
15.12.13 |
+8 ᵒ С |
+18 ᵒ С |
15.12.14 |
+18ᵒ С |
+20 ᵒ С |
15.12.15 |
+19ᵒ С |
+22 ᵒ С |
Анализируя данные таблицы № 1, мы пришли к выводу, что в исследуемых помещениях стало теплее. Мы предположили, что это связано с заменой деревянных окон на окна ПВХ.
Нам стало интересно, как жители нашего города поддерживают тепло в своих домах. Для этого мы вышли на улицы города и задали людям вопрос: «Как вы в холодное время года поддерживаете тепло в своих квартирах?»
Результаты опроса мы приводим в диаграмме № 1.
Диаграмма № 1.
Из представленной диаграммы видно, что большинство людей для сохранения тепла в своих квартирах устанавливают окна ПВХ.
Анализируя итоги опроса, нам стало интересно, а во многих ли домах установлены пластиковые окна. С этим вопросом мы также обратились к жителям нашего города.
Итоги анкетирования в диаграмме № 2.
Диаграмма № 2
Для того, чтобы сравнить теплоизоляцию помещения с пластиковым и деревянным окном, мы провели следующий эксперимент: замерили температуру воздуха на подоконнике деревянного окна и пластикового.
Температура воздуха на подоконнике деревянного окна +16 ͦ С, при температуре на улице – 19 ͦ С.
Температура на подоконнике пластикового окна +22 ͦ С, при температуре за окном – 19 ͦ С.
Итак, мы отметили, что температура воздуха возле пластикового окна и деревянного отличается.
Тогда мы провели опыт: поставили прорастать луковицу на подоконник пластикового окна и деревянного.
За 19 дней нашего опыта у луковицы на деревянном окне появился 1 росток, а у луковицы на пластиковом окне – 6.
По результатам проведенного эксперимента и опыта мы делаем вывод, что на подоконниках окон ПВХ более благоприятные температурные условия.
Благодаря чему окна ПВХ так сохраняют тепло? За консультацией по этому вопросу мы обратились к менеджеру по продажам фирмы «Окна вашей мечты» Громовой Екатерине
Из беседы с менеджером нам стали известны преимущества пластиковых окон:
1. Прочные и удобные
2. Имеют высокую теплоизоляцию
3. Шумонепроницаемы
4. Эстетичны и гигиеничны
По мониторингу, проводимому этой фирмой, мы смогли сделать выводы о том, что с каждым годом желающих установить окна ПВХ становится все больше. Менеджер предоставила нам итоги мониторинга, а мы составили сравнительный график продаж.
Для более детального ознакомления с качеством и технологией изготовления окна ПВХ нам предложили посетить цех по производству пластиковых окон.
В цеху мы познакомились со всеми этапами сборки пластикового окна и даже смогли поучаствовать в некоторых операциях.
В процессе наблюдения за производством у нас возникли вопросы, на которые ответил мастер участка сборки ПВХ окон Савельев А.П. Для чего такое разнообразие окон по качеству, профилю и камерности? Все зависит от помещения, в котором будут устанавливать окна. Выбирая окна, следует учитывать площадь помещения, его назначение, наличие радиаторов и многое другое.
Итак, из беседы с мастером мы выяснили, что благодаря энергоэффективности материалов ПВХ профиля и конструкции покупатели могут заказать нужное окно для своего помещения.
Мы решили измерить и сравнить температуру воздуха в разных кабинетах, оснащенными пластиковыми окнами, при температуре воздуха на улице – 21 ̊ С. Результаты измерений представлены в таблице № 2.
Таблица № 2
|
Кабинет № 1 |
Кабинет № 3 |
Кабинет № 8 |
Кабинет № 11 |
|
+23 ̊ С |
+26 ̊ С |
+25 ̊ С |
+25 ̊ С |
Кабинет № 1 угловой, расположен на первом этаже, оснащен тремя 6-ти секционными радиаторами. Кабинет № 3 не угловой, расположен на первом этаже, оснащен тремя 6-ти секционными радиаторами. Кабинет № 8 угловой, расположен на первом этаже, оснащен тремя 8-ми секционными радиаторами. Кабинет № 11 угловой, расположен на втором этаже, оснащен тремя 6-секционными радиаторами.
Итак, данные замеры показали, что температура воздуха в исследуемых помещениях, оснащенных одинаковыми окнами ПВХ, различна. Из этого можно сделать вывод, что не только окна ПВХ способствуют поддержанию теплового режима в помещениях.
Заключение
Человек всегда стремится создавать комфортные условия в помещениях, в которых он живет, учится, работает. Основным фактором комфортности является тепловой режим в этих помещениях.
Сохранение тепла в помещении, это задача самих людей. А так как основным источником потерей тепла являются окна, то целесообразность смены деревянных окон на окна ПВХ очевидна.
Мы выяснили, что окна ПВХ прочны и удобны в эксплуатации, имеют высокую теплоизоляцию, следовательно, не требуют дополнительного утепления. Пластиковые окна шумонепроницаемые, эстетичные и гигиеничные.
Проводимые опыты подтвердили, что окна ПВХ сохраняют благоприятные температурные условия. Это происходит благодаря энергоэффективности материала и конструкции ПВХ профиля.
Следующий этап нашего исследования показал, что температура в помещениях, оснащенных одинаковыми пластиковыми окнами, различна. Следовательно, тепловой режим зависит от многих факторов, а именно: наличие и камерность окон ПВХ, месторасположение помещения, количество радиаторов, качество дверей и др.
Таким образом, не только окна из ПВХ профиля способствуют тепловому режиму. Наша гипотеза не подтвердилась.
Список использованной литературы
Интернет-ресурсы
5. http://HYPERLINK "http://экоблог.р/"экоблог.рф/ (история тепла)
6. http://mdom.biz/
7. http://www.domotvetov.ru/ (история пластикового окна)
8. http://www.blogmastera.com/ (конструкция пластикового окна)
Приложение №1
Приложение №2
Приложение № 3
Приложение № 4
Приложение № 5
Наблюдение и эксперимент
Опыт 1. Нагревание и охлаждение воды в емкостях из разного материала.
|
№ |
Вид емкости (1л) |
Время, необходимое для закипания |
Время, необходимое для охлаждения до комнатной температуры |
|
Алюминиевая |
6 минут |
20 минут |
|
|
Металлическая с покрытием |
7 минут |
30 минут |
|
|
Чугунная |
10 минут |
40 минут |
Вывод: в емкости из материала маленькой плотности (2700 кг/м3) вода нагревается до кипения быстрее, чем в емкости с большей плотностью
(7300 кг/м3). Теплопроводность материала связана с его плотностью, чем плотность меньше, тем теплопроводность выше.
Опыт 2. Согревание ледышек.
Испытаниям подверглись фольга, вата и бумага.
Я решил кубики льда обернуть в различные материалы и проверить, какой кубик быстрее растает, предположив, что в фольге лед дольше сохранится, но ошибся! Спустя 30 минут получил результат.
Лед в фольге растаял быстрее остальных образцов. На фотографии слева на право (лед был в фольге, в бумаге, в вате). Из ваты достал чуть подтаявший кубик. Алюминий 202—236 Вт/мК, вата 0,055 Вт/мК, бумага 0,14 Вт/мК.
Вывод: алюминиевая фольга не сохранит ледышку. Лучше это сделает вата, потому что теплопроводность ваты гораздо меньше, чем у алюминия.
Опыт 3. Нагревание различных материалов.
Описание работы:
Вывод: после проведения опыта, я понял, что благодаря теплопроводности тепло перейдёт от воды к погруженному в неё предмету и растопит масло под горошиной. Металл оказался лучшим проводником, чем дерево и пластмасса. Поэтому кастрюли и сковородки делают из металла, чтобы они быстро нагревались на плите. Дерево и пластик плохо проводят тепло. Поэтому ручки кухонных принадлежностей часто изготавливают из дерева, чтобы мы не обожглись.
Опыт 4. Сравнение теплопроводности серебра, меди и железа.
Описание работы:
Вывод: могу с уверенностью сказать, что наилучшим проводником тепла является серебро, затем медь и железо.
Сравнение и вычисление
Мои родители летом запланировали ремонт квартиры, в том числе и отопительной системы. Встал вопрос относительно того, какие радиаторы отопления лучше? Рынок строительных материалов сейчас просто переполнен предложениями различных производителей, и чтобы сделать оптимально правильный выбор, необходимы знания преимуществ и недостатков радиаторов различных типов, а так же их ценовой уровень.
Исследуя ценовой рынок и свойства материала я составил таблицу:
|
Наименование изделия |
Цена, руб. |
Материал |
Плюсы |
Минусы |
|
Алюминиевый радиатор |
От 1500 и выше |
Алюминий |
Легкий, быстро нагревается, недорогой, хороший дизайн. |
Не выдерживает скачки давления, чувствителен к качеству воды, быстро остывает. |
|
Стальной радиатор |
От 2500 и выше |
Сталь, нержавеющая сталь |
Высокая теплоотдача; если сталь нержавеющая, то не вступает в реакцию с водой, выдерживает скачки давления, хороший дизайн. |
В зависимости от стали чувствителен к воде, тяжелый, дорогой. |
|
Биметаллический радиатор |
От 2350 и выше |
Алюминий, сталь, медь |
Легче стального, выдерживает скачки давления, хороший дизайн. |
Не экономичен для частных домов, высокая цена с медью. |
|
Чугунный радиатор |
От 500 и выше |
Чугун |
Низкая теплоотдача, требует покраски, тяжелый. |
Не прихотлив к воде, долговечен, недорогой. |
Вывод: сравнив характеристики радиаторов, я с родителями пришел к выводу, что лучше установить панельный биметаллический радиатор. Такие радиаторы отличаются высоким уровнем теплоотдачи, благодаря специальной конструкции, закрытой по бокам, но с открытым верхом и низом. В них хорошо сочетается прочность стали с высокой теплоотдачей алюминия. Следует учитывать, что ширина радиатора должна составлять как минимум 50 % от ширины окна. Сумма необходимая на приобретение радиаторов составит 30 000 рублей.
Заключение.
Начав экспериментировать, я и не предполагал, что это будет столь интересно и познавательно! Наблюдения и эксперимент позволили проверить истинность теоретических выводов, объяснять известные явления природы и научные факты. Проводимые мной домашние эксперименты повысили интерес к изучению предмета.
Мною были проведены 4 опыта. В результате наблюдения, сравнения, вычислений, измерений, экспериментов я убедился, что знания по физике имеют большую жизненную значимость.
Данная работа пополнила мой багаж знаний, и я доволен результатом своей работы.
В перспективе мне бы хотелось более подробно изучить теплопроводность материалов, используемых при отделке и изоляции зданий, а так же при возможности получить видимое изображение излучения различных веществ.
Рекомендации
Перспективы и актуальность теплопроводности материалов.
Новый рекорд теплопроводности: медь в нокауте!
Научно-исследовательские разработки в Японии идут семимильными шагами – доказательством тому количество лауреатов Нобелевской премии за этот год из данной страны. Вот и известная торговыми марками Panasonic, JVC и еще полудюжиной имен корпорация MatsushitaElectronicsзаявила миру о революционной разработке – новом полимерном материале PGS (по-русски означает "пиролитическая графитовая пленка"), теплопроводность которого выше аналогичных показателей меди в два раза (800 Вт/м*К)! До этого медь считалась самым лучшим проводником тепла среди промышленных материалов. Про алюминий можно вообще забыть – его показатели в три раза меньше по сравнению с PGS. Самое удивительное, что материал очень легок – его плотность всего 1 г/куб.см – как и у воды, что в 9 раз меньше, чем у меди, и в 3 раза меньше, чем у алюминия. Материал очень гибкий, выдерживает температуры до 400 градусов, обладает малым термическим сопротивлением и высокой скоростью передачи тепла.
Жидкие теплоизоляторы КОРУНД - новейшая разработка.
Новейшая разработка волгоградских ученых, ничем с виду от обычной краски не отличаются. Но зато действуют как тепловой барьер, конкурирующий с традиционными утеплителями типа минеральной ваты или пенополиуретана. Понятно, что такой материал не должен остаться без внимания всех, кто думает, как сделать фасад своего дома энергоэффективным.
Если в пересчете на деньги - это где-то по материалу, ну, скажем так, около 40000 руб. В сравнении - если, например, делать сейчас обрешетку и ставить вентилируемую теплоизоляцию, сайдингом обшивать - это будет намного дороже, намного дольше. В Волгограде ей покрыты десятки километров трубопроводов с горячей водой. В сравнении с минеральной ватой, которой десятки лет обертывали трубы, идущие над землей, теплопотери снизились на 60%. Владельцы квартир говорят, что экономию почувствовали в своих кошельках.
Это вода и акрил, ну, и немного наших секретов. Сфера керамическая сама по себе - она абсолютно безвредна, потому что это просто керамический полый шарик, внутри которого вакуум. Т. е. на стену фактически наносится акриловая краска с керамической микросферой и вакуумом внутри. При этом присутствует легкий запах аммиака, но лишь первые 10-15 минут.
Рынок чудо-красок в России развивается весьма бурно.
И волгоградский центр - отнюдь не единственный игрок на нем.
К примеру, на запрос "теплосберегающие краски" поисковик "Яндекса" выдает 131000 ответов, предлагая как российские, так и зарубежные материалы. Ну, а перспективы этого бизнеса напрямую связаны с ростом тарифов на свет и на газ: чем они выше, тем и спрос на энергосберегающие технологии больше.
Корпорация NEC разработала новый биопластик с теплопроводностью выше, чем у нержавеющей стали.
Корпорация NEC (NEC Corporation) разработала совершенно новый тип биопластика на основе материалов растительного происхождения и угольных волокон. Характеристики теплопроводности такого биопластика выше, чем у нержавеющей стали. Как предполагают разработчики, применение нового типа биопластика при изготовлении электронных устройств сделает их экологически более безопасными и одновременно позволит решить извечную проблему теплоотведения.
Новый биопластик имеет следующие особенности:
1. Создание структуры угольного волокна с поперечной межмолекулярной связью путем использования уникального связующего вещества, содержащегося в смоле полимолочной кислоты, позволяет достичь высокой степени теплового рассеяния (при укреплении примерно десятью процентами угольных волокон этот биопластик может передавать тепло не менее эффективно, чем нержавеющая сталь; при смеси с тридцатью процентами угольных волокон этот вид биопластика передает в 2 раза больше тепла). При этом значительно улучшаются показатели теплопроводности смолистой пластины PLA в плоскостном направлении (именно этот параметр труднее всего обеспечить в случае применения металлических пластин).2. Этот экологически совершенно безопасный композитный материал состоит, в основном, из компонентов на основе биомассы, включая связующее вещество (доля содержания биомассы превышает 90%, остальное содержание приходится на неорганические компоненты, например, угольное волокно).3. Новый композитный материал был тщательно протестирован на прочность и пластичность и рекомендован для использования в электронных продуктах.
Литература
1. Асламазов Л.Г., Варламов А.А. Удивительная физика. Москва. Добросвет. Издательство МЦНМО, 2005.
2. Гулиа Н. В. «О чём молчали учебники»
3. Елькин В.И. Необычные учебные материалы по физике. Москва. Школа-Пресс, 2000.
4. Ковтунович М.Г. «Домашний эксперимент по физике 7-11 классы». Москва. Владос. 2007г.
5. Майоров А.Н. Физика для любознательных, или о чём не узнаешь уроке. Ярославль. Академия развития, 1999.
6. Перельман Я.И. Занимательная физика. М.: Наука, 1976.
7. Перельман Я.И.Физическая смекалка. М.: Омега, 1994.
8. Ресурсы Интернет: www.wikipedia.org
Приложение 1. Нагревание различных материалов.
Описание работы:
1. Взял металлическую ложку, деревянную и пластмассовую линейки.
1. На одном уровне каждого предмета закрепил с помощью куска масла замороженную горошину.
1. Опустил предметы в стакан с горячей водой
Анкета.
1. Из какого материала построен дом, в котором живете?
2. Какие окна предпочли бы иметь в доме?
3.
Рабочие листы
к вашим урокам
Скачать
6 671 642 материала в базе
Настоящий материал опубликован пользователем Полубоярцева Валентина Васильевна. 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
Ваша скидка на курсы
40%
Курс профессиональной переподготовки
300/600 ч.
Курс повышения квалификации
36 ч. — 180 ч.
Курс повышения квалификации
36 ч. — 180 ч.
Мини-курс
4 ч.
Мини-курс
2 ч.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.