Научно-практическая работа "Физические исследования в вакууме"

Районная научно - практическая конференция обучающихся

Секция: физика

Тема работы: Физические явления в вакууме

Автор: Музипов Кирилл Булатович, обучающийся 10 класса

МОБУ лицей №4 муниципального района Давлекановский район Республики Башкортостан

Руководитель: учитель высшей квалификационной категории 

Музипова Виктория Александровна

2019

Оглавление

Введение ……………………………………………………………………….3

   Актуальность…………………………………………………………………3

   Цели и задачи…………………………………………………………………3

Основная часть………………………………………………………………..4

    Что такое вакуум?............................................................................................4

     Изготовление самодельного вакуумного насоса………………………….5

     Исследование различных физических явлений в вакууме…………….....7

1.     Расширение тел в вакууме

2.     Тепловые явления в вакууме

3.     Звук в вакууме

Заключение……………………………………………………………………10

Список литературы…………………………………………………………..11

                                                  Введение

    Вакуум считается таинственной материей, которая весьма крайне редко встречается в жизни. По этой причине вакуум скажем занимателен для нас как предмет изучения. В следствии нас зачастую тревожат проблемы о том, как станут проходить те либо другие действия в вакууме. Эта экспериментальная деятельность сможет помочь нам сориентироваться с данной таинственной сферой – вакуумом.

   Цель моей исследовательской работы- наглядно показать явления, происходящие в вакууме.

   Для достижения цели я поставил задачи:

•  обосновать либо оспорить собственные первоначальные понятия о вакууме методом экспериментального изучения;

•  создать медиатеку из видеороликов, поясняющих явления в вакууме, с целью обучить как можно больше людей.

Основная часть

Что такое вакуум?

    Вакуум- в физике под понятием вакуум подразумевают некую среду, состоящую из газа под сильно низким давлением относительно атмосферного. Понятие о вакууме менялось со временем. В самом начале развития наук об окружающем мире под вакуумом подразумевалась просто пустота, даже само слово vacuum переводится с латинского как «пустота». Это была скорее философская категория, так как исследовать нечто, хотя бы отдаленно соответствующее представлениям о вакууме, у ученых не было возможности. Современная физика называет вакуумом такое состояние квантового поля, при котором его энергетическое состояние находится на самом низком уровне. Это состояние характеризуется в первую очередь тем, что реальные частицы в нем отсутствуют. Техническим вакуумом называют сильно разреженный газ. Это не совсем идеальный вакуум, но дело в том, что в реальных условиях он недостижим. Ведь все материалы пропускают газы в микроскопических объемах, поэтому любой вакуум, заключенный в сосуде, будет иметь помехи.

Существуют различные виды вакуумных насосов:

1.     Вакуумные насосы НВР

2.     Вакуумные насосы ВВН

3.     Вакуумные насосы для промышленных печей

4.     Вакуумные насосы для климатических камер

5.     Пластинчато-роторные вакуумные насосы

6.     Вакуумные насосы для камер дегазации

7.     Безмасляный вакуумный насос

8.     Вакуумные насосы высокого вакуума

9.     Турбомолекулярные насосы

10. Ионный насос вакуумный

Рисунок 1. Вакуумные насосы          Рисунок 2. Турбомолекулярные насосы 

                       высокого вакуума                 

                    Изготовление самодельного вакуумного насоса

Для изготовления понадобится:

1.     Обратный воздушный клапан- 2 шт.

2.     Шприц Жане (150 мл.)

3.     Капельница

4.     Банка с металлической крышкой

5.     Горячий клей

6.     Дрель

7.     Канцелярский нож

8.     Пружина от автоматической ручки- 2 шт.

9.     Шприцы 5 куб., 2 куб. – 2 шт.

    Рисунок 3. Инструменты для изготовления насоса

Процесс изготовления:

1.     Изготовим обратный воздушный клапан: отрежем от шприца (2 куб) клапан и приклеим к нему пружину (см. Рисунок 4). Затем склеим части шприцов (см. Рисунок 5).

Рисунок 4.                                                   Рисунок 5.

2.     Просверлим отверстие в шприце Жане и приклеим клапан таким образом, чтобы воздух выкачивался из камеры, но обратно не заходил. Затем на конце шприца приклеим клапан таким образом, чтобы воздух не вкачивался в шприц, но выходил (см. Рисунок 6).

Рисунок 6.

3.     Просверлим отверстие в крышке банки, вставим в него переходник от капельницы и заклеим горячим клеем (см. Рисунок 7).

Рисунок 8.

4.     Соединим клапан с трубкой, а конец трубки соединим с камерой

(см. Рисунок 9)

Рисунок 9.

5.     Камера готова к испытаниям

     Исследование различных физических явлений в вакууме

1.Расширение тел в вакууме

Цель: посмотреть, что происходит с телами, в которых есть воздух при попадании в вакуум.

Материалы и оборудование: резиновый шарик, пена для бритья, зефир, вакуумный насос самодельный.

Опыт 1. Воздушный шарик

Надуем немного шарик и положим в камеру. Откачаем воздух из камеры.

Наблюдения:

В процессе выкачивания воздуха замечено что шарик увеличивается в размерах.

После открытия клапана, шарик уменьшился в размерах.

Выводы:

Шарик надувается, потому что воздух внутри него давит на стенки шарика, а воздух, который раньше уравновешивал это давление, мы откачали. Получается, что изнутри воздух продолжает давить, а снаружи уже нет. Чем больше наружного воздуха мы откачаем, тем больше раздуется шарик. При подаче воздуха, впущенный воздух стал давить на шарик снаружи, сжимая его до первоначального размера.

Опыт 2. Пена для бритья

Выдавим немного пены для бритья в камеру

Наблюдения:

В процессе выкачивания воздуха пена для бритья увеличивается в объёме.

После открытия клапана, пена резко уменьшилась в размерах и стала еще меньше чем была.

Выводы:

При повторной откачке воздуха крем уже не увеличивался в размерах. Это говорит о том, что в пене уже не осталось пузырьков воздуха, они все лопнули.

Опыт 3. Зефир

Положим зефир в камеру

Наблюдение:

В процессе выкачивания воздуха зефир увеличился в объёме.

После открытия клапана, зефир уменьшился.

Вывод:

Зефир сдержал воздух внутри себя как воздушный шарик.

2. Тепловые явления в вакууме

Цель: посмотреть, что произойдет с водой в вакууме.

Оборудование: вода, вакуумный насос

Наблюдение:

В процессе выкачивания воздуха мы наблюдаем кипение воды.

После открытия клапана вода перестает кипеть.

Выводы:

Мы поняли, что с уменьшением давления температура кипения воды уменьшается.

3.Звуковые явления

Цель: что произойдет со звуком в вакууме

Оборудование: телефон с музыкой, вакуумный насос.

Наблюдение:

В процессе выкачивания воздуха мы наблюдаем пропадание звука.

После открытия клапана звук появится.

Выводы:

 Звук – это распространение колебаний воздуха или другого вещества. Но так как в вакууме никакого вещества нет, то и передавать звук нечему. Мы наблюдали как при откачке воздуха звук становился все тише и тише (звук почти не слышен). Полностью заглушить звук нам не удалось в связи с недостаточным уровнем разряжения воздуха или из-за того, что колебания от динамика передавались наружу при прикосновении с корпусом вакуумной тарелки. Если в фильмах с космическими сценами, вы слышите звук, знайте - это антинаучно! В вакууме звук распространяться не может.

                                                Заключение

В ходе нашей работы мы узнали много нового о вакууме и его свойствах. Вакуум широко применяется в технике: это и вакуумное соединение, и дегазация жидкостей, и сушка без нагрева, и плавка металлов.

Мы вспомнили основные физические закономерности курса физики прошлых классов, изучая основные закономерности в вакууме, и нам удалось объяснить все наблюдаемые нами явления, происходящие в вакууме.

Таким образом, мы можем утверждать, что цель нашей работы достигнута.

Задачи, которые были перед нами поставлены, были также выполнены:

мы подтвердили теоретические гипотезы путем эксперимента

опровергнули свои начальные представления о вакууме методом экспериментального исследования;

и нам удалось создать медиатеку из видеороликов, объясняющих явления в вакууме.

                                   Список литературы

1.     http://vakuumtest.ru/vidy-vakuumnyh-nasosov/

2.     https://youtu.be/mwmRL289fIc

Краткое описание документа:

Данная научно-практическая работа является наглядным инструментом при проведении уроков физики для демонстрации физических явлений, происходящих в вакууме. Исследования проводятся с тепловыми явлениями, звуковыми явлениями. Самостоятельно сконструирован вакуум и обратный клапан. Проводятся демонстрации при откачке воздуха с пеной, шариком.