Как сделать по физике термос: Как сделать термос своими руками в домашних условиях – Проектная работа «Секрет термоса»

Проектная работа «Секрет термоса»

Муниципальное общеобразовательное бюджетное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 90»

 

 

Творческий проект по физике

 

«Секрет термоса»

 

Проектант:

Ученица 9 «А» класса

Курбатовой Дарья

Руководитель проекта:

Фролова Н.М

 

р.п. Чунский

2019
 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………………3

Глава 1. Секреты термоса

1.1. Что такое термос…………………………………………………………………4

1.2. История создания термоса………………………………………………………..5

1.3. Конструкция термоса …………………………………………………………..6

1.4. Сущность физических явлений, происходящих внутри термоса.. 7

1.5. Виды теплопередач ……………………………………………………………..8

Вывод ………………………………………………………………………………….9

Глава 2. Изготовление термоса в домашних условиях

2.1. Модель термоса ………………………………………………………………11-13

Вывод ……………………………………………………………………………………13

Заключение ………………………………………………………………………….14

Литература …………………………………………………………………………..15

 

Введение:

Люди часто пользуются термосом, не задумываясь о том, как он работает. Ведь даже через несколько часов обычный чай в термосе остаётся такой же горячий. На его температуру не влияет даже погода на улице. Что же помогает сохранить чай горячим? Из чего изготавливают термос? У меня появилось большое желание, понять принцип работы термоса, узнать об этом изобретении, как можно больше.

Данная работа будет посвящена рассмотрению вопроса о термосе и его устройстве, а также способам изготовления термоса в домашних условиях.

Объект исследования — термос .

Предмет исследования— физические свойства термоса.

Гипотеза исследования: Я предполагаю, что, изучив строение термоса и механизмы протекания в нем физических явлений, можно создать термос в домашних условиях.

Цель исследования: создание термоса в домашних условиях.

Задачи:

изучить теоретический материал, раскрывающий понятие термос, принципы работы термоса, его физические свойства;

обобщить наблюдения, раскрывающие условия остывания жидкости в термосе;

определить материалы необходимые для создания термоса в домашних условиях;

создать термос в домашних условиях;

Методы исследования:

Теоретические: изучение литературы по заявленной теме исследования, классификация собранных материалов, обобщение материалов.

Эмпирические: наблюдения за протеканием физических явлений при изготовлении термоса в домашних условиях.

Математические: определение температурных значений жидкости в испытуемых моделях термосов.

Итогом моей работы станет создание термоса в домашних условиях.

 

Основная часть:

Что такое термос?

Термос (в переводе с греческого) «therme» — горячий. Такое название сосуду дал житель Мюнхена.

Термос — вид бытовой теплоизоляционной посуды для продолжительного сохранения более высокой или низкой температуры продуктов питания, по сравнению с температурой окружающей среды.

История создания термоса

Известный шотландский химик XIX века Джеймс Дьюар совершил целый ряд открытий в области физики и химии, но, пожалуй, в народе он запомнился, благодаря своему бытовому изобретению.

В 1892 году Джеймс Дьюар разработал изолирующую колбу, которая известна в науке под названием сосуд Дьюара. Конечно, колба была изобретена для хранения химикатов, но именно она стала моделью современного термоса.

В 1903 году берлинский производитель стеклянных изделий Рейнгольд Бургер усовершенствовал сосуд Дьюара, изобретённый в 1892 году шотландским физиком и химиком Джеймсом Дьюаром. Для удобного использования этого сосуда в быту (хранения напитков), он добавил к нему металлический корпус, пробку и крышку-стаканчик. Также, им была разработана система поддержки внутренней стенки колбы, так как она держалась только в одном месте у горловины сосуда и из-за этого легко ломалась при активном использовании

В 1904 году впервые в хозяйственных целях была выпущена первая партия термосов. Устройство настолько было совершенно и просто в применении, что не изменилось практически и по сей день.

Термос стали широко использовать в научных экспедициях многие исследователи. Он стал бортовой принадлежностью самолётов. С термосом было удобно летать даже на воздушном шаре. Простые люди также стали широко использовать термос в своей жизни.

В наше время термос – доступный, удобный и полезный предмет, который имеется в каждом доме.

 

 

Конструкция термоса

Вакуум — пространство свободное от вещества, т. е. пространство которое практически ничем не заполнено, очень сильно разреженный газ.

Изобретение стало успешным. Дьюард добился того, что газы в такой колбе сохранялись очень хорошо. Это стало поводом, чтобы использовать колбу (сосуд Дьюарда) в термосе.

Основной элемент термоса — колба, которая сделана из стекла или нержавеющей стали с двойными стенками, между которыми выкачан воздух (создан вакуум). Кроме этого есть пробка, которая закрывает отверстие колбы и крышка, закрывающая весь сосуд.

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

Термосы для напитков — имеют узкую горловину диаметром 25—55 см

Термосы с пневмонасосом — в конструкции крышки такого термоса есть насос для извлечения жидкостей путём нажатия на кнопку, и выводное отверстие сбоку для наливания. Предназначены для настольного использования.

Пищевые термосы — имеют широкую горловину, диаметр которой практически равен диаметру корпуса (от 65—80 мм). Предназначены для хранения первых и вторых блюд, мороженого и других видов пищевых продуктов.

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

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

Сущность физических явлений, происходящих внутри термоса

Чтобы понять принцип работы термоса, следует более подробно остановиться на сущности тех физических явлений, которые происходят внутри него.

1 Крышка термоса

2 Пробка

3 Корпус термоса

4 Зеркальная колба

 

Задача термоса — сохранять жидкость как можно дольше горячей, т. е. сохранять тепловую энергию жидкости, не дать ей остывать. В физике процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному называется теплопередачей.

Когда физические тела одной системы находятся при разной температуре, то происходит передача тепловой энергии или теплопередача от одного тела к другому до наступления равновесия. Тепло всегда передаётся от более горячих тел более холодным. Это значит, что если не защищать горячий чай в термосе, то он очень скоро станет холодным, так как тепловая энергия чая будет передаваться воздуху. Чай постепенно остынет.

Виды теплопередачи

Что требуется учитывать в устройстве термосе, чтобы остановить процесс теплопередачи. Требуется разобраться с видами теплопередачи, чтобы понять, как правильно должен работать термос.

Различают три вида теплопередачи:

Теплопроводность.

Это способ передачи тепла (энергии) от более нагретых участков тела к менее нагретым участкам, или от более горячих тел к менее нагретым при непосредственном соприкосновении.

Например, если холодную ложку опустить в кипяток, то ложка нагреется. Ложке сообщается некоторое количество теплоты, а вода — охладится, т.е. она теплоту отдает ложке.

Хорошие проводники тепла – металлы, хуже проводят тепло жидкости. Очень плохо проводят тепло воздух, пластмасса, дерево, поролон, пенопласт, строительная пена и т.д.

Данный вид теплопередачи широко используется в устройстве термоса. Между стенками колбы нет воздуха, там вакуум. Вакуум обладает самой низкой теплопроводностью, поэтому остывание жидкости в термосе происходит очень медленно.

Конвекция.

Это способ передачи тепла (энергии) струями жидкости или газа.

Например, от горячей батареи нагревается воздух около нее, он становится легче и поднимается наверх, а холодный воздух опускается вниз. Следующая партия воздуха нагревается и поднимается вверх, а более холодный воздух опускается вниз. Так постепенно происходит передача тепла от батареи ко всему воздуху в комнате. Если чайник с водой поставить на плиту, то внизу вода нагреется, станет легче и теплая вода поднимется наверх, а холодная вода опуститься вниз, т.к. она более тяжелая. Данное физическое явление могло бы наблюдаться в термосе, если бы горло колбы не закрывалось специальной пробкой, которая препятствует передаче тепла от жидкости в воздух.

Излучение.

Это способ передачи тепла (энергии) в виде невидимых лучей. Все тела, нагретые до любой температуры, излучают невидимые лучи, передающие тепло. Чем выше температура тела, тем больше излучается энергии.

Если поднести руку сначала к слабо нагретому утюгу, а потом к сильно нагретому, то рука во втором случае почувствует больше тепла. Это объясняется тем, что горячий утюг излучает энергии больше.

Учёные выяснили, что светлые блестящие поверхности отлично отражают тепло, а темные поверхности наоборот,очень хорошо поглощают энергию. Эти физические явления тоже использовали в устройстве термосе. Колба термоса покрыта слоем из отражающего зеркального материала. Это помогает ей отражать энергию жидкости, и она меньше остывает. Зеркальная поверхность мало нагревается, поэтому колба остаётся холодной.

Например, раньше колбы покрывали слоем серебра. Серебро – блестящий светлый металл. Теперь для изготовления колб всё чаще используют полированную нержавеющую сталь.

Вывод:

Данное теоретическое исследование помогло раскрыть секреты устройства термоса. Обобщая полученные данные, можно сказать, что главная задача термоса – хранить тепло как можно дольше. Этого можно добиться, если учитывать физические процессы, которые протекают внутри термоса. Необходимо, чтобы теплопередача между горячей жидкостью и холодным воздухом была как можно меньше. Этого добиваются производители термосов. Возможно ли достижение такого эффекта в домашних условиях? На этот вопрос я постараюсь ответить в следующей части моей работы.

 

 

 

Практическая часть:

Изготовление термоса в домашних условиях

Для изготовления термоса в домашних условиях я буду использовать подручные средства, которые есть в каждом доме. Вариантов изготовления термоса может быть несколько.

1. Модель термоса

Для модели термоса мне потребуются следующие материалы и инструменты:

Пластиковая бутылка 1.5 л.

Пластиковая бутылка 2 л.

Скотч

Теплоизоляционный материал — газеты

Светоотражающий материал — фольга

Ножницы, нож.

Ход работы

В ходе работы мне следует изготовить колбу и корпус термоса. Я буду

работать по плану:

№ опыта	Технология выполнения	Фото
1	Возьму пластиковую бутылку емкостью 2 л. Разрежу её пополам, чтобы получилась верхняя и нижняя части. Срежу у неё винтовую часть горлышка. Эти части потребуются для изготовления корпуса термоса.
2	Возьму пластиковую бутылку 1.5 л и обернём её фольгой, плотно прижимая её к стенкам бутылки. Следует обматывать бутылку матовой стороной наверх, чтобы блестящая сторона оказалась внутри. Слой фольги должен покрывать всю бутылку, в том числе и дно. Бутылка будет играть роль колбы.
3	Теперь обмотаю бутылку несколькими слоями газет. Чем больше слой газет, тем лучше. Газетный слой должен быть на стенках и дне бутылки.
4	Чтобы газеты хорошо держались на бутылке, обмотаю их скотчем. Слой газет необходим для создания теплоизоляционного слоя.
5	Верхний слой газет ещё раз обмотаю фольгой.
6	Следующий шаг – это размещение подготовленной маленькой бутылки в верхнюю и нижнюю части большой бутылки.
7	Следует обмотать скотчем половинки большой бутылки, чтобы она не распалась.

 

Модель первого термоса готова.

Особенности модели термоса

У данной модели есть свои особенности. Так как колба выполнена из пластиковой бутылки, то наливать в неё горячую воду не рекомендуется. От горячей воды колба может деформироваться. Поэтому при испытаниях этой модели я буду использовать холодную воду.

Испытания модели термоса

Для проведения испытания модели термоса буду использовать холодную воду. Заливаю воду в термос. Предварительно следует измерить её температуру. Испытания термоса будут проходить в течение шести часов. Каждый час я буду замерять температуру воды. Термос во время испытания будет находиться в комнате на столе при комнатной температуре +21.

Время

Температурные значения воды

Величина изменения температуры воды

Начало испытания

+ 2 (воду взяла из скважины)

Через час

+6

Через час

+8

Через час

+12

Через час

+14

Через час

+18

Через час

+20

Через шесть часов вода стала комнатной температуры. Эти данные позволяют сделать вывод о том, что такую модель термоса можно изготовить в домашних условиях и использовать для хранения холодных жидкостей. Для увеличения теплоизоляции можно использовать другие теплоизоляционные материалы. Например, поролон, синтепон, пенопласт. Это позволит увеличить время нагревания жидкости. Вода будет нагреваться ещё медленнее. Ещё одним достоинством этой модели можно считать его небольшой вес и небьющуюся колбу.

Вывод:

Моя экспериментальная работа по изготовлению моделей термосов и исследования температурных значений воды доказала, что изготовить термос в домашних условиях вполне реально. У самодельных термосов есть свои плюсы:

Это использование подручных бросовых материалов.

Это низкая себестоимость такого изделия по сравнению с купленным термосом.

Это небольшой вес изделия.

Это технологическая простота в изготовлении.

Это достаточная прочность изделия.

Но есть и минусы:

Остывание или нагревание воды происходит быстрее, чем в заводских моделях.

Внешний вид изделия не совсем привлекателен.

Самодельный термос невозможно вымыть после использования, так как горлышко бутыли, которую использовали для изготовления колбы, узкое.

 

Самое главное, что я поняла – изготовление термоса в домашних условиях возможно, если при этом учитываются все физические процессы протекающие внутри этого устройства.

Заключение

Мир физических явлений чрезвычайно разнообразен. Моя исследовательская работа заинтересовала меня, потому что я смогла объяснить процесс сохранения тепла с научной точки зрения. Было сложно понять суть физических явлений.

В ходе своей работы я узнала историю появления термоса и выяснила устройство этого изделия, я поняла суть протекающих в нём физических явлений. Это позволило мне сконструировать модель термоса. Главное, что требовалось при моделировании – это уменьшить теплопроводность колбы. Наш эксперимент по использованию самодельного термоса в домашних условиях можно считать удачным. Он доказал, что изготовление термоса в домашних условиях реально и выполнимо. Это значит, что моя гипотеза подтвердилась. я уверенно могу сказать, что знания физических закономерностей помогает человеку жить.

 

 

Литература

 

https://ru.wikipedia.org/wiki/Термос

https://ru.wikipedia.org/wiki/

http://womanmir.com/dom/791-kak-vybrat-termos.html

https://ru.wikipedia.org/wiki

http://istoriz.ru/termos-istoriya-izobreteniya.html

https://ru.wikipedia.org/wiki

ресурсы интернета

Как устроен термос

     Сегодня мы познакомимся с работой, видами и недостатками термоса в общем ознакомимся с тем, как устроен термос. Термос есть у каждого путешественника, туриста, дальнобойщика и не только у них.
      Вообще, термос нужен для сохранения (поддержания) высокой или низкой температуры продуктов питания. Термос — это очень удобная вещь, которая обязательно пригодится в походе, в дороге, да и в обычных бытовых делах. В роли продуктов питания могут быть не только напитки, но и первые, и вторые блюда; настои трав; лёд, мороженое и многие другие продукты.
       Что бы термосу удалось сохранить продукт тёплым ему нужно как можно меньше передавать тепла с тёплого продукта в окружающую среду. А если сохранить холод, то наоборот — меньше передать тепла с окружающей среды в холодный продукт, т.е. термос. Это и есть основная задача термоса. Кстати, когда пищевой термос запылился, то лучшее средство от грязи это пищевая сода. 

Содержание статьи:

Принцип работы термоса

      Теперь, когда Вы знаете, для чего предназначен термос, то можно познакомиться с его работой. Здесь нужно немного вспомнить свои знания по физике, а именно теплообмен веществ. Так как термосу необходимо сохранить тепло внутри себя, то его нужно изолировать от внешней среды, которая заставляет его остывать. Самый простой изолятор веществ — это воздух, но стоит знать, что он не идеален. Поэтому во многих термосах применяют вакуум, т.е. пространство, где нет никаких веществ, следовательно, и передавать тепло от колбы в окружающую среду будет нечем. Кстати, чтобы вода в термосе была чище, пользуйтесь кувшинными фильтрами.
      Принцип работы термоса схож с сосудом Дьюара

, который представляет собой сосуд из двойных стенок. Между стенками как раз и живёт вакуум или воздух. Сам сосуд сделан либо из стекла, либо из нержавеющей стали. Внутренняя часть колбы покрыта отражающим материалом, который отражает тепло внутри термоса. Внешняя часть термоса изготавливается либо из металла (больше механической прочности), либо из пластика.

Виды термоса

•      Термосы для напитков — имеют узкую горловину диаметром 25–55 мм. Кстати, в этот термос можно заливать даже кофе.
•      Термосы с пневмонасосом — обычный термос, в котором имеется насос для извлечения жидкостей путём нажатия на кнопку, и выводное отверстие сбоку для наливания напитков.
•      Пищевые термосы — имеют широкую горловину, диаметр которой практически равен диаметру корпуса (от 65–80 мм). Удобен в хранении, как первых, так и вторых блюд, а также мороженного, каш и т.п.
•      Универсальные термосы — это такой же пищевой термос, но с более узким отверстием для наливания напитков.
•      Пищевые термосы с судками — это совокупность нескольких контейнеров, помещённых в один термос. Складываются они друг на друга; удобны в хранении различной пищи.

Недостатки термоса

     Если термос так умно устроен, то почему же он через несколько часов или дней всё равно остывает? А всё потому что у любого термоса есть небольшие потери и вот почему:
     Первое что приходит в голову это горлышко, т.е. сама крышка. Как бы плотно она не была прижата, всё равно хоть чуть-чуть, но пропустит. Крышка не герметична на 100%
      Второе — это вакуум, даже если откачаем воздух, то абсолютный вакуум создать нельзя.
   

 Третье — это зеркальная поверхность (отражатель), находящаяся внутри сосуда термоса. Какой бы зеркальной она не была, все 100% тепла она не отразит. Максимум – это 90%.

Видео о том, как делают термос

Видео о том, как устроен термос простыми словами

Или вот еще познавательное видео о том, как устроен термос. Да-да, это фиксики. Не смейтесь 🙂 Начиная с 1:38 секунды они расскажут о строении термоса простым языком.

Думаю, что теперь Вы можете легко рассказать о работе, о видах термоса своим знакомым и друзьям. Удачи Вам))

Термос — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 4 ноября 2019; проверки требуют 4 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 4 ноября 2019; проверки требуют 4 правки. Термосы для напитков со стеклянной колбой

Те́рмос (термокружка) — вид бытовой теплоизоляционной посуды для продолжительного сохранения более высокой или низкой температуры продуктов питания, по сравнению с температурой окружающей среды. Является разновидностью сосуда Дьюара.

Термос может использоваться не только для хранения готовых напитков и еды, но и для их приготовления, например — различных настоев и каш.

Свое название термос получил от названия немецкой компании Thermos GmbH — первого коммерческого производителя термосов. Его в 1904 г. на конкурсе на лучшее название придумал житель Мюнхена, от др.-греч. θερµός «тёплый», восходящему к праиндоевр. *ghwerm-/*ghworm- «тёплый».

Фрагмент заявки на патент термоса (U.S. Patent 872 795) от 23 октября 1906 года Реклама термос-бутылок в России от немецкой фирмы Тhermos GmbH (примерно 1906—1914 годы) Мемориальная доска на доме, где жил и работал Рейнгольд Бургер с 1927 года до своей смерти (Германия, Берлин, район Панков, ул. Wilhelm-Kuhr-Straße, 3)

Берлинский производитель стеклянных изделий Рейнгольд Бургер^[de] усовершенствовал сосуд Дьюара, изобретённый в 1892 году шотландским физиком и химиком Джеймсом Дьюаром. Для удобного использования этого сосуда в быту (хранения напитков), он добавил к нему металлический корпус, пробку и крышку-стаканчик. Также, им была разработана система поддержки внутренней стенки колбы, так как она держалась только в одном месте у горловины сосуда и из-за этого легко ломалась при активном использовании — на это изобретение Рейнгольд Бургер получил немецкий патент DE170057, заявка на который была подана 30 сентября 1903 года

[1]^[2].

Был объявлен конкурс на лучшее название торговой марки для нового изобретения, в котором победил один из жителей Мюнхена, предложивший название Тhermos (от греч. therme — горячий). Бургер основал одноимённую фирму Тhermos-Gesellschaft m.b.H. (Тhermos GmbH) по выпуску термосов, и с марта 1904 года эта торговая марка стала использоваться в коммерческих целях.

Сосуды Дьюара не были запатентованы, их изобретатель — Джеймс Дьюар — считал, что они не будут иметь коммерческого успеха, поэтому, когда он обратился в суд о возмещении нанесённого Бургером ущерба, его иск остался неудовлетворённым^[3].

23 октября 1906 года Рейнгольд Бургер подал заявку, а 3 декабря 1907 года получил патент США U.S. Patent 872 795 на «Сосуд с двойными стенками и вакуумом между ними». В качестве изобретателя термоса в патенте был указан Рейнгольд Бургер, имя Джеймса Дьюара в патенте не упоминается. Правопреемником данного патента становится американская фирма

American Thermos Bottle Company. Также в 1907 году права на производство термоса были проданы ещё двум компаниям — канадской Canadian Thermos Bottle Co и британской Thermos Limited^[4].

В настоящее время срок патента истёк. Права на использование торговой марки Thermos принадлежат японской компании Тhermos L.L.C., выпускающей термосы под этим брендом^[5].

Основной элемент термоса — колба (сосуд Дьюара) из стекла или нержавеющей стали с двойными стенками, между которыми выкачан воздух (создан вакуум) для уменьшения теплопроводности и конвекции между колбой термоса и внешней средой. Для уменьшения теплового излучения внутренние поверхности стеклянной колбы покрывают слоем из отражающего, зеркального материала. Наружный корпус термосов со стеклянной колбой изготавливается из пластмассы или металла, колба из металла одновременно является корпусом термоса.

По материалу, из которого сделана внутренняя колба: пластиковые, стеклянные и металлические. Стеклянная колба хорошо держит температуру, при неаккуратном обращении может разбиться, подходит для домашнего использования.

Металлическая колба подходит для туристов.

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

• Термосы для напитков — имеют узкую горловину диаметром 25—55 мм.
• Термосы с пневмонасосом — в конструкции крышки такого термоса есть пневмонасос для извлечения жидкостей путём нажатия на кнопку, и выводное отверстие сбоку для наливания. Предназначены для настольного использования.
• Пищевые термосы
   — имеют широкую горловину, диаметр которой практически равен диаметру корпуса (от 65—80 мм). Предназначены для хранения первых и вторых блюд, мороженого и других видов пищевых продуктов.
• Универсальные термосы — отличаются от пищевых термосов только конструкцией пробки, которая имеет дополнительное, более узкое, отверстие для наливания напитков.
• Пищевые термосы с судками — термосы, в которые стопкой, друг на друга, вкладывается 2—3 пластиковые или металлические ёмкости (контейнеры), позволяющие одновременно раздельно хранить различные виды блюд — например для обеда: холодную закуску с первым и вторым блюдом.
• Термочашка или Термокружка

• Термос для напитков с колбой из нержавеющей стали

• 

  Термос с пневмонасосом

• Термос для готовки еды

• Пищевой термос

Время сохранения температуры в термосе зависит от объёма помещенной в него жидкости, чем он больше, тем дольше сохраняется тепло (или холод). Старайтесь заполнять термос полностью, помните, чем меньше заполнен термос, тем быстрее остынет его содержимое.

Выдержка из ГОСТ Р 51968-2002 для определения термоизоляционных свойств термосов со стеклянной колбой:

7.5 Определение термической стойкости и термоизоляционных свойств 7.5.1 Термосы до начала испытания на термическую стойкость и термоизоляционные свойства выдерживают с открытой горловиной в помещении при температуре не ниже 18 °С до тех пор, пока температура воздуха внутри сосуда будет не ниже 18 °С. Температуру воздуха измеряют термометром по ГОСТ 28498. 7.5.2 Термос заливают водой температурой не менее 95 °С и выдерживают в течение 1—3 мин. Затем воду сливают и осматривают термос. Изделие считают выдержавшим испытание на термическую стойкость, если сосуд не разрушился. 7.5.3 Для контроля термоизоляционных свойств термосы вновь заливают водой температурой не менее 95 °С, закрывают пробкой и крышкой и выдерживают при температуре окружающей среды не менее 18 °С в течение времени, указанного в таблице 2. Температуру воды измеряют термометром по ГОСТ 28498. Изделие считают выдержавшим испытание, если температура воды после испытания будет соответствовать требованиям таблицы 2. Примечание — Для горной местности температура заливаемой воды и воды после испытаний должна быть скорректирована с учетом местных условий.

Таблица 2. Минимально допустимая температура воды после испытания термосов со стеклянной колбой (согласно ГОСТ Р 51968-2002^[6]).

Номинальная вместимость сосуда, см3	Время испытания, ч	Температура воды в термосах и сосудах после испытания, °С, не менее
С узкой горловиной
250	12	45
500, 750	24	45
1000, 1250	24	55
2000	24	60
С широкой горловиной
250	6	54
500	6	56
1000	6	60
1500	6	62
2000	6	64

• Термосы // Товарный словарь. Том 8 / Гл. ред. И.А. Пугачев. — М.: Госторгиздат, 1960. — Стб. 764—770
• Термос // Краткая энциклопедия домашнего хозяйства. Том 2. — М.: Большая советская энциклопедия, 1959. — С. 623. — 772 с.
• Термос // Техническая энциклопедия. Том 23. — М.: Советская энциклопедия, 1934. — Стб. 139—142. — 1016 стб.
• ГОСТ Р 51968-2002. Термосы бытовые с сосудами из стекла. Общие технические условия.
• Хранить тепло и холод: термос (неопр.). Журнал «Популярная механика» (март 2005). Дата обращения 17 июля 2012. Архивировано 5 августа 2012 года.

Как делают термосы

Выдающийся американский конструктор Вильям Стенли решил усовершенствовать конструкцию термоса и задействовал уникальную технологию,которая позволила удерживать тепло в сосуде еще более эффективно.

Законы физики гласят – если уменьшить взаимодействие молекул между собой, то снизится и теплопередача. Именно эту формулу и использовал Стенли в процессе производства своих легендарных термосов. Он внедрил двойную вакуумную теплоизоляцию, чем обеспечил отличные теплосберегающие характеристики фирменной продукции.

5% Специально для читателей нашего блога скидка 5% на весь ассортимент магазина по промокоду BLOG

Процесс изготовления термосов из не6ржавеющей стали

Первым этапом является изготовление колбы. Именно она играет ключевую роль во всем приборе.

От качества этого цилиндра зависит срок годности всего изделия. В процессе производства используется специальная сварка, которая обеспечивает ровные и герметичные швы. Далее, по такому же принципу изготавливается корпус. Сверху его покрывают эмалью, устойчивой к абразивным веществам. Поле этого колба и цилиндр соединяются специальным герметичным кольцом у горловины.

На дне есть особая трубка из меди, через которую откачивается воздух между двумя сосудами. В результате образуется стойкий вакуум. Если изделие разгерметизируется, то можно просто откачать лишний воздух и вернуть термосу его свойства. Пробка изготавливается из специального полимерного материала. Внутри пробки-клапана предусмотрен специальный механизм, который обеспечивает плавное перетекание жидкости из сосуда в емкость. Термос оснащают дополнительными элементами: ремнями, крышкой-стаканом, ручкой, столовыми приборами. На финишном этапе вся продукция обязательно проходит тест на соответствие качеству. После успешного прохождения испытаний изделия упаковывают в коробки и отправляют в точки продаж.

5% Специально для читателей нашего блога скидка 5% на весь ассортимент магазина по промокоду BLOG

В чем преимущества термосов «Стенли»:

• Все товары имеют сертификаты SO 14001и EN 12546 международного образца.

• Корпус продукции отличается прочностью и износостойкостью, что позволяет использовать термосы в суровых условиях.

• Надежные крышки гарантируют абсолютную герметичность изделий.

• Теплоизоляция на высоком уровне. Термосы STANLEY способны сохранять тепло от 6 до 32 часов. Благодаря двойным стенкам, чай или кофе сохраняются горячими очень долго.

• Компактность и небольшой вес. Эти факторы позволяют брать термосы с собой в путешествия без лишних хлопот.

• Безопасность и экологичность продукции. Пищевая нержавеющая сталь не содержит вредных примесей, пробки и крышки изготовлены из пластика BPA-free. Стоит заметить, что термосы Стенли могут использоваться для хранения грудного молока, что еще раз доказывает их абсолютную безопасность.

Эргономичность и продуманность каждой детали продукции делает ее функциональной и простой в использовании. Горло у термосов имеет оптимальную ширину, дно устойчивое, крышки имеют специальную защиту от брызг.

5% Специально для читателей нашего блога скидка 5% на весь ассортимент магазина по промокоду BLOG

Также изделия комплектуют ручками и клипсами для удобства переноски.

Вильям Стенли решил, что несколько лет гарантии не достаточно для таких изделий, как его термосы, поэтому установил гарантийный срок ровно в сто лет. Если ваша бабушка пользовалась брендовымизделием, потом из него пила чай ваша мама, а теперь и вы берете его с собой на работу, то будьте уверены, что если прибор выйдет из строя, то вам его все равно починят бесплатно. Сколько бы лет не прошло после покупки товара. Таковы правила фирмы. Дизайн сосудов очень лаконичный и элегантный. Он разработан с учетом гендерных вкусов обоих полов. Если быть точнее, то все термосы, фляги, термокружки и контейнеры выполнены в формате «унисекс».

Исследовательский проект по физике «Исследование термодинамических характеристик термосов»

МОБУ СОШ с. Покрово-Березовка

Исследовательский проект по физике

Исследование термодинамических характеристик термосов

Тематика: 

 Физика

Автор работы: 

 Ольга Филатова

Руководитель проекта: 

 Зоткина Вера Николаевна

Учреждение: 

 МОБУ СОШ с. Покрово-Березовка

Пензенского района Пензенской области

Класс: 

 9

2019

Описание работы

В данном исследовательском проекте по физике на тему «Исследование термодинамических характеристик термосов» будет проведена оценка теплосберегающих свойств самодельных термосов и произведен расчет теплопотерь в экспериментальных условиях, изучено устройство термоса, различные методы сборки термосов, теплопотери, теплосберегающие характеристики термосов, проведен анализ материалов по теплосберегающим свойствам.

Подробнее о работе:

В рамках исследования проанализированы составные части термоса, разновидности термосов, проведен эксперимент и собраны данные о средней температуре, которую может сохранять термос в течение определённого промежутка времени, выполнен анализ полученного результата.

Материалы данного проекта по физике «Исследование термодинамических характеристик термосов» можно использовать в походных условиях, а также использовать в качестве дополнительного материала к урокам физики и технологии 8 класса.

Оглавление

Введение
1. История изобретения термосов.
1.1. Виды термосов. Преимущества и недостатки.
1.2. Устройство термоса и принцип работы.
1.3. Термодинамика
2. Методика исследования и результаты наблюдений
2.1 Материалы и методы исследования теплосберегающих функций термоса.
2.2. Результаты исследования термосов.
2.3. Обсуждение результатов исследований
Выводы
Заключение
Библиография

Введение

Человека издавна интересовала тема поддержания температуры при хранении продуктов, а также мобильность термодинамических конструкций, простота их сборки и доступность в использовании.

Конструирование теплосберегающей посуды в полевых условиях является актуальным вопросом для туристов и дачников, поэтому мы решили исследовать, каковы будут оптимальны вложения сил, средств и времени для сборки термосов из подручных средств. В нашей работе мы рассмотрим способы поддержания необходимой температуры для продуктов в походных условиях и сборки термоса из подручных средств и материалов.

При проведении эксперимента нами учтены следующие факторы:

• Доступность исходного материала по цене в сочетании со стандартным качеством.

• Выбрана самая доступная в домашних условиях методика сборки термосов.

• Проведена проверка теплосберегающих характеристик.

В результате проведенных исследований, нами выданы практические рекомендации.

Объект исследования: термосы, собранные из различных подручных изолирующих материалов.

Предмет исследования: свойства термосов, собранных из различных термоизоляционных материалов, удерживать тепло.

Цель исследования: опытным путём установить, какие материалы лучше использовать при сборке термосов в полевых условиях.

Задачи исследования:

1. Узнать из литературных источников о влиянии изолирующих материалов на теплоустойчивость термосов.

2. Изучить теплоустойчивость термосов, собранных из различных материалов.

3. В ходе эксперимента собрать данные о теплоустойчивости термосов, собранных из различных материалов.

4. Опытным путём определить влияние материалов как фактора теплоустойчивости

5. Оценить полученный результат.

Гипотеза: в полевых условиях можно собрать термос, соответствующий нашим потребностям по теплосбережению.

Методы исследования:

1. Изучение и анализ соответствующей литературы

2. Эксперимент

3. Наблюдение

4. Обобщение

Новизна исследовательской работы: исследовано влияние различных подручных теплоизолирующих материалов на теплосберегающие характеристики самодельных термосов.

Практическая значимость работы: экспериментальным путем выявлены оптимальные по теплоизолирующим характеристикам и доступности в применении теплоизолирующие материалы для сборки самодельных термосов в полевых условиях.

Изобретение термосов

Термос – вид посуды, который люди используют по сей день с целью поддержания высокой температуры продуктов питания. Термос является незаменимой частью в походах, когда нужно сохранить напиток горячим на протяжении долгого времени.

Термосу нужно как можно меньше отдавать тепло в окружающую среду для того, чтобы сохранить в нём постоянную температуру.

Потребность в массовом производстве сосудов, способных поддерживать заданную температуру, появилась во второй половине XIX века. Ученые разрабатывали различные конструкции контейнеров из стекла со сдвоенными стенками, однако в межстенье закачивали сжиженный газ, который быстро улетучивался.

Современную концепцию термосов предложил А.Ф. Вейнхольц в 1881 году. Он разработал контейнер из стекла со сдвоенными стенками, внутри которых был полностью откачан воздух (Ящик Вейнхольда). При этом объем сосуда, в плане температуры, практически перестал зависеть от температуры внешних стенок.

Спустя 11 лет в 1892 году физик и химик из Шотландии Д. Дьюар улучшил изобретение своего немецкого коллеги. Форма контейнера сменилась на колбу с узким верхним проёмом и парой стенок; это предотвращало быстрое испарение полученных газов. Для лучшей изоляции сосуд изнутри был покрыт тонким серебряным слоем.

Кроме того, от внутренней поверхности, напоминающей зеркало, хорошо отражалось тепловое излучение. Изделие подвешивалось при помощи пружин в специальном кожухе из металла. С помощью своего изобретения Дьюар получил и даже смог в течение определённого времени сохранить водород в жидком и твёрдом состоянии. Однако ни он, ни Вейнхольд не стали патентовать уникальный контейнер: они не считали, что их изобретения смогут принести кому-либо ощутимую прибыль.

В 1903 году Р. Бургеру, немецкому производителю стекла, пришла в голову мысль усовершенствовать сосуд Дьюара, чтобы использовать его не только в научных целях, но и в бытовых. Колбу поместили в металлический корпус, для большей герметичности добавили пробку, закрывающую сосуд. Конструкцию дополнили удобной крышкой, которой отводилась роль небольшого стакана. Новшеством стала внутренняя система, при помощи которой колба поддерживалась изнутри. До этого момента колба закреплялась лишь у горлышка всей конструкции, из-за чего являлась достаточно хрупким изделием.

Осенью 1903 года Р. Бургер запатентовал своё изобретение и основал фирму по производству нового изделия – «вакуумной фляжки». С 1904 года в коммерческих целях он стал использовать новую торговую марку Thermos (в переводе с греческого «горячий»). С 1908 года термос стали массово выпускать в Америке, Канаде и Англии, откуда новые герметичные контейнеры для хранения жидкостей и поддержания их постоянной температуры стали постепенно распространяться по всему миру. [2]

Виды термосов. Преимущества и недостатки

Термос со стальной колбой изготавливают из прочной нержавеющей стали.

Его преимуществами являются долговечность, прочность и технологичность в обработке. Благодаря корпусу из нержавеющей стали, колба имеет не только большой срок эксплуатации, но и отличную стойкость к деформациям за счет своей прочной отполированной поверхности, поэтому термос способен прослужить человеку долгие годы.

Термос из стали удобен в производстве, ремонтопригодности и обладает высокими эксплуатационными качествами. Однако он не лишен недостатков. Термос, изготовленный из металла, характеризует высокая теплопроводность, так как он быстро меняет температуру — быстрее нагревается и быстрее остывает.

Также необходима дополнительная обработка термоса кипятком перед непосредственным использованием, иначе колба заберет часть энергии, и тем самым напиток будет холоднее. Поскольку высококачественная нержавеющая сталь намного дороже стекла, термосы со стальной колбой стоят дороже термосов со стеклянной колбой.

Корпус термоса со стеклянной колбой в основном изготавливают из металлопластмассы, жестяной пластины или пластика. Его преимуществами являются низкая теплопроводность, гигиеничность и вес. Термос со стеклянной колбой отличается меньшей массой по сравнению с термосом со стальной колбой.

Стоит учесть, что стекло хорошо проводит тепло и не вступает во взаимодействие с другими веществами, именно поэтому после использования термос со стеклянной колбой не перенимает ни от чего запахи. Но и термос со стеклянной колбой имеет свои недостатки. Стекло – хрупкий материал, поэтому оно подвержено спонтанному разрушению. Не стоит забывать о свойствах стекла: в термос со стеклянной колбой нельзя заливать кипяток, если его принесли с холода, иначе стекло может лопнуть. [6,9]

Устройство термоса и принцип работы

Работа термоса основана на сохранении тепла внутри себя, поэтому его нужно изолировать от внешней среды, которая заставляет его остывать. Самый простой изолятор веществ — это вакуум, так как вакуумная технология исключает все три механизма теплопередачи. Поэтому во многих термосах применяют вакуум, т.е. пространство, где нет никаких веществ, следовательно, и передавать тепло от колбы в окружающую среду будет нечем.

Рис.1 Устройство термоса

Принцип работы термоса схож с сосудом Дьюара, который представляет собой сосуд из двойных стенок. Между стенками находится вакуум или воздух. Сам сосуд сделан либо из стекла, либо из нержавеющей стали. Внутренняя часть колбы покрыта отражающим материалом, который отражает тепло внутри термоса. Внешняя часть термоса изготавливается либо из металла (больше механической прочности), либо из пластика. [3, 8]

Термодинамика

Термодинамика – раздел физики, изучающий общие свойства макроскопических систем и способы передачи, и превращения энергии в таких системах. В термодинамике изучаются процессы, для описания которых следует ввести понятие тепловых явлений и температуры.

Тепловые явления – явления, связанные с нагреванием или охлаждением тел. Все тепловые явления связаны с температурой. Все тела характеризуются состоянием своего теплового равновесия, главной характеристикой которого является температура.

Температура – мера «нагретости» тела. Приборы, которыми можно измерить температуру тела, называются термометрами. Чем выше температура, тем быстрее частицы движутся в теле, движение которых называется тепловым движением (хаотическое). [6]

Теплопередача бывает трех видов: теплопроводность, конвекция и излучение.

Теплопроводность – явление, при котором энергия передается от одной части тела к другой посредством столкновения частиц или при контакте двух тел. Теплопроводность связана с переносом энергии от более нагретых веществ к менее нагретым, который осуществляется хаотически движущимися частицами тела.

Если начать нагревать металлический стержень, к которому прикреплены гвоздики, то через некоторое время можно наблюдать, что гвоздики начнут отпадать. Это происходит за счет находящихся на концах стержня молекул, которые получают энергию и передают ее соседним молекулам, и тем самым стержень нагревается.

Конвекция – явление, связанное с переносом энергии струями, большими группами частиц жидкостей или газов. Как мы можем ее наблюдать? Например, при нагревании льда в пробирке с водой. Наберем в пробирку воду, положим лёд на дно пробирки и начнём нагревать зажжённой свечой верхний край пробирки.

При этом верхний край пробирки нагреется, но лёд так и не растает. Почему так происходит? Преимущественно это связанно с недостаточной теплопроводность воды распространять тепло по всей пробирке. Если же мы поместим пламя свечи к нижней части пробирке, то через некоторое время мы можем увидеть, что весь лёд в пробирке растает. Приведенные опыты свидетельствуют о том, что перенос энергии происходит не путем теплопередачи, а конвекцией.

Излучение – явление передачи энергии, наряду с конвекцией и теплопроводностью. Или, можно сказать, что излучение – это процесс испускания и распространения энергии в виде электромагнитных волн. Излучение можно наблюдать при взаимодействии Солнца и Земли.

Между этими планетами нет вакуума, поэтому энергия передаётся с помощью электромагнитных волн. Данное явление как раз является одним из видов излучения. Также мы можем наблюдать излучение и дома. Например, если зажечь лампу и сесть рядом, через некоторое время можно ощутить тепло, которое исходит от лампочки.

Принцип уменьшения теплопередачи каждым из способов положен в основу работы термоса. Термос устроен таким образом, что теплообмен с окружающей средой сведен до минимума. Вакуум между стенками колбы препятствует теплопередаче путем конвекции и теплопроводности, а зеркальный отражающий слой на внутренней поверхности колбы препятствует теплопередаче излучением. [4]

Количество теплоты – энергия, которую тело получает или теряет в процессе теплопередачи. Количество теплоты является функцией процесса, а не функцией состояния, то есть количество теплоты, полученное системой, зависит от способа, которым она была приведена в текущее состояние. Внутренняя энергия тела может изменяться за счёт работы внешних сил. Если тело получает энергию, его внутренняя энергия увеличивается, а если теряет энергию – уменьшается. Это свидетельствует о связанности количества теплоты с внутренней энергией.

Для характеристики изменения внутренней энергии при теплообмене вводится величина, называемая количеством теплоты и обозначаемая Q=[Дж]

Количество теплоты зависит от изменения температуры, массы и рода жидкости.

Количество теплоты, необходимое для нагревания тела или выделяющееся при его охлаждении, прямо пропорционально массе тела и изменению его температуры: Q = cm(t2-t1), где с — удельная теплоемкость (Дж/кг•К), m — масса тела (кг), t2 — конечная температура тела, t1 – начальная температура. [1]

Охлаждение тела — процесс обратный нагреванию. Для его описания используется та же формула, что и для нагревания. Знак «минус», полученный при вычислениях говорит о том, что тело отдает теплоту, «плюс» — получает. [5]

Скорость нагревания и охлаждения тела пропорциональна разности температур между телом и окружающей средой.

Мощность – работа, выполненная в единицу времени. Это скалярная физическая величина, равная в общем случае скорости изменения, преобразования, передачи или потребления энергии системы. В более узком смысле мощность равна отношению работы, выполняемой за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени. [10]

Исследование теплосбережения термоса

Исследование самодельных термосов

В нашем исследовании были рассмотрены термодинамические свойства двух самодельных термосов в сравнении с термодинамическими характеристиками стеклянной бутылки, взятой за основу при их изготовлении и покупного термоса с металлической колбой.

Для сборки экспериментальных образцов мы решили использовать подручные средства: в качестве колбы — стеклянную бутылку объёмом 1 литр; как изолирующие материалы — скотч, газету, монтажную пену, полотенце. Эти материалы были выбраны нами по следующим причинам:

Измерения проведены электронным термометром (-50°С; +330°С), максимальной точностью ±1° С и электронными часами.

Температура окружающей среды составляла 20° С.

Методика создания самодельных термосов

Образец № 1: была взята пустая стеклянная бутылка 1 литр, которую поставили в пластиковую трубу и залили монтажной пеной.

Образец № 2: была взята пустая стеклянная бутылка 1 литр, которую завернули в газету и, закрепив ее скотчем, обернули полотенцем.

Образец № 3: стеклянная бутылка объёмом 1 литр (контроль).

Образец № 4: покупной термос объёмом 1 литр с металлической колбой.

Для проведения эксперимента в термосы залили кипяток (t = 98,6°С).

Продолжительность остывания составила t = 2,5 часа = 9000 с, после чего был сделан контрольный замер температуры.

Нами проведены расчеты:

Q = cm(t2-t1) (Дж), где с – 4179 (Дж/кг•К) удельная теплоемкость воды, m – 1 (кг) масса воды, t1 – 98,6°С начальная температура воды t2 – конечная температура;

— мощности энергосбережения и энергопотерь: P = Q / t (Вт).

Проведен сравнительный анализ теплосберегающих свойств и энергетических потерь самодельных термосов в сравнении с исходным материалом (бутылкой) и покупным термосом, представлены соответствующие выводы и рекомендации.

Результаты исследований теплосбережения самодельных термосов

Результаты изменения температуры воды в образцах за 2,5 часа приведены в Приложении 1.

Как видно из таблицы, образец № 1 держит тепло лучше, чем термосы других образцов: температура снизилась на 8,42 % от начальной. Хуже всех же держит тепло контрольный образец № 3: снижение температуры за 2,5 часа составило 29,42 %.

Изначально количество энергии во всех четырех термосах было одинаково и составляло 412,05 кДж. Исходя из данных таблицы 1, нами проведены расчеты теплосбережения и теплопотерь и их мощности, проведено сравнение опытных образцов № 1 и № 2 с контрольными образцами № 3 и № 4.

В процессе остывания воды образцы выделили в окружающую среду определенное количество теплоты. Расчеты количества потерянной теплоты (Q, Дж) и мощности теплопотерь (P, Вт) приведены в Приложении 2.

Как видно из таблицы, максимальные теплопотери в контрольном образце № 3 составили около 121,2 кДж при мощности теплопотерь 13,5 Вт. Минимальные теплопотери были в образце № 1 и составили около 34,7 кДж при мощности 3,9 Вт.

Термос сохраняет тепло дольше, если обладает высокими теплосберегающими свойствами. Данные теплосбереждения (Q, Дж) и мощности термосов (P, Вт) приведены в Приложении 3.

Как видно из таблицы, образец №1 обладает высокими теплосберегающими свойствами (377,4 кДж) при большей мощности термоса (41,9 Вт). Самыми низкими теплосберегающими свойствами обладает контрольный образец № 3 (290,9 кДж) при меньшей мощности (32,3 Вт).

Обсуждение результатов эксперимента с термосами

В результате проведённого эксперимента нами было исследовано количество сохраненной и выделенной термосами теплоты, рассчитана мощность термосов и теплопотерь, проведено сравнение теплосберегающих характеристик самодельных термосов с исходным материалом (стеклянной бутылкой) и покупным термосом с металлической колбой.

Начальная температура кипящей воды составила 98,6°С, что укладывается в значения температуры кипения воды по Московской области – от +98,5°С до +101,0°С в зависимости от рельефа.

На изменение температуры в термосах в течение времени влияли способ и материал изоляции колбы от окружающей среды:

• Теплопотери термоса из монтажной пены (образец № 1) и газеты в сочетании с тканью (образец № 2) в сравнении с контрольным образцом № 3 – неизолированной стеклянной бутылкой были ниже в 3,5 и 2,4 раза соответственно.

• Теплоизоляционные свойства монтажной пены (образец № 1) оказались выше не только изоляционных свойств газеты в сочетании с тканью на 4,28% (образец № 2), но и покупного термоса с металлической колбой (образец № 4) на 2,06 %.

• Теплоизоляционные свойства вакуума в сочетании с металлической колбой (образец № 4) выше, чем теплоизоляционные свойства газеты и материи в сочетании со стеклянной колбой (образец № 2) на 2,18 %.

Таким образом, материал колбы существенно влияет на сохранность тепла жидкости в термосе. Свойства по теплосбережению монтажной пены в сочетании со стеклянной колбой оказались выше свойств металлической колбы в сочетании с воздушной/вакуумной изоляцией.

Таким образом, для термосов различной конструкции нами на основе экспериментальных данных рассчитаны теплосберегающие характеристики и теплопотери. Расчёты, проведённые двумя независимыми способами – по количеству теплоты (Q,Дж) и мощности (P, Вт) по теплосбережению и теплопотерям дали совпадение.

Выводы:

1. Материал, из которого изготовлена колба термоса, ощутимо влияет на теплосберегающие свойства: термос со стеклянной колбой сохраняет температуру лучше термоса с металлической колбой того же объёма.

2. Материал и способ изоляции колбы термоса от теплообмена с окружающей средой оказывают заметное влияние на сохранность тепла жидкости в термосе. В самодельных термосах пористые материалы лучше поддерживают температуру в колбе.

3. Из подручных средств можно собрать термос, устраивающий своими термодинамическими качествами по сохранению температуры содержащейся в нём жидкости. Наша гипотеза подтвердилась.

Заключение

Опираясь на навыки и знания, приобретённые при постановке данного эксперимента, мы можем дать следующие рекомендации для сборки термоса в полевых условиях:

• использовать в качестве изолирующих пористые материалы,

• в качестве колбы использовать емкости из стекла.

Полученный материал будет актуален в качестве дополнительного на уроках физики в 8-9 классах.

Для написания данной работы были использованы ресурсы Сети Интернет.

Приложение 1

t1, ° С

t2 ,° С

D t, ° С

1

98,6

90,3

8,3

2

98,6

86,6

12,0

3

98,6

69,6

29,0

4

98,6

88,5

10,1

1. Изменение температуры воды в термосах за 2,5 часа

Приложение 2

Q, кДж

P, Вт

1

34,7

3,9

2

50,2

5,6

3

121,2

13,5

4

42,2

4,7

2. Теплопотери термосов за 2,5 часа

Приложение 3

Q, кДж

P, Вт

1

377,4

41,9

2

361,9

40,2

3

290,9

32,3

4

369,8

41,1

3.Теплосбережение и мощность термосов

«Все необычное – в обычном! Секреты термоса»

17

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение –

Гимназия с. Чекмагуш муниципального района Чекмагушевский район

 

 

Тема исследовательской работы:

«Все необычное – в обычном! Секреты термоса»

 

Автор: ученица 3а класса Загидуллина Камила Гаязовна

Научный руководитель: Гареева Эльвира Риферовна,

учитель начальных классов

с. Чекмагуш

2017

Содержание

Введение………………………………………………………………………3

Глава I. Теоретическая часть.

1.1. Что такое термос?……………………………………………………………………..5

1.2. Принцип устройства термоса для сохранения тепла……4

1.3. История изобретения термоса……………………………..5

Глава II. Практическая часть.

2.1. Изготовление термоса в домашних условиях……………….…7

2.2. Результат исследования………………………………………….8

Заключение………………………………………………………………….10

Список использованной литературы………………………………………11

Приложения

Введение

Однажды мои родители принесли из магазина интересную «штуковину» – железную колбу с крышкой, внутри нее было стекло. На мой вопрос о том, что это, родители ответили: «Термос, завтра мы все идем в лес кататься на лыжах, он нам очень пригодится».

Вот это загадка, зачем нужна банка в лесу? Видимо они хотят, чтобы мы грызли лед из нее, вместо мороженого. Однако есть лед на морозе мне однозначно нельзя, ведь я могу заболеть. Мама варила на кухне компот. Я решила все-таки узнать у нее, зачем нам нужен замороженный компот. Мама посмеялась и сказала как-то загадочно: «Вот увидишь, компот будет теплый».

Утром мы отправились в лес. После нескольких веселых спусков, мама предложила отдохнуть. Мы открыли рюкзак, достали термос. Мама приготовила кружки, налила туда компот. Компот оказался теплым. Я решила, что это потому, что мы еще совсем недолго гуляем и он не успел замерзнуть.

Мы еще долго катались, играли в снежки, очень устали и перед возвращением домой, решили еще немного попить вкусного компота. Вы не поверите! Он так и остался теплым! Я не верила своим глазам и чувствам. Кто же в термосе «живёт» и греет компот? Из чего изготавливают термос?

Актуальность моей работы в том, что термос – удобный, полезный и необходимый предмет в каждой семье.

И я выдвинула гипотезу: можно ли изготовить термос самому в домашних условиях и что для этого нужно? На эти вопросы я решила ответить в ходе моего исследования.

Я поставила перед собой цель: изучить как устроен термос и изготовить его в домашних условиях.

Задачи:

1. Изучить историю создания термоса и принцип сохранения тепла в термосе.

2. Изготовить термос в домашних условиях.

3. Сделать замеры температуры воды в моем термосе и пронаблюдать за её изменениями.

Объект исследований: термос

Предмет исследования: физические свойства термоса

В ходе работы я использовала следующие методы:

— изучение литературы;

— поиск информации в Интернете;

— наблюдение за изменениями и измерение температуры в самодельном термосе.

Глава I

1. Что такое термос?

Как только я пришла домой, то стала листать свои энциклопедии. Ничего про термосы в них не написано. А про тепло вот что: «с точки зрения физики теплота — это форма энергии: энергия движущихся молекул». [Новая энциклопедия школьника, с. 170] Так вот кто там «живёт» — молекула!? Отлично, теперь нужно узнать, что такое молекула. Мама сказала, что молекула — это наименьшая частица вещества. Молекулы бегали внутри компота, и он оставался теплым. Но ведь в простой бутылке компот остынет и замерзает!? Так кто же в термосе «живёт» и греет молекулы?

Я включила компьютер и нашла в Википедии определение термину «термос». Те́рмос — вид бытовой теплоизоляционной посуды для продолжительного сохранения более высокой или низкой температуры продуктов питания, по сравнению с температурой окружающей среды. [http://ru.wikipedia.org/wiki/Термос]

Значит термос сохраняет температуру благодаря своему устройству? С этим вопросом я обратилась к папе.

1.2. Принцип устройства термоса для сохранения тепла

Папа объяснил мне, что никто и даже ничто в термосе не «живёт». Устройство термоса позволяет сохранять довольно долго температуру налитого в него компота. Это происходит благодаря двум вещам. Первое — это вакуумное (безвоздушное) пространство между железными колбами, и зеркальная капсула внутри термоса отражает тепло. И ещё то, что термос плотно закрывается пробкой.

Итак, он состоит из стеклянного сосуда 4 с двойными стенками. Внутренняя поверхность этих стенок покрыта блестящим металлическим слоем, а из пространства между стенками выкачан воздух. Чтобы защитить стеклянный корпус термоса от повреждений, его помещают в картонный или металлический футляр 3. сосуд закупоривают пробкой 2, а сверху футляра навинчивают колпачок 1.

Современный термос в разрезе

1. История изобретения термоса

Изобретение термоса связано с именами шотландского ученого XIX века Джеймса Дьюара и немецкого производителя Рейнгольд Бургера.

В 1892 году Джеймс Дьюар разработал изолирующую колбу, которая известна в науке под названием сосуд Дьюара. Конечно, колба была изобретена для хранения химикатов, но именно она стала моделью современного термоса. В 1903 году берлинский производитель стеклянных изделий Рейнгольд Бургер усовершенствовал сосуд Дьюара. В 1904 году впервые в хозяйственных целях была выпущена первая партия термосов. Устройство настолько было совершенно и просто в применении, что не изменилось практически и по сей день.

Приобретая статус изделия, широко пользующегося спросом, термос был использован во многих известных экспедициях, он стал неотъемлемой бортовой принадлежностью самолетов, его использовали в перелетах на воздушном шаре.

В наше время термос – доступный, удобный и полезный предмет. А можно ли изготовить термос в домашних условиях? Я решила ответить на этот вопрос.

Глава II. Практическая часть

2.1. Изготовление термоса в домашних условиях

Для изготовления термоса в домашних условиях я использовала подручные средства, которые есть в каждом доме. (Приложение 1)

Для изготовления термоса мне потребовалось:

Стеклянная бутылка емкость 0.5 л с винтовой крышкой. Если мы возьмем пластиковую бутылку, то наливать в неѐ горячую воду не получится. От горячей воды колба может деформироваться.

Пластиковая бутылка ѐмкостью 2 л

Теплоизоляционный материал – фольгоизолон, синтепон

Светоотражающий материал — фольга

Скотч, нитки

Ножницы, нож

Губка

Пластиковый стаканчик

Маркер

Ход работы (Приложение 2)

1) Стеклянную бутылку обмотала фольгоизолоном, чтобы блестящий слой был внутри. Обмотать надо тщательно не только стенки сосуда, но и его дно.

2) Разрезала пластиковую бутылку пополам. Эти детали будут нужны для изготовления корпуса термоса.

3) На дно пластиковой бутылки вставила пенопласт.

4) Следующий слой – обмотала синтепоном всю бутылку: стенки и дно стеклянной бутылки.

5) Обмотала синтепон нитками, чтобы он плотнее лежал на бутылке.

6) Потом обмотала бутылку фольгой, плотно прижимая её к стенкам самодельной колбы.

7) Обмотала колбу скотчем, чтобы все слои хорошо держались на бутылке.

8) Вставила получившее изделие в нижнюю часть пластиковой бутылки.

9) Обмотала половинки пластиковой бутылки скотчем, чтобы надежно их соединить между собой.

10) Чтобы уменьшить теплоотдачу через крышку бутылки, её надо тоже утеплить. Для этого отрезала у верхней части пластиковой бутылки винтовую часть горлышка. Это следует сделать очень точно, чтобы горлышко стеклянной бутылки свободно проходило в это отверстие. Взяла кусок поролона и сделала в нѐм круглое углубление, которое по диаметру чуть меньше крышки бутылки. Потом этот подготовленный кусок поролона вставила в пластиковый стаканчик. Для этого срезала у пластикового стаканчика верхнюю часть. Дно стаканчика по высоте должно быть таким же, какова и высота поролонового кусочка. Положила отрезанную нижнюю часть стаканчика на подготовленный кусок поролона, где располагается крышка, и обвела его по окружности. Вырезала эту часть из куска поролона и вставила в нижнюю часть стаканчика. Получилась утепленная крышка для бутылки.

Мой термос готов.

2.2. Результат исследования

Для проведения испытания моего термоса использовала горячую воду. Залила воду в термос. Предварительно измерила еѐ температуру. Все данные о температуре воды я занесла в таблицу (Приложение 3). Испытания термоса проходили в течение шести часов. Каждый час я замеряла температуру воды. Термос во время испытания находился в комнате на столе при комнатной температуре +21 (Приложение 4)

Через шесть часов вода не приобрела значение комнатной температуры, а оставалась всѐ ещѐ тѐплой. Эти данные позволяют сделать вывод о том, что такую модель термоса можно изготовить в домашних условиях и использовать для хранения горячих жидкостей. Таким термосом можно воспользоваться на даче, при прогулках, во время пикника, в нем можно заваривать чай, делать травяной отвар. Главную функцию – хранение тепла этот термос выполнил. Его достоинством можно считать сравнительно небольшой вес. Колба, выполненная из стекла, может разбиться, но теплоизоляционные материалы увеличивают еѐ прочность. Они позволяют смягчить резкие удары, которые возможны при падении такого термоса.

Конечно, самодельный термос уступает по своим свойствам заводскому, но всё-таки на небольшой промежуток времени (1-2 часа) на него можно рассчитывать. Считаю, что моё исследование имеет практическое значение и может пригодиться учащимся начальной школы в вопросах быта.

Я немного подумала, и у меня появился новый вопрос. Если термос удерживает тепло за счет медленного теплообмена, то сможет ли он сохранить холод?

У нас в морозильнике были замороженные ягоды. Я положила их в свой термос и плотно закрыла крышку. Через два часа оказалось, что ягоды не растаяли. (Приложение 5)

Значит, термос можно использовать летом в походах для прохладной воды. А еще я узнала, что в термосе можно заваривать шиповник, делать лекарственные чаи и даже кашу настаивать. Спасибо тем, то её придумал! После моих исследований родители решили подарить мне на день рождения термос, чему я буду очень рада!

Заключение

В ходе своей работы я узнала историю появления термоса, я выяснила устройство этого изделия, поняла суть протекающих в нем физических явлений. Это позволило мне сконструировать свою модель термоса. Изготовление термоса в домашних условиях реально и выполнимо. Это позволит сохранить моей семье денежные средства. Не секрет, что заводские модели термосов стоят недешево.

Моя работа помогла пополнить мне свой багаж знаний, позволила расширить кругозор.

Я думаю, что много других предметов, которыми люди пользуются давно, но совсем не подозревают о том, какие секреты могут скрывать эти устройства внутри себя. А это значит, что мои исследования будут продолжаться.

Список литературы

1. Ергомышева – Алексеева М.Н. Физика — юным. — М., «Просвещение», 1969. – 184с.

2. Н. Никоновой — Сто тысяч Как? И Почему? ООО «Издательство АСТ» 2002г.

3. Новая энциклопедия школьника, с. 170

4. http:// ru.wikipedia

5. http://nezna.li

6. www.edu.yar.ru

7. www.izobreteno.ru

8. www.termostorg.ru

Приложения

Приложение 1

Начало работы

Конечная цель

Приложение 2

Ход моей работы

Шаг 1

Шаг 2

Шаг 3

Шаг 4,5

Шаг 6

Шаг 7

Шаг 8

Шаг 9

Шаг 10

Мой термос готов!

Приложение 3

Время	Температурные значения воды		Величина изменения температуры воды
Начало испытания + 84
Через час	+ 75		На 9 ниже
Через час	+ 66		На 9 ниже
Через час	+ 58		На 8 ниже
Через час	+ 51		На 7 ниже
Через час	+ 43		На 8 ниже
Через час	+ 36		На 7 ниже

Приложение 4

Начальная температура в термосе +84°C, время измерения -в 17 ч.

Температура воды +75°C Температура воды +66°C

Время измерения – в 18 ч. Время измерения – в 19 ч.

Температура воды +58°C Температура воды +51°C

Время измерения –в 20 ч. Время измерения –в 21 ч.

Температура воды +43°C Температура воды +36°C

Время измерения – в 22 ч. Время измерения – в 23 ч.

Приложение 5

Замороженные ягоды не растаяли

В ЧЕМ СЕКРЕТ ТЕРМОСА

В ЧЕМ СЕКРЕТ ТЕРМОСА

Перелыгина В.А. 1Скорницкая Ю.С. 1

---

1

Водопьянова Е.И. 1Шамраева С.Н. 1

---

1

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

 Оглавление.

Страницы

I. Введение. 3

II. Основная часть. 4-11

1. Введение понятий теплопроводность, конвекция, излучение 4-5

2. Экспериментальная часть. 6-11

3. Изготовление самодельного термоса 11

III. Заключение. 12

IV. Литература. 13

Введение

По выходным мы с родителями любим ходить в лес и всегда берем с собой термос с горячим чаем.

Но однажды я нечаянно уронила термос. Так как другого термоса не было, то мы все равно решили взять его с собой. В лесу мы заметили, что чай остыл, хотя раньше он долгое время оставался теплым. Нам стало интересно, что же случилось? Так появилась исследовательская работа на тему «В чем секрет термоса».

Цель работы: исследовать, почему в термосе температура долго не изменяется.

Задачи работы: 1. Изучить литературу, в которой описываются способы

передачи тепла.

2. Изучить литературу, в которой описывается

устройство и применения термоса.

3. Исследовать, от чего зависит способность термоса

сохранять температуру.

4. Изготовить самостоятельно термос.

Теоретическая часть

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

1. Теплопроводность. Это способ передачи тепла (энергии) от более нагретых участков тела к менее нагретым участкам, или от более горячих тел к менее нагретым при непосредственном соприкосновении. Теплопроводность у разных веществ различна. Хорошие проводники тепла – металлы, хуже проводят тепло жидкости. Очень плохо проводят тепло воздух, пластмасса, дерево, поролон, пенопласт, строительная пена и т.д. Объясняется это тем, что теплопроводность – это перенос энергии, который происходит при взаимодействии молекул. В металлах расстояние между молекулами значительно меньше размеров самих молекул, в жидкостях примерно равно размеру молекул, а воздух плохо проводит тепло, т.к. промежутки между молекулами значительно больше размеров самих молекул. Доска проводит тепло лучше, чем опилки, полученные при распиловке этой же доски, т.к. между опилками находится воздух, который плохо проводит тепло.

2. Конвекция. Это способ передачи тепла (энергии) струями жидкости или газа. От горячей батареи нагревается воздух около нее, он становится легче и поднимается наверх, а холодный воздух опускается вниз. Следующая партия воздуха нагревается и поднимается вверх, а более холодный воздух опускается вниз. Так постепенно происходит передача тепла от батареи ко всему воздуху в комнате. Если чайник с водой поставить на плиту, то внизу вода нагреется, станет легче и теплая вода поднимется наверх, а холодная вода опуститься вниз, т.к. она более тяжелая. Для того чтобы в жидкостях и газах происходила конвекция, необходимо их нагревать снизу, а охлаждать сверху.

3. Излучение. Это способ передачи тепла (энергии) в виде невидимых лучей. Все тела, нагретые до любой температуры, излучают невидимые лучи, передающие тепло. Чем выше температура тела, тем больше излучается энергии. Излучение может осуществляться даже в полном вакууме. Светлые блестящие поверхности отражают тепло, а темные поверхности поглощают энергию. Поэтому летом все носят, светлую одежду, а зимой – одежду темных тонов.

Чтобы помешать телу охладиться или нагреться, нужно уменьшить теплопередачу. При этом стремятся сделать так, чтобы энергия не передавалась ни одним видом теплопередачи: теплопроводностью, конвекцией, излучением. В этих целях используют термос.

В 1892 году Джеймс Дьюар разработал изолирующую колбу, которая известна в науке под названием сосуд Дьюара. В 1903 году берлинский производитель стеклянных изделий Рейнгольд Бургер усовершенствовал сосуд Дьюара. В 1904 году впервые в хозяйственных целях была выпущена первая партия термосов. Устройство настолько было совершенно и просто в применении, что не изменилось практически и по сей день.

Джеймс Дьюар 1 – крышка термоса

2 – пробка

3 – корпус термоса

4 – зеркальная колба

Основной элемент термоса – колба, сделанная из стекла или нержавеющей стали. Зеркальная поверхность отражая, препятствует передаче энергии излучением. Между стенками колбы – вакуум, теплопроводность которого практически равна нулю. Сосуд закупоривается пробкой, которая препятствует передаче тепла от жидкости в воздух, следовательно, невозможна конвекция. Поэтому в термосе холодное остается холодным, а горячее горячим.

Экспериментальная часть

Папа нам объяснил, что термос может сохранять не только тепло, но и холод, поэтому в своих опытах для наглядности я брала мороженное, т.к. снега на улице еще не было…

Исследование №1Изучение теплоизоляционных свойств воздуха.

Цель исследования: Доказать, что воздух плохой проводник тепла

Оборудование: — пластиковый контейнер

— два пластиковых контейнера меньшего размера

— мороженое.

Ход исследования

1. Мы положили в маленькие контейнеры по одинаковому количеству мороженого и закрыли их крышкой.

Один из контейнеров мы поставили в большой контейнер, который тоже закрыли.

И наблюдали, в каком контейнере мороженое растает быстрее. Мороженое быстрее растаяло в одиночном контейнере, а в двойном контейнере — медленнее, так как тепло из комнаты к мороженому передается хуже.

Вывод 1: Воздух плохо проводит тепло, поэтому между корпусом термоса и колбой находится разреженный воздух.

Исследование № 2.Сравнение поглощательной способности темных и

зеркальных поверхностей.

Цель исследования: исследовать, какие тела лучше поглощают энергию:

темные или зеркальные.

Оборудование: — 2 стакана

— мороженое

— настольная лампа (источник тепла).

Ход исследования

Один стакан мы наполовину зачернили, а другой – обклеили фольгой наполовину и положили в них одинаковое количество куска мороженого.

Включили настольную лампу и поставили оба стакана прозрачной стороной к себе. И наблюдали за таянием мороженого в стаканах.

Мороженое раньше растаяло в зачерненном стакане, так как он быстрее нагрелся, а стакан, обклеенный фольгой почти не нагрелся, потому что зеркальные поверхности отражают энергию.

Вывод 2: черные поверхности поглощают энергии больше, а зеркальные

поверхности – значительно меньше.

Исследование № 3.Сравнение отражательной способности зеркальных

и прозрачных поверхностей.

Цель исследования: исследовать, какие тела больше отражают: зеркальные

или прозрачные.

Оборудование: — 2 одинаковых стакана, один из которых обклеен фольгой

— 2 резиновые перчатки

— настольная лампа (источник тепла).

Ход исследования

Мы взяли два одинаковых стакана, один из них обклеили фольгой и натянули на них по резиновой перчатке.

Включили настольную лампу и поднесли к ней стаканы, наблюдая за деформацией.

Перчатка, натянутая на прозрачный стакан растянулась больше, так как воздух в этом стакане нагрелся сильнее и давление воздуха увеличилось на большую величину.

Вывод 3: зеркальные поверхности отражают энергию больше.

Эти два опыта объясняют, почему внутренняя поверхность колбы блестящая.

Исследование № 4. Сравнение теплоизоляционных способностей

воздуха, ваты, бумаги, пенопласта.

Цель: Исследовать теплоизоляционные свойства ваты, бумаги, пенопласта и

воздуха для самостоятельного создания термоса.

Оборудование: — четыре больших пластиковых контейнера

— четыре маленьких пластиковых контейнера

— мороженое

— вата

— бумага

— пенопласт

— часы

Ход исследования

Мы взяли четыре больших контейнера и вставили в них маленькие. Промежутки в трех контейнерах мы заполнили: № 1-бумагой; № 2- ватой, № 3 – воздухом, № 4 — пенопластом, оставив небольшой зазор.

В маленькие контейнеры положили одинаковое количество мороженого и наблюдали за его таянием. Результаты наблюдений мы занесли в таблицу

НАПОЛНИТЕЛЬ	ВОЗДУХ	БУМАГА	ВАТА	ПЕНОПЛАСТ
ВРЕМЯ ТАЯНИЯ МОРОЖЕНОГО	3ч	3ч 25 минут	3ч 40 минут	4 ч

Вывод 4: Лучшим теплоизолятором в домашних условиях является

пенопласт.

Из исследования № 4 мы выяснили, что при изготовлении термоса лучше использовать пенопласт. В таком термосе вода долго не нагреется. Теперь летом в жару, работая на огороде или отдыхая на пляже, мы буду брать самодельный термос, чтобы сохранить прохладную воду.

Теплоизоляционные свойства пенопласта широко используются в быту.

Изучив основные секреты термоса, мы принялись за изготовление своего. Для этого мы взяли две пластиковых бутылки. У большой мы отрезали дно и горлышко, а маленькую обклеили фольгой. Вставили маленькую бутылку в большую, закрыв горлышко крышкой. Но у нас возник вопрос, а чем же лучше заполнить промежутки между бутылками. Мы предположили, что в качестве теплоизолятора можно использовать вату, опилки, поролон или пенопласт.

Заключение.

Проведя наши исследования, мы смогли объяснить, почему горячая вода в термосе долго не охлаждается:

1. Между стенками колбы находится неподвижный разреженный воздух, который плохо проводит тепло.

2. Колба зеркальная, поэтому она хорошо отражает и плохо поглощает тепловую энергию.

3. В разбитой колбе между стенками находится не разреженный, а атмосферный воздух, а он проводит тепло лучше, поэтому вода в термосе охлаждается быстрее.

Литература.

1. «Большая книга вопросов и ответов»/Пер. с итальянского О.А.Литвиновой,

Е.В. Широниной. М.: ЗАО «РОСМЕН-ПРЕСС», 2007. – 232с.

2. «Занимательные опыты и эксперименты /[Ф. Ола и др.]. – М.: Айрис-

пресс, 2006. – 128с.

3. «Физика — юным». Сост. М.Н. Ергомышева – Алексеева. М.,

«Просвещение», 1969. – 184с.

4. «Я познаю мир»: Дет. энциклопедия: Физика/Сост. Художник А.А.

Леонович; Под общ. ред. О.Г. Хинн – М: ТКО «АСТ»,1995. – 480с.

5. www.delaysam.ru

6. images.yandex.ru

Просмотров работы: 2526