термос

Сборник ученических исследовательских работ
«ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА ПО ФИЗИКЕ НА
ТЕМУ «ТЕРМОС»
Выполнила: ученица 8 класса МБОУ “Междуреченская СОШ №6”
Пинежского района Архангельской области
Гапонова Яна Александровна
Руководитель: учитель физики МБОУ “Междуреченская СОШ №6”
Пинежского района Архангельской области
Худякова Оксана Геннадьевна
Аннотация
Рассмотрели устройство термосов, изучили многообразие термосов, создали свой вариант термоса.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования.
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.
Между тем, изобретатели прототипов термоса были далеки от
коммерции. Термос по своим свойствам сохраняет температуру пищи
или жидкости. Поэтому его удобно брать на рыбалку, охоту или на
работу. 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 от 500 до 1000 рублей.
Это и определило проблему нашего исследования:
Какой термос стоит покупать? Как не ошибиться в выборе? На
что стоит обращать внимание при покупке? Возможно ли изготовить
термос в домашних условиях, затратив минимум усилий и средств?
Таким образом, цель нашей работы: исследовать имеющиеся
термосы на способность сохранять тепло и их свойства, обеспечивающие удобство и практичность для использования в повседневной
жизни, изготовить термос в домашних условиях.
Исходя из цели исследования, были поставлены следующие
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,
1
Сборник ученических исследовательских работ


представить рекомендации для покупателей термосов.
изготовить термос из подручных материалов.
Методы исследования:

поиск информации

систематизация сведений

сравнение

практическое создание нескольких моделей
Гипотеза: конструкция термоса основана на физических законах,
которые необходимо учитывать при создании термоса.
Научная новизна: разработана новая конструкция термоса из
подручных материалов.
Практическая значимость: прибор может использоваться в быту.
1. 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.
В 1881 немецкий физик Адольф Вейнхольд стал использовать стеклянный ящик с двойными стенками с откачанным воздухом из пространства меж стенок для хранения сжатого кислорода, а в 1892 году
другой известный ученый Джеймс Дьюар улучшил конструкцию, изготовив этот контейнер в виде колбы с узким горлом и покрыв внутреннюю часть тонким слоем серебра. Для удобства эта колба подвешивалась на пружинах в металлическом кожухе. 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. Заявка
на патент была подана 30 сентября 1903 года. В настоящее время
срок патента истёк. Права на использование торговой марки Thermos
принадлежат китайской компании Тhermos L.L.C., выпускающей термосы под этим брендом.
Сосуд Дьюара
в немецком музее
Фрагмент заявки
на патент термоса
(U.S.Patent872 795)
от 23 октября1906 года
2
Сборник ученических исследовательских работ
2. Устройство и виды термосов
Чтобы сохранить жидкость горячей нужно как можно дольше препятствовать передаче тепла от содержимого термоса окружающему воздуху. А чтобы сохранить лед в термосе от таяния — нужно наоборот,
предотвратить передачу тепла от окружающего термос воздуха льду.
Тепло может передаваться посредством:
Теплообмена
Излучения
Конвекции
Конструкция
Основной элемент термоса —
колба из стекла или нержавеющей стали
с двойными стенками, между которыми
создан вакуум для уменьшения теплопроводности с внешней средой.
Внутренние поверхности стеклянной колбы покрывают слоем из
отражающего, зеркального материала – это даст отражение излучения. Наружный корпус термосов со стеклянной колбой изготавливается из пластмассы или металла – пластик плохой проводник тепла,
поэтому теплообмен небольшой.
Термос - вид бытовой теплоизоляционной посуды для продолжительного сохранения более высокой или низкой температуры продуктов
питания, по сравнению с температурой окружающей среды.
Виды термосов
Термосы для напитков
Термосы с пневмонасосом
Пищевые термосы
Универсальные термосы
Пищевые термосы с судками
3. 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.
3
Сборник ученических исследовательских работ
Вид
Метал.
1л
Метал.
2л
Стекл.
1л
Стекл.
2л
В результате нашего эксперимента мы получили:
0
1ч
2ч
3ч
4ч
5ч
100°С
96°С
93°С
91°С
89°С
87°С
6ч
85°С
100°С
98°С
95°С
93°С
90°С
88°С
87°С
100°С
97°С
95°С
93°С
91°С
90°С
89°С
100°С
98°С
96°С
94°С
92°С
91°С
90°С
Представим результаты наших экспериментов в виде графиков зависимостей температуры воды в термосах от времени.
4
Сборник ученических исследовательских работ
Анализ результатов эксперимента:
Все исследованные термоса показали очень высокий результат: в
течение 6 часов все термоса сохраняют температуру воды более
85°С.
Можем сделать вывод: термоса со стеклянной колбой лучше сохраняют тепло и, кроме того, чем больше объем термоса, тем лучше он
сохраняет тепло.
5
Сборник ученических исследовательских работ
4. Изготовление термоса из подручных материалов
Чтобы сделать хороший термос, нужно как можно сильнее
уменьшить передачу тепла каждым из способов.
Чтобы уменьшить потери тепла, попробуем взять обычную бутылку с крышечкой и обмотать ее теплоизолирующим материалом,
например, теплошумоизоляцией с блестящим слоем – это даст эффект зеркала и излучение будет отражаться вовнутрь. Далее “обертывание” пеной - это позволит нам избавиться от большей части передачи тепла: застывшая пена плохой проводник тепла, поэтому теплообмен небольшой. Воздух, заключенный в пузырьках еще лучший
изолятор, а так как каждый пузырек герметичен, и воздух заперт в
нем, то уменьшается теплопередача за счет конвекции.
Итак, для работы нам понадобится:
бутылки 1 л. и 2 л.(более крепкие из пластмассы),
теплошумоизоляция с блестящим слоем (остатки от домашних работ),
скотч, монтажная пена, очиститель пены, канцелярский нож.
Обворачиваем бутылку блестящим слоем вовнутрь, затем закрепляем
скотчем, покрываем сверху пеной, даем сутки затвердеть, лишнюю
пену убираем канцелярским ножом. Тоже самое проделываем и
пробкой.
Точно также изготавливаем термос 1л.
6
Сборник ученических исследовательских работ
Для проведения эксперимента нам понадобятся:

изготовленные термосы,

часы,

термометр с пределом измерения до 150°С,

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.
Вид
1л
2л
0
100°С
100°С
Результаты исследований:
1ч
2ч
3ч
4ч
94°С
90°С
83°С
77°С
95°С
89°С
83°С
79°С
5ч
71°С
74°С
6ч
65°С
70°С
Представим результаты наших исследований в виде графиков зависимостей температуры воды в термосах от времени.
Анализ результатов эксперимента:
Сделанные своими руками термоса показали неплохой результат: в
течение 6 часов все термоса сохраняют температуру воды более
65°С.
Можем сделать вывод: термос большего объема лучше сохраняет
тепло воды, и она пригодна, например, для заваривания чая в пакетиках.
Мы сделали неплохой термос — почему вода в нем все-таки
остывает через несколько часов, а не остается горячей длительное
время? Во-первых, мы не смогли полностью изолировать объем — у
нас осталось горлышко, которое не изолировано сверху никак. Кроме
7
Сборник ученических исследовательских работ
того, зеркальная поверхность не сможет отражать все лучи, даже хорошее новое зеркало отражает не боле 90% лучей, а старое, покрытое пылью, — не больше 70%.
Достоинства изготовленных термосов:
для их создания не требуются дорогостоящие материалы,
намного легче (по массе) своих заводских аналогов.
Недостатки изготовленных термосов:
для изготовления термосов своими руками необходимо хорошо промыть и высушить применяемые бутылки.
Сравнение характеристик заводских и самодельных термосов.
Сравним температуру воды в термосах (1л и 2л) через одинаковый
промежуток времени и представим результаты в виде графиков.
5.
8
Сборник ученических исследовательских работ
Исходя из графических зависимостей мы можем сделать выводы:
температура воды в заводских термосах больше в 1,1 -1,4 раза и
отношение температур для 2л термосов меньше, т.е. чем больше
объем термоса, тем более длительное время он может поддерживать
температуру воды.
Вывод: термосы, изготовленные в заводских условиях могут обеспечить нас горячим чаем более длительное время, чем наши самодельные,
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При выборе термоса в магазине покупатели могут воспользоваться
следующими рекомендациями:

Термосы со стальной колбой хуже удерживают тепло, чем термосы со стеклянной колбой.

Чем больше объем термоса, тем лучше он сохраняет температуру.
 Наиболее практичными является металлические термосы.
 При покупке термоса необходимо: узнать название производителя, его адрес и найти отметку о времени активной работы
термоса на корпусе или в паспорте; лучше отдать предпочтение металлической колбе, колба в термосе должна быть тщательно закреплена и не должна иметь резкого запаха; корпус
термоса не должен нагреваться.
Таким образом, в ходе нашего исследования мы достигли целей
нашей работы: исследовали имеющиеся термосы на способность сохранять тепло и их свойства, обеспечивающие удобство и практичность для использования в повседневной жизни, изготовили термос в
домашних условиях.
В процессе выполнения работы были полностью решены поставленные задачи, т. е.

изучили историю создания термоса,

рассмотрели устройство термоса,

исследовали разнообразие термосов на современном потребительском рынке,

определили термосы, которые лучше других сохраняют тепло,

выяснили, как зависит скорость остывания воды от объема
термоса, какая колба лучше сохраняет тепло,

представили рекомендации для покупателей термосов,

изготовили термос из подручных материалов.
Мы подтвердили гипотезу нашего исследования: конструкция
термоса основана на физических законах, которые необходимо учитывать при создании термоса.
9
Сборник ученических исследовательских работ
ЛИТЕРАТУРА И ССЫЛКИ
1. Википедия
2. Google-картинки
3. Яндекс-словари
4. А.В.Перышкин. Физика. 8 класс: Учебник для общеобразовательных учреждений. Москва: Дрофа, 2011 г.
10