III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

УДИВИТЕЛЬНОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ ТЕРМОС
Митрофанова К.А.
Автор работы награжден дипломом победителя второй степени
Диплом школьника      Диплом руководителя
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


ВВЕДЕНИЕ

Этим летом мы ходили в лес на пикник. В лесу было очень весело: мы играли в мяч, в бадминтон, стреляли из лука по мишеням. Было очень жарко. Мы подумали, что не -плохо было бы съесть мороженное. Но вот проблема: как сохранить мороженное в жару, чтобы оно не растаяло. Дома я часто вижу, что папа берёт с собой на работу термос с горячим супом и чай. Я подумала, а может быть в термосе можно сохранить какое-то время и охлаждённые продукты.

Гипотеза нашего исследования - в термосе можно сохранить температуру не только горячих продуктов, но и холодных.

Цель работы - определение влияния устройства термоса на сохранение исходной температуры продукта. Задачи работы можно сформулировать следующим образом: изучить историю изобретения термоса; исследовать, какой термос лучше сохраняет температуру исходного продукта: со стеклянной колбой или металлический; выяснить, влияет ли объём термоса на сохранение в нём исходной температуры; изготовить термос в домашних условиях с разными изоляторами между стенками; выяснить, какой из материалов (газета, фольга, синтепон) является лучшим изолятором.

Новизна нашего исследования - показать, что простые и обыденные на первый взгляд предметы имеют интересную историю изобретения. Более того, мы иногда даже не задумываемся обо всех возможностях данного предмета.

Предмет настоящей работы – термос. Объект - свойства термоса.

Практическая значимость наших исследований заключается в том, что предложенные рекомендации по выбору более качественного термоса будут полезны в повседневной жизни.

Всё это объясняет структуру работы. Глава I «Вакуумная фляга»: содержит данные из истории изобретения термоса и о его устройстве. Глава II «Удивительное рядом» посвящена анализу проведённых опытов, доказывающих, что термос может «удерживать» не только тепло, но и холод. Глава III «Умелые руки» включает в себя описание изготовления термоса из бросового материала.

В ходе работы мы использовали следующие методы: изучение научно – популярной литературы по теме исследования; наблюдение; сравнение результатов, социальный опрос, составление аналитических диаграмм, эксперимент, просмотр телепередачи «Контрольная закупка».

I «Вакуумная фляга»

 

Изучив научно – популярную литературу, мы узнали следующие сведения о термосе.

ТЕРМОС [от греч. thérmos - тёплый, горячий] Сосуд особого устройства, в котором используются свойства вакуума для предохранения содержимого от остывания или нагревания. [словарь]

Термос можно отнести к величайшим изобретениям человечества, таким как колесо, телефон, автомобиль. Для нас термос хороший помощник в быту: он всегда готов помочь сохранить горячий обед. Сторонники здорового питания считают незаменимой эту полезную мелочь. Термос стал изделием, широко используемым людьми. Он был использован в экспедициях на Южный Полюс, на Северный Полярный круг. Термос стал неотъемлемой бортовой принадлежностью самолётов, пригодился в перелетах на воздушном шаре. Мы часто берём его в лес, на рыбалку, в поездки. Кому же мы обязаны этим удивительным изобретением?

Учёный Оксфордского университета сэр Джеймс Дьюар в 1892 году изобрёл необычную «вакуумную флягу». Это была вроде бы обычная ёмкость, но с двойными стенками. Пространство между ними было откачано до высокого вакуума. Благодаря этому уменьшился теплообмен вещества, находящегося в сосуде, с окружающей средой. Говоря проще, это был термос. Джеймс Дьюар продолжал проводить эксперименты. Наконец. эта любопытная идея заинтересовала некоторых практиков. [1] Берлинский стеклодув Рейнольд Бергер со своим напарником почувствовали коммерческую выгоду и организовали свою компанию под названием «Thermos GmbH» и выпустили на потребительский рынок первые термосы. [2] Именно они назвали эти сосуды термосами- от греческого «terme» - «горячий». В массовое производство термосы попали уже в 1904 году. И с тех пор технология изготовления термосов не претерпела почти никаких изменений.

Чтобы понять лучше, в чём секрет термоса, надо рассмотреть его устройство. Основной элемент термоса — колба (сосуд Дьюара) из стекла или нержавеющей стали с двойными стенками, между которыми выкачан воздух (создан вакуум), т.к. лучший тепловой изолятор – это пустота. [3] Вещества, которые плохо проводят тепловую энергию, называют изоляторами. [5] Лишённое воздуха пространство между стенками почти не проводит тепло. Внутренние поверхности стеклянной колбы покрывают слоем из отражающего, зеркального материала. Это препятствует передаче энергии излучением. Излучение – это вид теплопередачи, который может осуществляться даже в полном вакууме. [5] Чтобы защитить стекло от повреждений колбу помещают в специальный металлический или пластмассовый футляр. Сосуд закупоривается пробкой, а сверху футляра навинчивается колпачок. [4]

Термос устроен таким образом, что теплообмен его содержимого с окружающей средой сведен до минимума.

II Удивительное рядом

Перед началом проведения исследования мы составили опросник для учеников третьих и четвёртых классов. Для рассмотрения им были предложены следующие вопросы:

1)Какие виды термосов вы знаете?

2)Для хранения каких продуктов нужен термос?

3)Какой термос дольше сохраняет исходную температуру продуктов?

Результаты опроса:

Какие виды термосов вы знаете?

Для хранения каких продуктов

используют термос?

Какой термос лучше?

     

Вывод: 50% детей считают, что термосы бывают двух видов: для супа и чая

Вывод: 90% детей считают, что термос – это сосуд для хранения горячих продуктов

Вывод: 64% опрошенных детей делают выбор в пользу металлического

Из литературы и информационных источников мы узнали, что существуют различные виды термосов:

Термосы для напитков — имеют узкую горловину диаметром 25—55 мм.

Пищевые термосы — имеют широкую горловину и предназначены для хранения первых и вторых блюд.

Универсальные термосы — отличаются от пищевых термосов только конструкцией пробки, которая имеет дополнительное, более узкое, отверстие для наливания напитков.

Пищевые термосы с судками — термосы, в которые стопкой, друг на друга, вкладывается 2—3 пластиковые или металлические ёмкости (контейнеры), позволяющие одновременно раздельно хранить различные виды блюд — например для обеда: холодную закуску с первым и вторым блюдом.

Экспериментальным путём мы решили опровергнуть мнение большинства из опрошенных детей о том, что термос – ёмкость для хранения только горячих продуктов.

Эксперимент №1 «Мороженое в вакууме».

Цель исследования: Мы решили проверить: 1) сохранит ли термос температуру холодного продукта; 2) в каком термосе: в металлическом или в пластмассовом со стеклянной колбой мороженое дольше не растает.

Предмет исследования: термос.

Оборудование: металлический термос объёмом 1 литр, термос со стеклянной колбой объёмом 1 литр, мороженое в брикете массой 500 граммов, часы, таблица сравнения результатов.

Условия: мы взяли брикет мороженого, разделили его на две равные части. Одну часть поместили в металлический термос, а другую – в термос со стеклянной колбой. Закрыли термосы и стали наблюдать, что будет происходить с мороженым, помещённым в «вакуум».

Результаты наблюдения за таянием мороженного в термосах

 

мороженное

1 час

2 часа

3 часа

4 часа

10 часов

Металлический термос объёмом 1 литр

+

+ -

-

- -

- -

термос со стеклянной колбой объёмом 1 литр

+

+

+

+ -

-

+ осталось без изменений; + - изменило структуру (стало мягким);- начало таять; -- растаяло.

Вывод: через два часа мороженое в металлическом термосе изменило структуру. Через 4 часа мороженое в металлическом термосе совсем растаяло, а в термосе со стеклянной колбой оно лишь изменило структуру.

Эксперимент №2 «Влияние объёма термоса на время сохранения температуры»

Цель исследования: определить влияние объёма термоса на сохранение в нём исходной температуры продукта.

Предмет исследования: термосы с разным объёмом.

Оборудование: три термоса объёмом 0,5; 1; 1,5 литров; снег; часы.

Влияние объёма термоса на сохранение исходной температуры продукта

Объём, литр

1 час

8 часов

18 часов

0,5

+

+ -

-

1

+

+

+ -

1,5

+

+

+

+ остался без изменений; + - изменил структуру;- растаял.

Вывод: чем больше объём термоса, тем дольше сохраняется в нём исходная температура.

Эксперимент №3 «Хрупкость или прочность»

Цель исследования: выяснить, какой из предложенных термосов более прочный.

Предмет исследования: термос со стеклянной колбой и металлический.

Оборудование: два термоса с разными колбами.

Проводя эксперимент о влиянии объёма термоса на время сохранения исходной температуры, мы нечаянно уронили самый большой термос со стеклянной колбой. В результате колба в нём разбилась. Этот незапланированный случай подвёл нас к выводу о хрупкости и непрактичности стеклянных колб. Металл является более прочным и долговечным материалом.

Вывод: в ходе проведённых экспериментов мы выяснили:

  • 1) мороженое, а значит и другие холодные продукты можно хранить в термосе.

  • 2) термос со стеклянной колбой лучше сохраняет температуру исходного продукта.

  • 3) объём термоса влияет на время сохранения температуры продукта (чем больше объём, тем дольше в нём сохраняется исходная температура).

  • 4) металлический термос более прочный, чем термос со стеклянной колбой.

Проанализировав итоги экспериментов, мы отметили плюсы и минусы термосов с разными колбами.

Пластмассовый термос со стеклянной колбой

плюсы

минусы

длительное время сохраняет температуру продукта

хрупкость

низкая стоимость

пластик впитывает неприятные запахи

Вывод: стеклянная колбапрекрасно сохраняет температуру жидкости, однако отличается высокой хрупкостью. Вот почему в большинстве случаев такие изделия используются дома для заваривания различных чаёв.

Металлический термос

плюсы

минусы

прочность

недолгое время сохраняет температуру продукта

металл не впитывает запахи

высокая стоимость

Вывод: металлическая колба теряет тепло немного быстрее. В то же время ее основным достоинством считается прочность. Если вы часто ездите в путешествия или отправляетесь в походы, лучшим для вас решением является термос на основе металлической колбы.

III «Умелые руки»

Занимаясь изучением термоса и его свойств, нам стало интересно, можно ли термос заменить другим предметом со сходным устройством. Ведь не всегда термос может оказаться под рукой.

Эксперимент № 4 «Самодельный термос».

Цель исследования: Выяснить, какой материал (газета, фольга, синтепон) может служить хорошим изолятором.

Предмет исследования: самодельныйтермос.

Место наблюдения: жилая комната. Участники исследования: 1 человек.

Оборудование: шесть металлических банок с крышками, синтепон, газета, фольга, водный термометр, часы, таблица сравнения результатов.

Из учебника по физике 8 класса и из другой литературы мы узнали, что главными в термосе являются 2 показателя: вакуум между стенками колбы и внутренний слой из отражающего материала. Проблема состоит в том, что в домашних условиях вакуум создать невозможно, но можно между стенками колбы поместить материал, который плохо проводит тепло. Мы решили попробовать в качестве такого материала использовать 1) синтепон, 2) скомканную газету, 3) фольгу. Вместо футляра и колбы мы взяли две металлические баночки из-под кофе и чая разного размера, так чтобы одна банка вставлялась в другую.

После изготовления самодельного термоса, мы залили в него воду, температура которой была 40 градусов, и стали измерять температурные показания через определённое время. Таким образом, мы поработали с тремя вариантами «термосов».

Таблица сравнения изоляционных материалов для самодельного термоса

Время , мин.

Термос с синтепоном, температура воды в градусах

Термос с газетой, температура воды в градусах

Термос с фольгой, температура воды в градусах

10

40

40

37

30

37

37

34

60

35

35

30

120

30

30

28

Вывод: 1. Чтобы сделать хороший термос, нужно как можно сильнее уменьшить передачу тепла.

2. Самодельные термосы, в которых использовались синтепон и газета, оказались самыми надёжными для сохранения тепла. Вата и бумага хорошие изоляторы, так как относятся к пористым веществам и не дают воде быстро остывать.

Заключение

В результате проделанных экспериментов мы доказали, что в термосе можно сохранить температуру не только горячих продуктов, но и холодных. В ходе работы мы решили поставленные задачи, а именно: изучили историю изобретения термоса; исследовали, какой термос лучше сохраняет температуру исходного продукта: со стеклянной колбой или металлический; выяснили, что объём термоса влияет на сохранение в нём исходной температуры; изготовили термос в домашних условиях с разными изоляторами между стенками; выяснили, что синтепон и бумага являются хорошими изоляторами.

Любой из нас может сказать, что ему приходилось оказываться в ситуации, когда на выручку приходил термос. В первую очередь качественный термос позволяет сохранить немало места в рюкзаке. Более того, он согреет зимой и утолит жажду прохладной жидкостью среди лета.

На классном часе мы представили результаты нашей работы и получили положительные отзывы от ребят. Также мы составили свои рекомендации по выбору качественного термоса и распространили их среди учеников школы.

Список использованной литературы:

  1. Буянова Н.Я. « Я познаю мир»: Детская энциклопедия. Медицина; «Изд-во АСТ»,1998г., с.223-225.

  2. Рылёв И.Ю. «ХХ век: энциклопедия изобретений» 5000 событий мирового технического прогресса. Издательский дом «Звонница-МГ», 2007г.,с 20.

  3. «Удивительные вещи»: 100 вопросов и ответов. Москва «РОСМЭН»,2005 г., с. 28.

  4. Леонович А. « Я познаю мир»: Детская энциклопедия изобретений.- М.: ООО «Фирма «Изд-во АСТ»; 1999г., с 433-434.

  5. Энциклопедия «Где, Что и Когда?», с.228.

  6. Пёрышкин А. В. «Физика 8 класс». Издательство «Дрофа».

  7. 1. «Большая книга вопросов и ответов»/Пер. с итальянского О.А.Литвиновой, Е.В. Широниной. М.: ЗАО «РОСМЕН-ПРЕСС», 2007. – 232с.

  8. 2. «Занимательные опыты и эксперименты /[Ф. Ола и др.]. – М.: Айрис- пресс, 2006. – 128с.

  9. http://xvastunishka.mirtesen.ru/blog/43432563117/Istoriya-izobreteniya.-Termos

  10. http://www.izobreteno.ru/10.php

0