XXVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
ВЕЩЕСТВО, КОТОРОЕ СОЗДАЛО НАШУ ПЛАНЕТУ
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
«Понять воду - значит понять Вселенную,
все чудеса природы и саму жизнь»
Масару Эмото
ВВЕДЕНИЕ
Что нас окружает? Земля, воздух, вода. Вода состоит из мельчайших капелек. Но, как она попадает к нам? Откуда появляется дождь? И почему облака почти постоянно находятся на небе? Почему вода на небе никогда не кончается? У нас накопилось так много вопросов, что захотелось не просто узнать больше о свойствах воды, но и поделиться этими знаниями со всеми. Оказывается, все эти явления являются результатом круговорота воды в природе. Какой же её запас? Оказывается, запасы воды не бесконечны. Их нужно беречь. К сожалению, в процессе исследования в Керченском проливе случилась авария двух танкеров, перевозящих мазут.Больше всего от нефтепродуктов пострадало Черноморское побережье в Анапе. Этот факт ещё раз доказывает, что сегодня проблема охраны водных ресурсов остаётся актуальной! Для того, чтобы глубже понимать сущность этой проблемы, необходимо знать свойства воды и их проявления в природе.
Объект исследования: вода и её различные состояния.
Предмет исследования: уникальные свойства воды, необходимые для поддержания жизни на Земле.
Цели исследования: дать обоснование великой роли воды на нашей планете Земля и провести эксперименты по основным свойствам воды, необходимых для поддержания жизни на Земле.
Задачи исследования:
- расширить знания о воде в процессе изучения тематических источников;
- составить информативную таблицу по свойствам воды;
- подготовить и провести эксперименты, связанные с круговоротом воды в природе.
Методы исследования:
- изучение и анализ литературы по исследуемой теме;
- постановка экспериментов;
- наблюдение;
- фиксация данных исследования;
- анализ экспериментальных данных;
- обобщение результатов исследования.
Практическая направленность - исследуя удивительные свойства воды, мы расширяем кругозор, развиваем логическое мышление и тренируем интеллект. Полученные знания можно использовать для проведения уроков и внеклассных мероприятий в начальных классах.
-
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 История открытия круговорота воды в природе
Название воды произошло ещё с незапамятных времён, и с того времени водой называют любую «живую» влагу, которая так необходима для жизни людей, животных и окружающей нас природы. Точного определения, почему воду назвали водой, не существует, так как каждый народ имеет свое название, которое определяет значение воды для окружающих.Основы современного понимания воды заложили около 200 лет назад Генри Кавендиш и Антуан Лавуазье, обнаружившие, что вода – это не простой химический элемент, как считали средневековые алхимики, а соединение кислорода и водорода в определенном отношении.
Первые представления о круговороте воды появились в Китае, затем в Индии. В Европе о круговороте воды узнали только 500 лет назад, и первые соображения по этому поводу высказал Леонардо да Винчи. Более полные представления о круговороте изложил в книге, изданной в 1580 году во Франции, Бернар Палисси. Он впервые указал на дождевые осадки как основной источник питания рек.
Основоположником учения о круговороте воды считают француза П. Перро, который более известен как строитель водопровода для Лувра - королевского дворца в Париже. Гораздо позже было объяснение механизма круговорота воды и доказано, что атмосферные осадки обеспечивают ток воды в реках и часть влаги поступает на сушу с моря. Сущность и значение большого круговорота воды в природе впервые понял знаменитый английский астроном Эдмунд Галлей, дав ему название «Великое явление природы». Он первым рассчитал величину испарения с поверхности океана.
Большой вклад в изучение круговорота воды внёс российский учёный А.И. Воейков, слова которого «реки можно рассматривать как продукт климата» стали признанным положением. Вода – самое распространённое, знакомое и необходимое вещество для человека на Земле: три четверти поверхности земного шара покрыты водой, да и сам человек на 3/4 состоит из воды [1].
Водную оболочку Земли называют гидросферой. Большую её часть составляет соленая вода морей и океанов, а меньшую - пресная вода озер, рек, грунтовые воды.
На земле вода существует в трех состояниях: жидком, твердом и газообразном. Без воды невозможно существование организмов. Вода является самым ценным и необходимым веществом для жизнедеятельности живых организмов.
Постоянный обмен влагой между гидросферой, атмосферой и земной поверхностью, состоящий из процессов испарения, передвижения водяного пара в атмосфере, его конденсации в атмосфере, выпадения осадков, получил название круговорота воды в природе.
Работая с текстовыми источниками, интернет ресурсами, я узнал, что вода - одно из самых удивительных и самых важных веществ на Земле. Так, например, о великой роли воды на нашей планете мы можем прочитать в детской энциклопедии. О том, что все растения и животные состоят, главным образом, из воды, которая необходима для зарождения и поддержания жизни, о том, что вода великая путешественница, постоянно меняет свой облик: превращается то в пар, то в лёд, мы узнали из «Занимательного природоведения» Ю.Р. Васильева [1].Интересный и познавательный материал об облаках - вечных странниках мы узнали из электронных источников «365 научных экспериментов». В оформление презентации к проекту мы обращались к ресурсам Интернета.
1.2 Различные состояния воды в природе, их краткая характеристика
Вода – самый распространённый и единственный в природе минерал, существующий в естественных условиях в трёх состояниях (твёрдом, жидком и газообразном). Вода – такое уникальное вещество, которое может переходить из одного состояния в другое, и обратно при незначительных изменениях. При переходах из одного состояния в другое могут происходить различные процессы:
-испарение - вода из жидкого состояния постепенно переходит в воздух в виде пара;
- конденсация - водяной пар переходит в жидкое или твёрдое состояние;
- заиндевение - образование инея (переход газообразной воды в твёрдое состояние);
- замерзание - жидкая вода превращается в снег, лёд. А это значит, что вода может осуществлять не только постепенные переходы из одного состояния в другое (лёд – вода – пар – вода – лёд), но и скачкообразные, минуя некоторые фазы (лёд – пар или пар – иней).
Например, - десублимация водяных паров – при отрицательных температурах водяной пар, минуя жидкое состояние, превращается в твёрдые кристаллики льда;
- сублимация - процесс непосредственного перехода твёрдой фазы воды (льда) в парообразную, минуя жидкую фазу. При переходах воды из одного состояния в другое существенно изменяются её свойства [2].
Жидкая вода на поверхности планеты представлена в двух видах: солёная и пресная. Солёная вода находится в морях и океанах, пресная - в реках, озерах, ручьях, водохранилищах, болотах. Подземные воды могут быть как пресными, так и солёными. Если подземные воды солёные, то они называются минеральными водами. Жидкое состояние не имеет своей формы.
Вода в твёрдом состоянии может быть представлена в виде снега и льда. Крошечные кристаллики могут парить и в воздухе. Лёд на Земле находится в ледниках. Он сохраняет свою форму и объём.
Газообразная вода – это, водяной пар в атмосфере, который мы видим с земли в виде облаков. Газообразное состояние – это туман, пар, облако. Облака образуются на разных высотах, и поэтому имеют разный вид и форму. В зависимости от этого облака бывают слоистые, перистые, кучевые.
Оказывается, град, иней, облака, роса, снежинки – это тоже вода. Просто она находится в разных состояниях.
Таким образом, вода – самое удивительное и единственное вещество на Земле, которое существует в природе во всех трех состояниях.
1.3 Круговорот воды в природе и его этапы
Вода находится в постоянном движении. Испаряясь с поверхности водоемов, почвы, растений, вода накапливается в атмосфере и выпадает в виде осадков, пополняя запасы в океанах, реках, озерах.
Количество воды на Земле не изменяется, она только меняет свои формы – это, и есть круговорот воды в природе. Большая часть осадков попадает в океан. Для нас же наибольший интерес представляют оставшиеся 20%, выпадающие на суше, так как большинство используемых человеком источников воды пополняется именно за счет этого вида осадков. А малая часть осадков, собираясь в ручейки и реки, попадает в озера или вода, просачиваясь через почву и подпочвенные слои, пополняет запасы грунтовых вод [1].
Как же происходит круговорот воды в природе? Этот процесс происходит благодаря Мировому круговороту воды в природе. Нагреваемая солнечными лучами, вода океанов и морей в виде водяного пара поднимается вверх, испаряется. Оказывается, конденсация и сублимация водяного пара определяют образование осадков. Ветры разносят этот пар над землей, а, остыв, он выпадает в виде дождя. Потом выпавшие осадки стекаются реки, и те несут свои воды в моря. И всё повторяется сначала.
Этапы круговорота воды в природе:
- испарение воды с поверхности;
- охлаждение пара и конденсация;
- образование облаков и перемещение их на сушу;
- выпадение осадков;
- пополнение рек, подземных вод и сток в моря и океаны.
Почему вода на небе никогда не кончается, если часто идут дожди? Дело в том, что вода в природе совершает путешествие по кругу. Вначале она превращается в пар, испаряясь с поверхности моря. Пар, поднимаясь в воздух, превращается в облака. Из облаков проливается дождь. Дождевая вода стекает в реку, оттуда она попадает в море и вскоре опять начинает испаряться. Всё вместе это называется круговоротом воды в природе.
Таким образом, вода проходит один и тот же путь много раз. Мировой круговорот воды в природе, это непрерывный процесс перемещения воды из океана, морей, рек на сушу и с суши в океан. Вода – очень подвижная жидкость, именно, поэтому её считают вечной путешественницей.
-
-
Образование облаков и их виды
-
Вопросом «Что такое облако?» люди задавались ещё в те далёкие
времена, когда по небу летали только птицы и сами облака. Люди всегда придумывали различные объяснения этому явлению природы. Так давайте в этом разберёмся!
Метеорологи считают облака азбукой небесной книги - погоды. С древних времен люди наблюдали за облаками и предсказывали по ним погоду.
Белые облака землю не смачивают. Красные облака до восхода солнца – к ветру. Синие вечерние облака – к перемене погоды.
Из-за того, что снизу облака кажутся такими мягкими и пушистыми, было время, когда люди думали, что они состоят из пуха или сладкой ваты.
Конечно же, это выдумки. Из чего состоит облако?
Невидимый водяной пар превращается в воздухе в облака. Облако – это множество маленьких капель. Выяснилось, что кажущиеся снизу белыми и плотными облака – это на самом деле обычный туман. Так что прогулки в туманную погоду представляют собой путешествие сквозь облако.
Как образуются облака? Знакомимся с такими интересными физическими явлениями как испарение и конденсация.
Все мы видели, как из носика кипящего чайника идёт пар. Испарение – это процесс, когда вода превращается в пар. Если подставить под эту струйку холодное блюдечко, то на его поверхности появятся капельки воды. Это явление и называется конденсацией.
В верхних слоях атмосферы происходят примерно такие же процессы. Водяной пар, поднимаясь всё выше и выше, охлаждается и начинает конденсироваться в капельки жидкости, из которых и формируются облака. Размер этих капелек невероятно мал. Если же пару удастся подняться очень высоко, то он перейдёт не в жидкое, а в твёрдое состояние. Поэтому в самых верхних слоях атмосферы облака и состоят из мельчайших кусочков льда.
С поверхности Земли облака кажутся такими лёгкими и воздушными. На самом деле они могут весить много тонн! (Так вот почему, находясь на борту самолёта при снижении, его начинает трясти, как только крыло самолёта касается такого «пушистого» и «мягкого» облака!!!
Какие бывают облака? Кучевые облака – это, те самые ослепительно белые громадины, плавно меняющие свою форму. Именно за ними люди любят наблюдать, представляя, на кого они похожи. Такая облачность совершенно не напрягает. И это не удивительно, ведь кучевые облака – спутники хорошей погоды.
Однако именно этот вид облаков периодически превращается в тучи.
Слоистые облака уже не так прекрасны. Чаще всего они серого цвета. Такие облака достаточно плотны и состоят из готовых к падению на Землю капель. В этом случае высота облаков над землей примерно 1-2 км. Сплошное серое покрывало всегда наводит на мысль о долгом дожде.
А вот самые необычные и практически невидимые с земли это перистые облака, они располагаются достаточно высоко. Их можно наблюдать примерно на семикилометровой высоте. Похожи они на «барашки» или размазанные в небе мазки масляной краски. Такая облачность говорит о скорой перемене погоды не в лучшую сторону [3].
Таким образом, чем выше температура воздуха, тем больше в нём воды в виде водяного пара, который сгущается. Невидимый водяной пар в воздухе превращается в облака. Образование облаков происходит в процессе испарения воды и конденсации капелек воды высоко в небе.
-
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Особенности строения молекулы и свойств воды
Практическая часть исследования проходила на базе кабинета биологии МАОУ Екатерининской гимназии 36. Составлена таблица основных свойств воды.
Таблица 1. Уникальные свойства воды связаны со строением её молекулы
|
№ |
Свойства воды |
Примеры в природе |
|
1. |
М олекула воды имеет вид диполя, то есть отрицательный заряд сосредоточен на кислороде, а положительный – на атомах водорода |
За счёт полярности образуется высокое поверхностное натяжение воды и её капиллярные свойства, благодаря которым происходит циркуляция воды в неживой и живой природе |
|
2. |
Вода имеет наибольшую плотность при температуре + 4 градуса С |
Благодаря этому свойству многие холоднокровные животные, например, амфибии выживают, находясь в анабиозе |
|
3. |
Свойство воды расширяться при замерзании |
Это свойство даёт ей возможность всплывать на поверхность, что важно для обитателей водоёмов зимой ипозволяет сохранить экологию дна |
|
4. |
Вода обладает высокой теплопроводностью и теплоёмкостью |
Благодаря этому свойству тепло быстро и равномерно распределяется по всему объёму воды, участвует в терморегуляции организмов |
|
5. |
Вода универсальный растворитель и катализатор |
Водные растворы веществ составляют основу живых клеток, ускоряют биохимические процессы |
Узнав так много о воде, нам было интересно провести опыты с водой, смоделировать процесс образования облаков и мини круговорота воды в искусственных условиях. Ведь даже такой привычный объект, как вода, таит в себе много неизвестного.
2.2 Экспериментальная работа по исследованию воды
Вначале исследовательской работы мы решили проверить, некоторые физические свойства воды.
Эксперимент 1. Имеет ли вода вкус, запах, цвет?
Для этого, возьмем питьевую воду и фруктовый сок. Нальем воду в прозрачный
стакан. В такой же стакан нальем фруктовый сок. Сравним эти жидкости
по вкусу, цвету, запаху с помощью наших органов чувств.
Вывод: в отличие от сока, вода - жидкость без вкуса, запаха и цвета. (Приложение 1)
Эксперимент 2. Растворяет ли вода вещества?
Возьмем сахар, прозрачный стакан с водой и ложку. Добавим в стакан
с водой сахар, перемешиваем. Сравним, изменились ли свойства воды. Увидим, что сахар в стакане растворился, а вода осталась прозрачной, попробуем на вкус – вода приобрела сладкий вкус.
Вывод: вода растворяет сахар, значит вода – растворитель. (Приложение 2)
Эксперимент 3. Обладает ли вода текучестью?
Воду выливаем на ровную поверхность и наблюдаем за её движением. Что происходит. Вода течёт. Именно, это свойство мы используем при умывании, стирке.
Вывод: вода имеет свойство текучести.(Приложение 3)
Эксперимент 4. Имеет ли жидкая вода форму?
На столе стоят стакан, ваза. Наливаем воду в разную по форме посуду.
Вывод: Жидкая вода не имеет своей формы, она принимает форму той посуды, в которую налита. (Приложение 4)
Эксперимент 5. Круговорот воды в искусственных условиях.
Для этого нальём горячую воду в банку, накроем стеклянной крышкой и пронаблюдаем, как выделяется пар. Пар, испаряясь, поднимается вверх. Через некоторое время на крышке обнаружим конденсат – капли воды.
Выводы: наглядно рассмотрели два взаимосвязанных процесса испарения и конденсации, которые и образуют круговорот воды. Но, в природе основным движущим фактором является солнечное тепло. В нашем опыте, тепло возникало при нагревании воды.(Приложение 5)
Эксперимент 6. Процесс образования облака.
В прозрачную пластиковую бутыль на 2-3 см наливаем горячей воды и закрываем крышкой. Зажигаем ароматическую палочку и наполняем бутыль дымом. А затем периодически сжимаем и отпускаем стенки бутыли: частицы воды сжимаются, а затем соединяются достаточно легко вокруг молекул дыма. Так мы получили искусственное облако.
Вывод: мы увидели собственное облако! Облака появляются, когда капли воды прилепляются к мельчайшим частичкам пыли, дыма, пепла.
Эксперимент 7. Очисткаводы от примесей в искусственных условиях.
Учитывая экологический фактор загрязнения воды, мы решили провести эксперименты по её очистке. Пропускаем загрязнённую воду через многослойный фильтр: песок, гранулированные сорбенты (вещество, которое собирает загрязнения из жидкости).
Вывод: вода, по мере прохождения через многослойный фильтр частично очищалась. (Приложение 6)
-
-
Выводы по исследованию
-
В процессе исследований проведён ряд экспериментов, доказывающих уникальность воды для существования неживой и живой природы.
Выделим основные этапы исследования:
- проведён поиск и анализ информации о воде с помощью литературных источников и Интернет – ресурсов;
- изучен познавательный материал по исследуемой теме;
- составлена информативная таблица по свойствам воды и примерами из неживой и живой природы;
- проведена подготовка и проведение экспериментов по свойствам воды;
- создана мультимедиа презентация к исследовательской работе.
В результате исследовательского путешествия воды мы выяснили, что вода может выглядеть по-разному: она может превращаться то в капельку тумана или росы, то в большую градину или иголочку инея. Но лучше всего мы знаем капельку дождя или снежинку! Везде и всегда нас окружают капельки воды – и снег, и лёд, и пар, и облако!
Так происходит круговорот воды в природе. Экспериментальным путем нам удалось получить круговорот воды в банке, выяснить, что вода обладает рядом свойств: не имеет запаха, цвета, она прозрачна и текуча, вода – жидкость, растворитель многих веществ. Облака – это тоже капельки воды. Нам удалось получить своё собственное облако!
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Вода – самое загадочное вещество в природе, названное вечной путешественницей! Поэтому и нас привлекла идея проследить весь путь, совершаемый водой в природе.
Итак, в результате путешествия мы выяснили, что вода в течение года выглядит по-разному. Мы с вами совершили небольшое путешествие в удивительный мир волшебницы Воды. Узнали много нового и интересного, необычного о Воде, провели опыты, получили ответы на интересующие нас вопросы.
В результате работы над проектом мы расширили свои знания о воде и её состояниях в природе, узнали, что вода может быть не только жидкой, но и твёрдой и даже газообразной. Систематизировали свои знания о круговороте воды в природе, получили ответы на интересующие нас вопросы.
Приобрели умения и навыки исследовательской деятельности: искать и собирать информацию, анализировать, систематизировать и делать выводы. Повысили интерес к познанию окружающего мира и способность практически применять свои знания, приобретённые в процессе написания проекта.
Мой личный вклад и приобретённый опыт в том, что я впервые сам провёл эксперименты по исследованию воды, образованию облаков; научился сравнивать и обобщать полученную информацию и в дальнейшем использовать её в повседневной жизни. На основании проведенных опытов мне открылись новые, ранее не изученные мною, свойства воды.
В процессе исследования задачи выполнены. Цель достигнута.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Специальная литература (книги)
-
Васильев, Ю.В. «Занимательное природоведение», М., Омега, 2017.
Электронные источники
2.http://www.youtube.com/watch?v=NQQbrgjGukI - «Необычные свойства воды»
3.http://www.youtube.com/watch?v=YuyQiBBGxvs - «Великая тайна воды»
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
Рисунок 1. Проведение эксперимента 1. Имеет ли вода вкус, цвет, запах
Вывод: в отличие от сока, вода - жидкость без вкуса, запаха и цвета.
Приложение 2
Рисунок 2. Проведение эксперимента 2. Растворяет ли вода вещества?
Вывод: вода растворяет сахар, значит вода – растворитель.
Приложение 3
Рисунок 3. Проведение эксперимента 3. Обладает ли вода текучестью?
Вывод: вода имеет свойство текучести.
Приложение 4
Рисунок 4. Проведение эксперимента 4. Имеет ли жидкая вода форму?
Вывод: Жидкая вода не имеет своей формы, она принимает форму той посуды, в которую налита.
Приложение 5
Рисунок 5. Проведение эксперимента 5
Выводы: наглядно рассмотрели два взаимосвязанных процесса испарения и конденсации, которые и образуют круговорот воды.
Приложение 6
Рисунок 6. Проведение эксперимента 7
Вывод: вода, по мере прохождения через многослойный фильтр частично очищалась.