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
Виды термоса
Недостатки термоса
Видео о том, как делают термос
Видео о том, как устроен термос простыми словами
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.
«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:
Такая простая и привычная для современного человека вещь как термос произошла от специальной химической посуды, при помощи которой ее изобретатель хранил жидкий водород. Как это обычно и бывает, одни люди совершают научные открытия и совсем другие получают выгоду от их коммерческого использования. Термос – показательный пример того, как из околонаучных кругов вышла компания, название которой стало именем нарицательным целого класса предметов повседневного пользования. Содержание
Сосуд Дьюара
Рейнольд Бергер
Распространение изобретения
Сосуд Дьюара
В 1842 году в Шотландии родился Джеймс Дьюар. Любознательность и способность к научной деятельности помогли ему быстро войти в число известных лондонских ученых. Дьюар изобрел кордит – порох, сгорающий без дыма, он занимался электрофотометрией и органической химией. Однако наибольшую известность Джеймс получил за счет сжижения постоянных газов и температурных экспериментов.
Главным изобретением ученого стал сосуд Дьюара, который предназначен для хранения веществ при пониженной или повышенной температуре. Первым контейнер с подобной конструкцией создал немецкий физик Вейнхольд в 1881 году – это был ящик из стекла с двойными стенками, воздух между которыми для сведения теплообмена к минимуму откачивался. Ученые уже решили задачу сжижения отдельных газов, но сохранить их из-за быстрого испарения не могли. Для этого и потребовались сосуды, максимально защищенные от теплового взаимодействия с окружающей средой.
Джеймс Дьюар
Дьюар в 1892 году разработал усовершенствованную конструкцию в виде двустенной колбы с узким горлом, что замедляло испарение жидкости. Из межстеночного пространства также откачивался воздух, но дополнительно к этому на обе внутренние поверхности колбы наносился тонкий отражающий слой серебра, уменьшавший потери на излучение.
Свое изобретение Дьюар впервые продемонстрировал в 1893 году, через несколько лет он смог получить и сохранить с его помощью жидкий водород (1898), а также попытался получить твердую форму (1899) этого газа.
Рейнольд Бергер
Джеймс Дьюар посвятил себя исключительно решению научных задач и не задумывался о возможной бытовой и финансовой выгоде от применения изобретения. Зато об этом подумал его ученик Рейнольд Бергер, который сообразил, как сосуд Дьюара можно использовать в быту.
В 1904 году Бергер патентует принцип вакуумной колбы и получает все права на применение данного изобретения при изготовлении промышленных товаров. Рейнольд запустил конкурс на лучшее название бытового прибора, позволяющего сохранять температуру хранящейся жидкости. В результате на потребительском рынке появилась компания Thermos GmbH (от греческого «therme» — «горячий»).
Для удобства использования в быту Бергер доработал конструкцию сосуда Дьюара, в результате чего у него появился металлический корпус, пробка и крышка-стаканчик. У Дьюара внутренняя стенка колбы держалась только в одном месте у горлышка сосуда, из-за чего подходила лишь для стационарного использования. При попытке носить такую емкость с собой она легко ломалась. Бергер дополнительно разработал систему поддержки внутренней колбы, чтобы сосуд можно было активно эксплуатировать.
Дьюар свои сосуды патентовать не стал, так как не видел перспектив их коммерческого использования. Когда он понял, что ученик, начавший продавать «вакуумные фляжки», зарабатывает на его изобретении, последовал судебный иск о возмещении ущерба. Однако он остался без удовлетворения. На сегодня срок патента истек, поэтому термосы могут делать все желающие без отчисления средств правопреемнику.
Торговая марка Thermos продолжает существовать, она принадлежит компании Thermos L.L.C. из Китая. Владелец бренда выпускает под ним, как нетрудно догадаться, все те же термосы.
Распространение изобретения
В числе первых, кто оценил пользу от выпущенного Бергером на рынок термоса, оказались летчики. В начале прошлого века они летали на самолетах, которые из-за конструкции крыльев назывались этажерками. У них было по две, а иногда и по три несущих поверхности (соответственно, бипланы и трипланы).
Закрытой кабины у таких летательных аппаратов не имелось, поэтому летчикам приходилось испытывать на себе всю силу ветра и холод, характерный для большой высоты. В таких условиях горячий напиток зачастую был жизненно необходим.
На примере летчиков обычные люди увидели, что термосы действительно отлично справляются со своей задачей, причем в крайне непростых условиях. Вскоре эта практичная и функциональная посуда стала популярным предметом обихода, каковым она и остается до сих пор.
«Официально» свой 100-летний юбилей термос отмечал в 2004 году. Наследница компании Thermos GmbH использует сегодня в качестве девиза фразу:
«Храним тепло. С 1904 года».
ВВЕДЕНИЕ
Этим летом мы ходили в лес на пикник. В лесу было очень весело: мы играли в мяч, в бадминтон, стреляли из лука по мишеням. Было очень жарко. Мы подумали, что не -плохо было бы съесть мороженное. Но вот проблема: как сохранить мороженное в жару, чтобы оно не растаяло. Дома я часто вижу, что папа берёт с собой на работу термос с горячим супом и чай. Я подумала, а может быть в термосе можно сохранить какое-то время и охлаждённые продукты. Гипотеза нашего исследования – в термосе можно сохранить температуру не только горячих продуктов, но и холодных. Цель работы – определение влияния устройства термоса на сохранение исходной температуры продукта. Задачи работы можно сформулировать следующим образом: изучить историю изобретения термоса; исследовать, какой термос лучше сохраняет температуру исходного продукта: со стеклянной колбой или металлический; выяснить, влияет ли объём термоса на сохранение в нём исходной температуры; изготовить термос в домашних условиях с разными изоляторами между стенками; выяснить, какой из материалов (газета, фольга, синтепон) является лучшим изолятором. Новизна нашего исследования – показать, что простые и обыденные на первый взгляд предметы имеют интересную историю изобретения. Более того, мы иногда даже не задумываемся обо всех возможностях данного предмета. Предмет настоящей работы – термос. Объект – свойства термоса. Практическая значимость наших исследований заключается в том, что предложенные рекомендации по выбору более качественного термоса будут полезны в повседневной жизни.
Всё это объясняет структуру работы. Глава I «Вакуумная фляга»: содержит данные из истории изобретения термоса и о его устройстве. Глава II «Удивительное рядом» посвящена анализу проведённых опытов, доказывающих, что термос может «удерживать» не только тепло, но и холод. Глава III «Умелые руки» включает в себя описание изготовления термоса из бросового материала.
В ходе работы мы использовали следующие методы: изучение научно – популярной литературы по теме исследования; наблюдение; сравнение результатов, социальный опрос, составление аналитических диаграмм, эксперимент, просмотр телепередачи «Контрольная закупка». I «Вакуумная фляга»
Изучив научно – популярную литературу, мы узнали следующие сведения о термосе.
ТЕРМОС [от греч. thermos – тёплый, горячий] Сосуд особого устройства, в котором используются свойства вакуума для предохранения содержимого от остывания или нагревания. [словарь]
Термос можно отнести к величайшим изобретениям человечества, таким как колесо, телефон, автомобиль. Для нас термос хороший помощник в быту: он всегда готов помочь сохранить горячий обед. Сторонники здорового питания считают незаменимой эту полезную мелочь. Термос стал изделием, широко используемым людьми. Он был использован в экспедициях на Южный Полюс, на Северный Полярный круг. Термос стал неотъемлемой бортовой принадлежностью самолётов, пригодился в перелетах на воздушном шаре. Мы часто берём его в лес, на рыбалку, в поездки. Кому же мы обязаны этим удивительным изобретением?
Учёный Оксфордского университета сэр Джеймс Дьюар в 1892 году изобрёл необычную «вакуумную флягу». Это была вроде бы обычная ёмкость, но с двойными стенками. Пространство между ними было откачано до высокого вакуума. Благодаря этому уменьшился теплообмен вещества, находящегося в сосуде, с окружающей средой. Говоря проще, это был термос. Джеймс Дьюар продолжал проводить эксперименты. Наконец. эта любопытная идея заинтересовала некоторых практиков. [1] Берлинский стеклодув Рейнольд Бергер со своим напарником почувствовали коммерческую выгоду и организовали свою компанию под названием «Thermos GmbH» и выпустили на потребительский рынок первые термосы. [2] Именно они назвали эти сосуды термосами- от греческого «terme» – «горячий». В массовое производство термосы попали уже в 1904 году. И с тех пор технология изготовления термосов не претерпела почти никаких изменений.
Чтобы понять лучше, в чём секрет термоса, надо рассмотреть его устройство. Основной элемент термоса — колба (сосуд Дьюара) из стекла или нержавеющей стали с двойными стенками, между которыми выкачан воздух (создан вакуум), т.к. лучший тепловой изолятор – это пустота. [3] Вещества, которые плохо проводят тепловую энергию, называют изоляторами. [5] Лишённое воздуха пространство между стенками почти не проводит тепло. Внутренние поверхности стеклянной колбы покрывают слоем из отражающего, зеркального материала. Это препятствует передаче энергии излучением. Излучение – это вид теплопередачи, который может осуществляться даже в полном вакууме. [5] Чтобы защитить стекло от повреждений колбу помещают в специальный металлический или пластмассовый футляр. Сосуд закупоривается пробкой, а сверху футляра навинчивается колпачок. [4]
Термос устроен таким образом, что теплообмен его содержимого с окружающей средой сведен до минимума. II Удивительное рядом
Перед началом проведения исследования мы составили опросник для учеников третьих и четвёртых классов. Для рассмотрения им были предложены следующие вопросы:
1)Какие виды термосов вы знаете?
2)Для хранения каких продуктов нужен термос?
3)Какой термос дольше сохраняет исходную температуру продуктов? Результаты опроса:
Какие виды термосов вы знаете?
Для хранения каких продуктов
используют термос?
Какой термос лучше? Вывод: 50% детей считают, что термосы бывают двух видов: для супа и чая Вывод: 90% детей считают, что термос – это сосуд для хранения горячих продуктов Вывод: 64% опрошенных детей делают выбор в пользу металлического
Из литературы и информационных источников мы узнали, что существуют различные виды термосов: Термосы для напитков — имеют узкую горловину диаметром 25—55 мм. Пищевые термосы — имеют широкую горловину и предназначены для хранения первых и вторых блюд. Универсальные термосы — отличаются от пищевых термосов только конструкцией пробки, которая имеет дополнительное, более узкое, отверстие для наливания напитков. Пищевые термосы с судками — термосы, в которые стопкой, друг на друга, вкладывается 2—3 пластиковые или металлические ёмкости (контейнеры), позволяющие одновременно раздельно хранить различные виды блюд — например для обеда: холодную закуску с первым и вторым блюдом.
Экспериментальным путём мы решили опровергнуть мнение большинства из опрошенных детей о том, что термос – ёмкость для хранения только горячих продуктов. Эксперимент №1 «Мороженое в вакууме». Цель исследования: Мы решили проверить: 1) сохранит ли термос температуру холодного продукта; 2) в каком термосе: в металлическом или в пластмассовом со стеклянной колбой мороженое дольше не растает. Предмет исследования: термос. Оборудование: металлический термос объёмом 1 литр, термос со стеклянной колбой объёмом 1 литр, мороженое в брикете массой 500 граммов, часы, таблица сравнения результатов. Условия: мы взяли брикет мороженого, разделили его на две равные части. Одну часть поместили в металлический термос, а другую – в термос со стеклянной колбой. Закрыли термосы и стали наблюдать, что будет происходить с мороженым, помещённым в «вакуум». Результаты наблюдения за таянием мороженного в термосах
мороженное
1 час
2 часа
3 часа
4 часа
10 часов
Металлический термос объёмом 1 литр
+
+ –
–
– –
– –
термос со стеклянной колбой объёмом 1 литр
+
+
+
+ –
– + осталось без изменений; + – изменило структуру (стало мягким);- начало таять; — растаяло. Вывод: через два часа мороженое в металлическом термосе изменило структуру. Через 4 часа мороженое в металлическом термосе совсем растаяло, а в термосе со стеклянной колбой оно лишь изменило структуру. Эксперимент №2 «Влияние объёма термоса на время сохранения температуры» Цель исследования: определить влияние объёма термоса на сохранение в нём исходной температуры продукта. Предмет исследования: термосы с разным объёмом. Оборудование: три термоса объёмом 0,5; 1; 1,5 литров; снег; часы. Влияние объёма термоса на сохранение исходной температуры продукта
Объём, литр
1 час
8 часов
18 часов
0,5
+
+ –
–
1
+
+
+ –
1,5
+
+
+ + остался без изменений; + – изменил структуру;- растаял. Вывод: чем больше объём термоса, тем дольше сохраняется в нём исходная температура. Эксперимент №3 «Хрупкость или прочность» Цель исследования: выяснить, какой из предложенных термосов более прочный. Предмет исследования: термос со стеклянной колбой и металлический. Оборудование: два термоса с разными колбами.
Проводя эксперимент о влиянии объёма термоса на время сохранения исходной температуры, мы нечаянно уронили самый большой термос со стеклянной колбой. В результате колба в нём разбилась. Этот незапланированный случай подвёл нас к выводу о хрупкости и непрактичности стеклянных колб. Металл является более прочным и долговечным материалом. Вывод: в ходе проведённых экспериментов мы выяснили:
1) мороженое, а значит и другие холодные продукты можно хранить в термосе.
2) термос со стеклянной колбой лучше сохраняет температуру исходного продукта.
3) объём термоса влияет на время сохранения температуры продукта (чем больше объём, тем дольше в нём сохраняется исходная температура).
4) металлический термос более прочный, чем термос со стеклянной колбой.
Проанализировав итоги экспериментов, мы отметили плюсы и минусы термосов с разными колбами. Пластмассовый термос со стеклянной колбой плюсы минусы
длительное время сохраняет температуру продукта
хрупкость
низкая стоимость
пластик впитывает неприятные запахи Вывод: стеклянная колбапрекрасно сохраняет температуру жидкости, однако отличается высокой хрупкостью. Вот почему в большинстве случаев такие изделия используются дома для заваривания различных чаёв. Металлический термос плюсы минусы
прочность
недолгое время сохраняет температуру продукта
металл не впитывает запахи
высокая стоимость Вывод: металлическая колба теряет тепло немного быстрее. В то же время ее основным достоинством считается прочность. Если вы часто ездите в путешествия или отправляетесь в походы, лучшим для вас решением является термос на основе металлической колбы. III «Умелые руки»
Занимаясь изучением термоса и его свойств, нам стало интересно, можно ли термос заменить другим предметом со сходным устройством. Ведь не всегда термос может оказаться под рукой. Эксперимент № 4 «Самодельный термос». Цель исследования: Выяснить, какой материал (газета, фольга, синтепон) может служить хорошим изолятором. Предмет исследования: самодельныйтермос. Место наблюдения: жилая комната. Участники исследования: 1 человек. Оборудование: шесть металлических банок с крышками, синтепон, газета, фольга, водный термометр, часы, таблица сравнения результатов.
Из учебника по физике 8 класса и из другой литературы мы узнали, что главными в термосе являются 2 показателя: вакуум между стенками колбы и внутренний слой из отражающего материала. Проблема состоит в том, что в домашних условиях вакуум создать невозможно, но можно между стенками колбы поместить материал, который плохо проводит тепло. Мы решили попробовать в качестве такого материала использовать 1) синтепон, 2) скомканную газету, 3) фольгу. Вместо футляра и колбы мы взяли две металлические баночки из-под кофе и чая разного размера, так чтобы одна банка вставлялась в другую.
После изготовления самодельного термоса, мы залили в него воду, температура которой была 40 градусов, и стали измерять температурные показания через определённое время. Таким образом, мы поработали с тремя вариантами «термосов». Таблица сравнения изоляционных материалов для самодельного термоса
Время , мин.
Термос с синтепоном, температура воды в градусах
Термос с газетой, температура воды в градусах
Термос с фольгой, температура воды в градусах
10
40
40
37
30
37
37
34
60
35
35
30
120
30
30
28 Вывод: 1. Чтобы сделать хороший термос, нужно как можно сильнее уменьшить передачу тепла.
2. Самодельные термосы, в которых использовались синтепон и газета, оказались самыми надёжными для сохранения тепла. Вата и бумага хорошие изоляторы, так как относятся к пористым веществам и не дают воде быстро остывать. Заключение
В результате проделанных экспериментов мы доказали, что в термосе можно сохранить температуру не только горячих продуктов, но и холодных. В ходе работы мы решили поставленные задачи, а именно: изучили историю изобретения термоса; исследовали, какой термос лучше сохраняет температуру исходного продукта: со стеклянной колбой или металлический; выяснили, что объём термоса влияет на сохранение в нём исходной температуры; изготовили термос в домашних условиях с разными изоляторами между стенками; выяснили, что синтепон и бумага являются хорошими изоляторами.
Любой из нас может сказать, что ему приходилось оказываться в ситуации, когда на выручку приходил термос. В первую очередь качественный термос позволяет сохранить немало места в рюкзаке. Более того, он согреет зимой и утолит жажду прохладной жидкостью среди лета.
На классном часе мы представили результаты нашей работы и получили положительные отзывы от ребят. Также мы составили свои рекомендации по выбору качественного термоса и распространили их среди учеников школы. Список использованной литературы:
Буянова Н.Я. « Я познаю мир»: Детская энциклопедия. Медицина; «Изд-во АСТ»,1998г., с.223-225.
Рылёв И.Ю. «ХХ век: энциклопедия изобретений» 5000 событий мирового технического прогресса. Издательский дом «Звонница-МГ», 2007г.,с 20.
«Удивительные вещи»: 100 вопросов и ответов. Москва «РОСМЭН»,2005 г., с. 28.
Леонович А. « Я познаю мир»: Детская энциклопедия изобретений.- М.: ООО «Фирма «Изд-во АСТ»; 1999г., с 433-434.
Энциклопедия «Где, Что и Когда?», с.228.
Пёрышкин А. В. «Физика 8 класс». Издательство «Дрофа».
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. http://xvastunishka.mirtesen.ru/blog/43432563117/Istoriya-izobreteniya.-Termos http://www.izobreteno.ru/10.php
0
Четвертый районный конкурс творческих исследовательских работ учащихся
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА «ТЕРМОСЫ»
Выполнил:
Орда Владимир Витальевич
ученик 9 класса
МОУ Новочановской СОШ
Научный руководитель:
Котляров Владимир Александрович
учитель физики
МОУ Новочановской СОШ,
кандидат педагогических наук
Барабинск 2008 ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………….3
ОПИСАНИЕ РАБОТЫ……………………………………………………………..4
1. История рождения термоса………………………………………………………4
2. Теоретическая часть………………………………………………………………5
3.Экспериментальная часть………………………………………………………..6
4. Анализ результатов эксперимента………………………………………………8
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………10
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………..……………….11 ВВЕДЕНИЕ
Каждый современный человек хоть раз в жизни пользовался термосом, отметившим в 2004 году свое столетие. Это слово давно стало нарицательным и вошло во все словари. Современный термос, претерпевший массу изменений и усовершенствований в течение прошедшего времени не потерял своего значения (5). На сегодняшний день существует масса фирм производителей термосов и в продаже можно найти целый ряд изделий, различающихся по способности сохранять тепло, емкости, дизайну, цене. Это и определило проблему нашего исследования. Какой термос стоит покупать? Как не ошибиться в выборе? На что стоит обращать внимание при покупке?
Таким образом, цель нашей работы: исследовать имеющиеся термосы на способность сохранять тепло и их свойства, обеспечивающие удобство и практичность для использования в повседневной жизни.
Исходя из цели исследования, были поставлены следующие задачи:
· из имеющихся термосов выбрать тот, который лучше других сохраняет тепло;
· выяснить зависит ли скорость остывания жидкости от объема термоса;
· выяснить какая колба лучше сохраняет тепло – стеклянная или металлическая;
· представить рекомендации для покупателей термосов.
Для нашего исследования мы подобрали 3 модели термосов с металлической колбой и корпусом емкостью 1, 2 и 3 литра Ашинского металлургического завода («Амет») и три термоса Пекинской компании «Олень» – со стеклянной колбой и металлическим корпусом, аналогичных емкостей.
Термосы заливались крутым кипятком (≈100°С) и выдерживались при комнатной температуре воздуха в течение 6 часов, после чего проводилось измерение температуры воды. Перед началом очередного эксперимента все термосы выдерживались с открытой крышкой в помещении не менее часа. Далее остывшие термосы вновь заливались кипятком и выдерживались уже 12 часов, затем 18 и 24 часа, после чего снова проводились измерения температуры воды. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ 1. История рождения термоса.
В конце XIX века физики заинтересовались исследованиями низких температур, в частности сжижением газов – кислорода, азота, водорода. Одной из самых больших проблем оказалось не получение сжиженных газов, а их долговременное хранение. В экспериментах с жидким кислородом польский физик Кароль Ольшевский использовал стеклянный ящик с двойными стенками, с откачанным из межстеночного пространства воздухом (немецкий физик Адольф Фердинанд Вейнхольд (1841-1917) разработал этот контейнер в 1881 году). Другой известный ученый из Оксфордского Университета, Джеймс Дьюар (1842-1923), смог в 1892 году усовершенствовать контейнер Вейнхольда. Он изготовил его в виде колбы с узким горлом (такая форма позволяла уменьшить испарение сжиженных газов), а внутреннюю часть колбы покрыл тонким слоем серебра – зеркальная поверхность отражала тепловое излучение и улучшала теплоизоляцию. Всю эту хрупкую конструкцию Дьюар подвесил на пружинах в металлическом кожухе. Это и был “сосуд Дьюара”, и по сей день, используемый в научных лабораториях всего мира. Благодаря своей разработке Дьюар первым смог получить и сохранить жидкий (1898) и даже твердый (1899) водород. Ни Вейнхольд, ни Дьюар не собирались ставить свои разработки на коммерческую основу (3). А вот берлинский производитель стеклянных инструментов Рейнольд Бергер увидел в конструкции Дьюара значительный коммерческий потенциал. В 1903 году он дополнил сосуд компактным металлическим кожухом, герметичной пробкой и крышкой-стаканчиком, а в 1904-м основал компанию «Thermos» (от греческого слова “Therme”, что в переводе означает “горячий”). Компания «Thermos» существует и сегодня. Она по-прежнему выпускает одни из лучших в мире термосов (4). Девиз компании гласит: “Храним тепло. С 1904 года”. 2. Теоретическая часть
Термосы классической конструкции – это стеклянная колба и корпус. Благодаря низкой теплопроводности стекло является лучшим материалом для производства колбы или вакуумного баллона. Вакуум, создающийся между двумя стенками, предотвращает дальнейшую потерю тепла посредством конвекции, а слой серебряного покрытия, нанесённый на обе внутренние стенки, предохраняет потерю тепла посредством излучения. На заводе сырьё сначала помещается в ванную стекловаренной печи, где происходит процесс смешивания и плавки, в результате чего образуется непрерывный поток стекломассы. Печь может единовременно перерабатывать от 65 до 70 тонн стекломассы при постоянной температуре в 1500°С. Затем заготовка из стекломассы обрезается до точных размеров колбы и отливается в стеклодувной формовочной машине. Каждая стеклянная колба проходит многоступенчатый процесс обработки: внешняя форма сваривается с внутренней, серебро пропускается сквозь стержень для вакуумирования и наносится на внутренние поверхности. После откачки воздуха стержень запечатывается, и колбы проходят жёсткие испытания на соответствие стандартам качества.
В современном производстве стеклянных колб вместо одного из компонентов – окиси натрия, входящей в состав обычных колб, используют борную кислоту. В результате данного нововведения такое стекло выдерживает термические удары, как от кипящих жидкостей, так и от жидкостей, охлаждённых до температуры замерзания (3).
Нержавеющая сталь является основным компонентом высокопрочных термосов, используемых в бытовых и производственных условиях. Термосы из нержавеющей стали чрезвычайно прочны, легки по весу и практически не поддаются разрушению. Подобно термосам со стеклянной колбой, они теплоизолированы при помощи вакуума, выполнены в различных стилях и размерах, и также способны сохранять содержимое в горячем или охлаждённом состоянии на протяжении многих часов. В большинстве термосов из нержавеющей стали вакуум между внутренней и внешней стенками создаётся при помощи вакуумного насоса, откачивающего воздух через основание (1). 3. Экспериментальная часть В качестве исследуемых образцов были выбраны термосы фирм «Амет» и «Олень». Для удобства описания им были присвоены условные названия с указанием емкости: Олень 1, Олень 2, Олень 3, Турист 1, Родник 2, Гейзер 3 (Рис. 1, 2). Рис. 1 Внешний вид термосов Пекинской компании «Олень». Рис. 2 Внешний вид термосов Ашинской фирмы «Амет». Термосы «Олень» емкостью 1, 2, и 3 литра имеют стеклянные колбы и металлические корпуса. Их отличительная особенность – узкое горло, пробковая пробка, стеклянная колба отличного качества и металлическая крышка-чашка (2). Термосы «Амет» изготовлены из стали, имеют двойные стенки, в пространстве между внешней и внутренней колбами создан вакуум. Термос “Турист” имеют широкую горловину и двойную пластмассовую пробку, позволяющую использовать термос, как для пищевых продуктов, так и для хранения жидкости объемом 1 л. Он компактный, имеет пластмассовую крышку-чашку, оснащен ремешком для переноски. Термос “Родник”имеет узкую горловину и носик для вытекания жидкости и предназначен для сохранения температуры жидкости объемом 2,0 л. Для того, чтобы налить напиток, достаточно повернуть резьбовую пробку на ½ оборота. Термос “Гейзер”имеют узкую горловину, оснащен пневмонасосом, предназначен для сохранения температуры жидкости объемом 3,0 л. За один ход нажимной кнопки пневмонасоса наливается до 100 мл жидкости (1).
Измерения температуры воды в термосах проводились лабораторным жидкостным термометром (Рис. 3). Рис. 3 Лабораторный жидкостный термометр. Результаты опытов приведены в Таблице 1: Таблица 1 Изменение температуры воды (°С) в термосах в течение суток при комнатной температуре
Исследовательский проект по физике
Тема: «Изучение тепловых свойств термоса»
Содержание
Введение ……………………………………………. 3
История создания ………………………………….. 4
Устройство и виды термосов …………………….. 5
Практическая часть:
Изучение и сравнение характеристик
заводских термосов………………………………… 7
Заключение…………………………………………. 11
Список литературы ……………………………….. 12 ВВЕДЕНИЕ Актуальность исследования. Термос — одно из величайших изобретений человечества. Это изобретение смело можно сопоставить с такими изобретениями, как колесо, радио, телефон, телевизор, самолёт, автомобиль, и другими. В современном обществе принято вести здоровый образ жизни, и в этом термос — хороший помощник.
На сегодняшний день существует масса фирм производителей термосов и в продаже можно найти целый ряд изделий, различающихся по способности сохранять тепло, емкости, дизайну, цене. И поэтому цена современного термоса колеблется.
Это и определило проблему нашего исследования:
Какой термос стоит покупать? Как не ошибиться в выборе? На что стоит обращать внимание при покупке?
Таким образом, цель нашей работы: исследовать имеющиеся термосы на способность сохранять тепло и их свойства, обеспечивающие удобство и практичность для использования в повседневной жизни. задачи:
Изучить историю создания термоса,
рассмотреть устройство термоса,
исследовать разнообразие термосов на современном потребительском рынке,
из имеющихся термосов выбрать тот, который лучше других сохраняет тепло,
выяснить зависит ли скорость остывания жидкости от объема термоса,
выяснить какая колба лучше сохраняет тепло – стеклянная или металлическая,
представить рекомендации для покупателей термосов. Гипотеза: физические свойства термоса зависят от материала из которого он изготовлен. Методы исследования:
поиск информации
систематизация сведений
сравнение История создания
Вопросом сохранения постоянной температуры содержимого озаботились ученые в конце XIX века – это нужно было для хранения сжатых газов. Сжать газ не было проблемой, но сохранить его в таком виде хоть какое-то время было проблематично.
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.1
В 1892 году он 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.
Это устройство было названо «сосуд Дьюара», и оно до сих пор используется в химических лабораториях всего мира.
В 1903 году Рейнгольд Бургер усовершенствовал сосуд Дьюара, изобретённый в 1892 году шотландским физиком и химиком Джеймсом Дьюаром. Для удобного использования этого сосуда в быту 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
Сосуд Дьюара
в хозяйственных целях была выпущена первая патия 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. Устройство и виды термосов
Термос – от греческого thermos тёплый, горячий. Термос – это сосуд с двойными стенками, между которыми даже нет воздуха. Лучший тепловой изолятор – это пустота, поэтому из колбы с двойными стенками откачивают воздух, создавая так называемый вакуум. Молекулы горячего чая быстро движутся, но толкать им некого. Они толкают только друг друга, и всё тепло остаётся в чае. Сохранить это тепло на долгое время помогают и стенки сосуда, в который наливают чай. Они сделаны с зеркальным покрытием, способным отражать тепловые лучи и возвращать их вместе теплом обратно в чай. За счёт этого и достигаются минимальные потери тепла. Так как теплообмен между стенками термоса и окружающим воздухом минимален, то в нём хорошо сохраняются не только горячие, но и холодные жидкости.
По назначению различают бытовые термоса и термоса для общественного питания различной емкости. Их используют для хранения и перевозки продуктов. Существуют вагоны-термоса, термосы для бутылочек с детским питанием, термолотки, термосы для экстремального туризма со специальным клапаном, позволяющим пить буквально на ходу, большой термос с несколькими секциями, в котором можно сохранять горячим и первое и второе блюдо.
Принцип устройства термоса для сохранения тепла используют и в теплицах для роста растений. В теплицах делают стенки из двух щитов прозрачного пластика. Каждый вечер между ними закачивают водную пену, которая обеспечивает хорошую теплоизоляцию в ночное время. Утром под воздействием солнечного тепла оседает и превращается в жидкость, стекающую в коллектор, так открывается доступ света. А вечером весь процесс повторяется заново.
Устройство термоса, предназначенного для хранения жидкостей, показано на рис. 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.
Термос устроен таким образом, что теплообмен его содержимого с окружающей средой сведен до минимума. Отсутствие воздуха между его стенками препятствует теплопроводности, а блестящий слой на внутренней поверхности термоса препятствует передаче энергии излучением. За счет этого и достигаются минимальные потери тепла.
Современный термос в разрезе Изучение и сравнение характеристик заводских термосов.
Для ответа на вопрос: какая колба лучше сохраняет тепло – стеклянная или металлическая? зависит ли скорость остывания жидкости от объема термоса?
мы воспользуемся: термосами с металлической колбой объёмом 1л и 2л и термосами со стеклянной колбой таким же объёмом, кроме того нам понадобятся термометр с пределом измерения до 150°С, часы, вода при температуре 100°С.
Наш эксперимент будем проводить при комнатной температуре 20°С. На протяжении 6 часов с интервалом в 1 час будем производить измерения температуры воды в термосах. В результате нашего эксперимента мы получили:
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
Виды термоса
Недостатки термоса
Видео о том, как делают термос
Видео о том, как устроен термос простыми словами
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.
«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:
Такая простая и привычная для современного человека вещь как термос произошла от специальной химической посуды, при помощи которой ее изобретатель хранил жидкий водород. Как это обычно и бывает, одни люди совершают научные открытия и совсем другие получают выгоду от их коммерческого использования. Термос – показательный пример того, как из околонаучных кругов вышла компания, название которой стало именем нарицательным целого класса предметов повседневного пользования.
Содержание
Сосуд Дьюара
Рейнольд Бергер
Распространение изобретения
Сосуд Дьюара
В 1842 году в Шотландии родился Джеймс Дьюар. Любознательность и способность к научной деятельности помогли ему быстро войти в число известных лондонских ученых. Дьюар изобрел кордит – порох, сгорающий без дыма, он занимался электрофотометрией и органической химией. Однако наибольшую известность Джеймс получил за счет сжижения постоянных газов и температурных экспериментов.
Главным изобретением ученого стал сосуд Дьюара, который предназначен для хранения веществ при пониженной или повышенной температуре. Первым контейнер с подобной конструкцией создал немецкий физик Вейнхольд в 1881 году – это был ящик из стекла с двойными стенками, воздух между которыми для сведения теплообмена к минимуму откачивался. Ученые уже решили задачу сжижения отдельных газов, но сохранить их из-за быстрого испарения не могли. Для этого и потребовались сосуды, максимально защищенные от теплового взаимодействия с окружающей средой.
Джеймс Дьюар
Дьюар в 1892 году разработал усовершенствованную конструкцию в виде двустенной колбы с узким горлом, что замедляло испарение жидкости. Из межстеночного пространства также откачивался воздух, но дополнительно к этому на обе внутренние поверхности колбы наносился тонкий отражающий слой серебра, уменьшавший потери на излучение.
Свое изобретение Дьюар впервые продемонстрировал в 1893 году, через несколько лет он смог получить и сохранить с его помощью жидкий водород (1898), а также попытался получить твердую форму (1899) этого газа.
Рейнольд Бергер
Джеймс Дьюар посвятил себя исключительно решению научных задач и не задумывался о возможной бытовой и финансовой выгоде от применения изобретения. Зато об этом подумал его ученик Рейнольд Бергер, который сообразил, как сосуд Дьюара можно использовать в быту.
В 1904 году Бергер патентует принцип вакуумной колбы и получает все права на применение данного изобретения при изготовлении промышленных товаров. Рейнольд запустил конкурс на лучшее название бытового прибора, позволяющего сохранять температуру хранящейся жидкости. В результате на потребительском рынке появилась компания Thermos GmbH (от греческого «therme» — «горячий»).
Для удобства использования в быту Бергер доработал конструкцию сосуда Дьюара, в результате чего у него появился металлический корпус, пробка и крышка-стаканчик. У Дьюара внутренняя стенка колбы держалась только в одном месте у горлышка сосуда, из-за чего подходила лишь для стационарного использования. При попытке носить такую емкость с собой она легко ломалась. Бергер дополнительно разработал систему поддержки внутренней колбы, чтобы сосуд можно было активно эксплуатировать.
Дьюар свои сосуды патентовать не стал, так как не видел перспектив их коммерческого использования. Когда он понял, что ученик, начавший продавать «вакуумные фляжки», зарабатывает на его изобретении, последовал судебный иск о возмещении ущерба. Однако он остался без удовлетворения. На сегодня срок патента истек, поэтому термосы могут делать все желающие без отчисления средств правопреемнику.
Торговая марка Thermos продолжает существовать, она принадлежит компании Thermos L.L.C. из Китая. Владелец бренда выпускает под ним, как нетрудно догадаться, все те же термосы.
Распространение изобретения
В числе первых, кто оценил пользу от выпущенного Бергером на рынок термоса, оказались летчики. В начале прошлого века они летали на самолетах, которые из-за конструкции крыльев назывались этажерками. У них было по две, а иногда и по три несущих поверхности (соответственно, бипланы и трипланы).
Закрытой кабины у таких летательных аппаратов не имелось, поэтому летчикам приходилось испытывать на себе всю силу ветра и холод, характерный для большой высоты. В таких условиях горячий напиток зачастую был жизненно необходим.
На примере летчиков обычные люди увидели, что термосы действительно отлично справляются со своей задачей, причем в крайне непростых условиях. Вскоре эта практичная и функциональная посуда стала популярным предметом обихода, каковым она и остается до сих пор.
«Официально» свой 100-летний юбилей термос отмечал в 2004 году. Наследница компании Thermos GmbH использует сегодня в качестве девиза фразу:
«Храним тепло. С 1904 года».
ВВЕДЕНИЕ
Этим летом мы ходили в лес на пикник. В лесу было очень весело: мы играли в мяч, в бадминтон, стреляли из лука по мишеням. Было очень жарко. Мы подумали, что не -плохо было бы съесть мороженное. Но вот проблема: как сохранить мороженное в жару, чтобы оно не растаяло. Дома я часто вижу, что папа берёт с собой на работу термос с горячим супом и чай. Я подумала, а может быть в термосе можно сохранить какое-то время и охлаждённые продукты.
Гипотеза нашего исследования – в термосе можно сохранить температуру не только горячих продуктов, но и холодных.
Цель работы – определение влияния устройства термоса на сохранение исходной температуры продукта. Задачи работы можно сформулировать следующим образом: изучить историю изобретения термоса; исследовать, какой термос лучше сохраняет температуру исходного продукта: со стеклянной колбой или металлический; выяснить, влияет ли объём термоса на сохранение в нём исходной температуры; изготовить термос в домашних условиях с разными изоляторами между стенками; выяснить, какой из материалов (газета, фольга, синтепон) является лучшим изолятором.
Новизна нашего исследования – показать, что простые и обыденные на первый взгляд предметы имеют интересную историю изобретения. Более того, мы иногда даже не задумываемся обо всех возможностях данного предмета.
Предмет настоящей работы – термос. Объект – свойства термоса.
Практическая значимость наших исследований заключается в том, что предложенные рекомендации по выбору более качественного термоса будут полезны в повседневной жизни.
Всё это объясняет структуру работы. Глава I «Вакуумная фляга»: содержит данные из истории изобретения термоса и о его устройстве. Глава II «Удивительное рядом» посвящена анализу проведённых опытов, доказывающих, что термос может «удерживать» не только тепло, но и холод. Глава III «Умелые руки» включает в себя описание изготовления термоса из бросового материала.
В ходе работы мы использовали следующие методы: изучение научно – популярной литературы по теме исследования; наблюдение; сравнение результатов, социальный опрос, составление аналитических диаграмм, эксперимент, просмотр телепередачи «Контрольная закупка».
I «Вакуумная фляга»
Изучив научно – популярную литературу, мы узнали следующие сведения о термосе.
ТЕРМОС [от греч. thermos – тёплый, горячий] Сосуд особого устройства, в котором используются свойства вакуума для предохранения содержимого от остывания или нагревания. [словарь]
Термос можно отнести к величайшим изобретениям человечества, таким как колесо, телефон, автомобиль. Для нас термос хороший помощник в быту: он всегда готов помочь сохранить горячий обед. Сторонники здорового питания считают незаменимой эту полезную мелочь. Термос стал изделием, широко используемым людьми. Он был использован в экспедициях на Южный Полюс, на Северный Полярный круг. Термос стал неотъемлемой бортовой принадлежностью самолётов, пригодился в перелетах на воздушном шаре. Мы часто берём его в лес, на рыбалку, в поездки. Кому же мы обязаны этим удивительным изобретением?
Учёный Оксфордского университета сэр Джеймс Дьюар в 1892 году изобрёл необычную «вакуумную флягу». Это была вроде бы обычная ёмкость, но с двойными стенками. Пространство между ними было откачано до высокого вакуума. Благодаря этому уменьшился теплообмен вещества, находящегося в сосуде, с окружающей средой. Говоря проще, это был термос. Джеймс Дьюар продолжал проводить эксперименты. Наконец. эта любопытная идея заинтересовала некоторых практиков. [1] Берлинский стеклодув Рейнольд Бергер со своим напарником почувствовали коммерческую выгоду и организовали свою компанию под названием «Thermos GmbH» и выпустили на потребительский рынок первые термосы. [2] Именно они назвали эти сосуды термосами- от греческого «terme» – «горячий». В массовое производство термосы попали уже в 1904 году. И с тех пор технология изготовления термосов не претерпела почти никаких изменений.
Чтобы понять лучше, в чём секрет термоса, надо рассмотреть его устройство. Основной элемент термоса — колба (сосуд Дьюара) из стекла или нержавеющей стали с двойными стенками, между которыми выкачан воздух (создан вакуум), т.к. лучший тепловой изолятор – это пустота. [3] Вещества, которые плохо проводят тепловую энергию, называют изоляторами. [5] Лишённое воздуха пространство между стенками почти не проводит тепло. Внутренние поверхности стеклянной колбы покрывают слоем из отражающего, зеркального материала. Это препятствует передаче энергии излучением. Излучение – это вид теплопередачи, который может осуществляться даже в полном вакууме. [5] Чтобы защитить стекло от повреждений колбу помещают в специальный металлический или пластмассовый футляр. Сосуд закупоривается пробкой, а сверху футляра навинчивается колпачок. [4]
Термос устроен таким образом, что теплообмен его содержимого с окружающей средой сведен до минимума.
II Удивительное рядом
Перед началом проведения исследования мы составили опросник для учеников третьих и четвёртых классов. Для рассмотрения им были предложены следующие вопросы:
1)Какие виды термосов вы знаете?
2)Для хранения каких продуктов нужен термос?
3)Какой термос дольше сохраняет исходную температуру продуктов?
Результаты опроса:
Какие виды термосов вы знаете?
Для хранения каких продуктов
используют термос?
Какой термос лучше?
Вывод: 50% детей считают, что термосы бывают двух видов: для супа и чая
Вывод: 90% детей считают, что термос – это сосуд для хранения горячих продуктов
Вывод: 64% опрошенных детей делают выбор в пользу металлического
Из литературы и информационных источников мы узнали, что существуют различные виды термосов:
Термосы для напитков — имеют узкую горловину диаметром 25—55 мм.
Пищевые термосы — имеют широкую горловину и предназначены для хранения первых и вторых блюд.
Универсальные термосы — отличаются от пищевых термосов только конструкцией пробки, которая имеет дополнительное, более узкое, отверстие для наливания напитков.
Пищевые термосы с судками — термосы, в которые стопкой, друг на друга, вкладывается 2—3 пластиковые или металлические ёмкости (контейнеры), позволяющие одновременно раздельно хранить различные виды блюд — например для обеда: холодную закуску с первым и вторым блюдом.
Экспериментальным путём мы решили опровергнуть мнение большинства из опрошенных детей о том, что термос – ёмкость для хранения только горячих продуктов.
Эксперимент №1 «Мороженое в вакууме».
Цель исследования: Мы решили проверить: 1) сохранит ли термос температуру холодного продукта; 2) в каком термосе: в металлическом или в пластмассовом со стеклянной колбой мороженое дольше не растает.
Предмет исследования: термос.
Оборудование: металлический термос объёмом 1 литр, термос со стеклянной колбой объёмом 1 литр, мороженое в брикете массой 500 граммов, часы, таблица сравнения результатов.
Условия: мы взяли брикет мороженого, разделили его на две равные части. Одну часть поместили в металлический термос, а другую – в термос со стеклянной колбой. Закрыли термосы и стали наблюдать, что будет происходить с мороженым, помещённым в «вакуум».
Результаты наблюдения за таянием мороженного в термосах
мороженное
1 час
2 часа
3 часа
4 часа
10 часов
Металлический термос объёмом 1 литр
+
+ –
–
– –
– –
термос со стеклянной колбой объёмом 1 литр
+
+
+
+ –
–
+ осталось без изменений; + – изменило структуру (стало мягким);- начало таять; — растаяло.
Вывод: через два часа мороженое в металлическом термосе изменило структуру. Через 4 часа мороженое в металлическом термосе совсем растаяло, а в термосе со стеклянной колбой оно лишь изменило структуру.
Эксперимент №2 «Влияние объёма термоса на время сохранения температуры»
Цель исследования: определить влияние объёма термоса на сохранение в нём исходной температуры продукта.
Предмет исследования: термосы с разным объёмом.
Оборудование: три термоса объёмом 0,5; 1; 1,5 литров; снег; часы.
Влияние объёма термоса на сохранение исходной температуры продукта
Объём, литр
1 час
8 часов
18 часов
0,5
+
+ –
–
1
+
+
+ –
1,5
+
+
+
+ остался без изменений; + – изменил структуру;- растаял.
Вывод: чем больше объём термоса, тем дольше сохраняется в нём исходная температура.
Эксперимент №3 «Хрупкость или прочность»
Цель исследования: выяснить, какой из предложенных термосов более прочный.
Предмет исследования: термос со стеклянной колбой и металлический.
Оборудование: два термоса с разными колбами.
Проводя эксперимент о влиянии объёма термоса на время сохранения исходной температуры, мы нечаянно уронили самый большой термос со стеклянной колбой. В результате колба в нём разбилась. Этот незапланированный случай подвёл нас к выводу о хрупкости и непрактичности стеклянных колб. Металл является более прочным и долговечным материалом.
Вывод: в ходе проведённых экспериментов мы выяснили:
1) мороженое, а значит и другие холодные продукты можно хранить в термосе.
2) термос со стеклянной колбой лучше сохраняет температуру исходного продукта.
3) объём термоса влияет на время сохранения температуры продукта (чем больше объём, тем дольше в нём сохраняется исходная температура).
4) металлический термос более прочный, чем термос со стеклянной колбой.
Проанализировав итоги экспериментов, мы отметили плюсы и минусы термосов с разными колбами.
Пластмассовый термос со стеклянной колбой
плюсы
минусы
длительное время сохраняет температуру продукта
хрупкость
низкая стоимость
пластик впитывает неприятные запахи
Вывод: стеклянная колбапрекрасно сохраняет температуру жидкости, однако отличается высокой хрупкостью. Вот почему в большинстве случаев такие изделия используются дома для заваривания различных чаёв.
Металлический термос
плюсы
минусы
прочность
недолгое время сохраняет температуру продукта
металл не впитывает запахи
высокая стоимость
Вывод: металлическая колба теряет тепло немного быстрее. В то же время ее основным достоинством считается прочность. Если вы часто ездите в путешествия или отправляетесь в походы, лучшим для вас решением является термос на основе металлической колбы.
III «Умелые руки»
Занимаясь изучением термоса и его свойств, нам стало интересно, можно ли термос заменить другим предметом со сходным устройством. Ведь не всегда термос может оказаться под рукой.
Эксперимент № 4 «Самодельный термос».
Цель исследования: Выяснить, какой материал (газета, фольга, синтепон) может служить хорошим изолятором.
Предмет исследования: самодельныйтермос.
Место наблюдения: жилая комната. Участники исследования: 1 человек.
Оборудование: шесть металлических банок с крышками, синтепон, газета, фольга, водный термометр, часы, таблица сравнения результатов.
Из учебника по физике 8 класса и из другой литературы мы узнали, что главными в термосе являются 2 показателя: вакуум между стенками колбы и внутренний слой из отражающего материала. Проблема состоит в том, что в домашних условиях вакуум создать невозможно, но можно между стенками колбы поместить материал, который плохо проводит тепло. Мы решили попробовать в качестве такого материала использовать 1) синтепон, 2) скомканную газету, 3) фольгу. Вместо футляра и колбы мы взяли две металлические баночки из-под кофе и чая разного размера, так чтобы одна банка вставлялась в другую.
После изготовления самодельного термоса, мы залили в него воду, температура которой была 40 градусов, и стали измерять температурные показания через определённое время. Таким образом, мы поработали с тремя вариантами «термосов».
Таблица сравнения изоляционных материалов для самодельного термоса
Время , мин.
Термос с синтепоном, температура воды в градусах
Термос с газетой, температура воды в градусах
Термос с фольгой, температура воды в градусах
10
40
40
37
30
37
37
34
60
35
35
30
120
30
30
28
Вывод: 1. Чтобы сделать хороший термос, нужно как можно сильнее уменьшить передачу тепла.
2. Самодельные термосы, в которых использовались синтепон и газета, оказались самыми надёжными для сохранения тепла. Вата и бумага хорошие изоляторы, так как относятся к пористым веществам и не дают воде быстро остывать.
Заключение
В результате проделанных экспериментов мы доказали, что в термосе можно сохранить температуру не только горячих продуктов, но и холодных. В ходе работы мы решили поставленные задачи, а именно: изучили историю изобретения термоса; исследовали, какой термос лучше сохраняет температуру исходного продукта: со стеклянной колбой или металлический; выяснили, что объём термоса влияет на сохранение в нём исходной температуры; изготовили термос в домашних условиях с разными изоляторами между стенками; выяснили, что синтепон и бумага являются хорошими изоляторами.
Любой из нас может сказать, что ему приходилось оказываться в ситуации, когда на выручку приходил термос. В первую очередь качественный термос позволяет сохранить немало места в рюкзаке. Более того, он согреет зимой и утолит жажду прохладной жидкостью среди лета.
На классном часе мы представили результаты нашей работы и получили положительные отзывы от ребят. Также мы составили свои рекомендации по выбору качественного термоса и распространили их среди учеников школы.
Список использованной литературы:
Буянова Н.Я. « Я познаю мир»: Детская энциклопедия. Медицина; «Изд-во АСТ»,1998г., с.223-225.
Рылёв И.Ю. «ХХ век: энциклопедия изобретений» 5000 событий мирового технического прогресса. Издательский дом «Звонница-МГ», 2007г.,с 20.
«Удивительные вещи»: 100 вопросов и ответов. Москва «РОСМЭН»,2005 г., с. 28.
Леонович А. « Я познаю мир»: Детская энциклопедия изобретений.- М.: ООО «Фирма «Изд-во АСТ»; 1999г., с 433-434.
Энциклопедия «Где, Что и Когда?», с.228.
Пёрышкин А. В. «Физика 8 класс». Издательство «Дрофа».
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.
http://xvastunishka.mirtesen.ru/blog/43432563117/Istoriya-izobreteniya.-Termos
http://www.izobreteno.ru/10.php
0
Четвертый районный конкурс творческих исследовательских работ учащихся
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА
«ТЕРМОСЫ»
Выполнил:
Орда Владимир Витальевич
ученик 9 класса
МОУ Новочановской СОШ
Научный руководитель:
Котляров Владимир Александрович
учитель физики
МОУ Новочановской СОШ,
кандидат педагогических наук
Барабинск 2008
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………….3
ОПИСАНИЕ РАБОТЫ……………………………………………………………..4
1. История рождения термоса………………………………………………………4
2. Теоретическая часть………………………………………………………………5
3.Экспериментальная часть………………………………………………………..6
4. Анализ результатов эксперимента………………………………………………8
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………10
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………..……………….11
ВВЕДЕНИЕ
Каждый современный человек хоть раз в жизни пользовался термосом, отметившим в 2004 году свое столетие. Это слово давно стало нарицательным и вошло во все словари. Современный термос, претерпевший массу изменений и усовершенствований в течение прошедшего времени не потерял своего значения (5). На сегодняшний день существует масса фирм производителей термосов и в продаже можно найти целый ряд изделий, различающихся по способности сохранять тепло, емкости, дизайну, цене. Это и определило проблему нашего исследования. Какой термос стоит покупать? Как не ошибиться в выборе? На что стоит обращать внимание при покупке?
Таким образом, цель нашей работы: исследовать имеющиеся термосы на способность сохранять тепло и их свойства, обеспечивающие удобство и практичность для использования в повседневной жизни.
Исходя из цели исследования, были поставлены следующие задачи:
· из имеющихся термосов выбрать тот, который лучше других сохраняет тепло;
· выяснить зависит ли скорость остывания жидкости от объема термоса;
· выяснить какая колба лучше сохраняет тепло – стеклянная или металлическая;
· представить рекомендации для покупателей термосов.
Для нашего исследования мы подобрали 3 модели термосов с металлической колбой и корпусом емкостью 1, 2 и 3 литра Ашинского металлургического завода («Амет») и три термоса Пекинской компании «Олень» – со стеклянной колбой и металлическим корпусом, аналогичных емкостей.
Термосы заливались крутым кипятком (≈100°С) и выдерживались при комнатной температуре воздуха в течение 6 часов, после чего проводилось измерение температуры воды. Перед началом очередного эксперимента все термосы выдерживались с открытой крышкой в помещении не менее часа. Далее остывшие термосы вновь заливались кипятком и выдерживались уже 12 часов, затем 18 и 24 часа, после чего снова проводились измерения температуры воды.
ОПИСАНИЕ РАБОТЫ
1. История рождения термоса.
В конце XIX века физики заинтересовались исследованиями низких температур, в частности сжижением газов – кислорода, азота, водорода. Одной из самых больших проблем оказалось не получение сжиженных газов, а их долговременное хранение. В экспериментах с жидким кислородом польский физик Кароль Ольшевский использовал стеклянный ящик с двойными стенками, с откачанным из межстеночного пространства воздухом (немецкий физик Адольф Фердинанд Вейнхольд (1841-1917) разработал этот контейнер в 1881 году). Другой известный ученый из Оксфордского Университета, Джеймс Дьюар (1842-1923), смог в 1892 году усовершенствовать контейнер Вейнхольда. Он изготовил его в виде колбы с узким горлом (такая форма позволяла уменьшить испарение сжиженных газов), а внутреннюю часть колбы покрыл тонким слоем серебра – зеркальная поверхность отражала тепловое излучение и улучшала теплоизоляцию. Всю эту хрупкую конструкцию Дьюар подвесил на пружинах в металлическом кожухе. Это и был “сосуд Дьюара”, и по сей день, используемый в научных лабораториях всего мира. Благодаря своей разработке Дьюар первым смог получить и сохранить жидкий (1898) и даже твердый (1899) водород. Ни Вейнхольд, ни Дьюар не собирались ставить свои разработки на коммерческую основу (3). А вот берлинский производитель стеклянных инструментов Рейнольд Бергер увидел в конструкции Дьюара значительный коммерческий потенциал. В 1903 году он дополнил сосуд компактным металлическим кожухом, герметичной пробкой и крышкой-стаканчиком, а в 1904-м основал компанию «Thermos» (от греческого слова “Therme”, что в переводе означает “горячий”). Компания «Thermos» существует и сегодня. Она по-прежнему выпускает одни из лучших в мире термосов (4). Девиз компании гласит: “Храним тепло. С 1904 года”.
2. Теоретическая часть
Термосы классической конструкции – это стеклянная колба и корпус. Благодаря низкой теплопроводности стекло является лучшим материалом для производства колбы или вакуумного баллона. Вакуум, создающийся между двумя стенками, предотвращает дальнейшую потерю тепла посредством конвекции, а слой серебряного покрытия, нанесённый на обе внутренние стенки, предохраняет потерю тепла посредством излучения. На заводе сырьё сначала помещается в ванную стекловаренной печи, где происходит процесс смешивания и плавки, в результате чего образуется непрерывный поток стекломассы. Печь может единовременно перерабатывать от 65 до 70 тонн стекломассы при постоянной температуре в 1500°С. Затем заготовка из стекломассы обрезается до точных размеров колбы и отливается в стеклодувной формовочной машине. Каждая стеклянная колба проходит многоступенчатый процесс обработки: внешняя форма сваривается с внутренней, серебро пропускается сквозь стержень для вакуумирования и наносится на внутренние поверхности. После откачки воздуха стержень запечатывается, и колбы проходят жёсткие испытания на соответствие стандартам качества.
В современном производстве стеклянных колб вместо одного из компонентов – окиси натрия, входящей в состав обычных колб, используют борную кислоту. В результате данного нововведения такое стекло выдерживает термические удары, как от кипящих жидкостей, так и от жидкостей, охлаждённых до температуры замерзания (3).
Нержавеющая сталь является основным компонентом высокопрочных термосов, используемых в бытовых и производственных условиях. Термосы из нержавеющей стали чрезвычайно прочны, легки по весу и практически не поддаются разрушению. Подобно термосам со стеклянной колбой, они теплоизолированы при помощи вакуума, выполнены в различных стилях и размерах, и также способны сохранять содержимое в горячем или охлаждённом состоянии на протяжении многих часов. В большинстве термосов из нержавеющей стали вакуум между внутренней и внешней стенками создаётся при помощи вакуумного насоса, откачивающего воздух через основание (1).
3. Экспериментальная часть
В качестве исследуемых образцов были выбраны термосы фирм «Амет» и «Олень». Для удобства описания им были присвоены условные названия с указанием емкости: Олень 1, Олень 2, Олень 3, Турист 1, Родник 2, Гейзер 3 (Рис. 1, 2).
Рис. 1 Внешний вид термосов Пекинской компании «Олень».
Рис. 2 Внешний вид термосов Ашинской фирмы «Амет».
Термосы «Олень» емкостью 1, 2, и 3 литра имеют стеклянные колбы и металлические корпуса. Их отличительная особенность – узкое горло, пробковая пробка, стеклянная колба отличного качества и металлическая крышка-чашка (2).
Термосы «Амет» изготовлены из стали, имеют двойные стенки, в пространстве между внешней и внутренней колбами создан вакуум. Термос “Турист” имеют широкую горловину и двойную пластмассовую пробку, позволяющую использовать термос, как для пищевых продуктов, так и для хранения жидкости объемом 1 л. Он компактный, имеет пластмассовую крышку-чашку, оснащен ремешком для переноски. Термос “Родник”имеет узкую горловину и носик для вытекания жидкости и предназначен для сохранения температуры жидкости объемом 2,0 л. Для того, чтобы налить напиток, достаточно повернуть резьбовую пробку на ½ оборота. Термос “Гейзер”имеют узкую горловину, оснащен пневмонасосом, предназначен для сохранения температуры жидкости объемом 3,0 л. За один ход нажимной кнопки пневмонасоса наливается до 100 мл жидкости (1).
Измерения температуры воды в термосах проводились лабораторным жидкостным термометром (Рис. 3).
Рис. 3 Лабораторный жидкостный термометр.
Результаты опытов приведены в Таблице 1:
Таблица 1
Изменение температуры воды (°С) в термосах в течение суток
при комнатной температуре
Исследовательский проект по физике
Тема: «Изучение тепловых свойств термоса»
Содержание
Введение ……………………………………………. 3
История создания ………………………………….. 4
Устройство и виды термосов …………………….. 5
Практическая часть:
Изучение и сравнение характеристик
заводских термосов………………………………… 7
Заключение…………………………………………. 11
Список литературы ……………………………….. 12
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования. Термос — одно из величайших изобретений человечества. Это изобретение смело можно сопоставить с такими изобретениями, как колесо, радио, телефон, телевизор, самолёт, автомобиль, и другими. В современном обществе принято вести здоровый образ жизни, и в этом термос — хороший помощник.
На сегодняшний день существует масса фирм производителей термосов и в продаже можно найти целый ряд изделий, различающихся по способности сохранять тепло, емкости, дизайну, цене. И поэтому цена современного термоса колеблется.
Это и определило проблему нашего исследования:
Какой термос стоит покупать? Как не ошибиться в выборе? На что стоит обращать внимание при покупке?
Таким образом, цель нашей работы: исследовать имеющиеся термосы на способность сохранять тепло и их свойства, обеспечивающие удобство и практичность для использования в повседневной жизни.
задачи:
Изучить историю создания термоса,
рассмотреть устройство термоса,
исследовать разнообразие термосов на современном потребительском рынке,
из имеющихся термосов выбрать тот, который лучше других сохраняет тепло,
выяснить зависит ли скорость остывания жидкости от объема термоса,
выяснить какая колба лучше сохраняет тепло – стеклянная или металлическая,
представить рекомендации для покупателей термосов.
Гипотеза: физические свойства термоса зависят от материала из которого он изготовлен.
Методы исследования:
поиск информации
систематизация сведений
сравнение
История создания
Вопросом сохранения постоянной температуры содержимого озаботились ученые в конце XIX века – это нужно было для хранения сжатых газов. Сжать газ не было проблемой, но сохранить его в таком виде хоть какое-то время было проблематично.
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.1
В 1892 году он 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.
Это устройство было названо «сосуд Дьюара», и оно до сих пор используется в химических лабораториях всего мира.
В 1903 году Рейнгольд Бургер усовершенствовал сосуд Дьюара, изобретённый в 1892 году шотландским физиком и химиком Джеймсом Дьюаром. Для удобного использования этого сосуда в быту 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
Сосуд Дьюара
в хозяйственных целях была выпущена первая патия 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.
Устройство и виды термосов
Термос – от греческого thermos тёплый, горячий. Термос – это сосуд с двойными стенками, между которыми даже нет воздуха. Лучший тепловой изолятор – это пустота, поэтому из колбы с двойными стенками откачивают воздух, создавая так называемый вакуум. Молекулы горячего чая быстро движутся, но толкать им некого. Они толкают только друг друга, и всё тепло остаётся в чае. Сохранить это тепло на долгое время помогают и стенки сосуда, в который наливают чай. Они сделаны с зеркальным покрытием, способным отражать тепловые лучи и возвращать их вместе теплом обратно в чай. За счёт этого и достигаются минимальные потери тепла. Так как теплообмен между стенками термоса и окружающим воздухом минимален, то в нём хорошо сохраняются не только горячие, но и холодные жидкости.
По назначению различают бытовые термоса и термоса для общественного питания различной емкости. Их используют для хранения и перевозки продуктов. Существуют вагоны-термоса, термосы для бутылочек с детским питанием, термолотки, термосы для экстремального туризма со специальным клапаном, позволяющим пить буквально на ходу, большой термос с несколькими секциями, в котором можно сохранять горячим и первое и второе блюдо.
Принцип устройства термоса для сохранения тепла используют и в теплицах для роста растений. В теплицах делают стенки из двух щитов прозрачного пластика. Каждый вечер между ними закачивают водную пену, которая обеспечивает хорошую теплоизоляцию в ночное время. Утром под воздействием солнечного тепла оседает и превращается в жидкость, стекающую в коллектор, так открывается доступ света. А вечером весь процесс повторяется заново.
Устройство термоса, предназначенного для хранения жидкостей, показано на рис. 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.
Термос устроен таким образом, что теплообмен его содержимого с окружающей средой сведен до минимума. Отсутствие воздуха между его стенками препятствует теплопроводности, а блестящий слой на внутренней поверхности термоса препятствует передаче энергии излучением. За счет этого и достигаются минимальные потери тепла.
Современный термос в разрезе
Изучение и сравнение характеристик заводских термосов.
Для ответа на вопрос: какая колба лучше сохраняет тепло – стеклянная или металлическая? зависит ли скорость остывания жидкости от объема термоса?
мы воспользуемся: термосами с металлической колбой объёмом 1л и 2л и термосами со стеклянной колбой таким же объёмом, кроме того нам понадобятся термометр с пределом измерения до 150°С, часы, вода при температуре 100°С.
Наш эксперимент будем проводить при комнатной температуре 20°С. На протяжении 6 часов с интервалом в 1 час будем производить измерения температуры воды в термосах.
В результате нашего эксперимента мы получили: