Устройство термоса.

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа №47»
Школьная НПК «Шаг в будущее»
Изучение теплоизолирующих свойств
самодельных термосов.
Выполнили: Михайлова Нина,
Григорьева Ольга, 8 «Б» класс
Руководитель: Гармаева ЕС
Улан-Удэ
2012
1
Оглавление
1.
Введение
2.
Основная часть
2
2
2.1. Устройство термосов
3
2.2. История
5
2.3. Исследование
6
2.4 Результаты исследования
3.
Заключение
7
4.
Список литературы
7
5.
Приложения
8
2
Введение
В начале учебного года мы начали изучение физики с раздела
«Тепловые явления», где нам было дано задание: изготовить термос из
любых подручных материалов. На следующем уроке мы защищали свои
модели термосов. Нам стало интересно: чей термос лучше сохраняет тепло,
какой материал обладает большей теплоизоляцией.
Цель
исследования:
исследование
теплоизолирующих
свойств
самодельных термосов; задачи: изучить научную литературу, провести
экспериментальное исследование, составить рекомендации по подбору
материалов при изготовлении самодельных термосов.
Объект исследований: самодельные термосы, предмет исследования:
теплоизолирующие свойства материалов самодельных термосов. Методы
исследования: анализ научной литературы, эксперимент.
Основная часть
Устройство термоса.
Те́рмос
—
вид
бытовой
теплоизоляционной
посуды
для
продолжительного сохранения более высокой или низкой температуры
продуктов питания, по сравнению с температурой окружающей среды,
является разновидностью сосуда Дьюара.
Основной элемент термоса — колба (сосуд Дьюара) из стекла или
нержавеющей стали с двойными стенками, между которыми выкачан воздух
(создан вакуум) для уменьшения теплопроводности и конвекции между
колбой термоса и внешней средой. Для уменьшения теплового излучения,
внутренние
поверхности
стеклянной
колбы
покрывают
слоем
из
отражающего, зеркального материала. Наружный корпус термосов со
стеклянной колбой изготавливается из пластмассы или металла, колба из
металла одновременно является корпусом термоса. Сосуд закупоривают
пробкой, а футляр сверху закрывают крышкой.
3
История создания.
История привычного для нас бытового термоса начинается в далеком
прошлом. Своим появлением термос обязан нескольким научным открытиям.
Одно из них – открытие вакуума еще в XVII веке. Вакуум – это разреженный
газ с давлением намного ниже атмосферного. Вакуум получают, откачивая из
сосуда воздух. При этом немногие оставшиеся молекулы газа свободно
«летают» по сосуду, практически не сталкиваясь друг с другом. При
исследовании вакуума было обнаружено, что он очень плохо проводит тепло.
Это и понятно: поскольку молекулы не сталкиваются, они не могут
обмениваться энергией. Поэтому, если в пространстве между горячим и
холодным телами находится вакуум, то температура этих тел очень долго не
выравнивается. Эта идея и легла в основу изобретения термоса. Удивительно,
но термос был придуман вовсе не для сохранения тепла, а наоборот – чтобы
не дать нагреться своему содержимому. Необходимость создания подобного
устройства появилась в XIX веке при исследовании сжиженных газов,
которые уже научились получать, но не могли хранить.
В 1881 году немецкий физик Адольф Фердинанд Вейнхольд изобрел
теплоизолирующий контейнер. Это был стеклянный ящик с двойными
стенками, из пространства между которыми он откачал воздух. Этот
контейнер имел существенный недостаток – газ из него быстро испарялся. В
1892 году шотландский физик и химик Джеймс Дьюар усовершенствовал
контейнер Вейнхольда. Он изготовил стеклянную колбу с двойными
стенками, посеребренными изнутри для отражения теплового излучения и с
узким горлом для снижения испарения. Из пространства между стенками был
откачан воздух. Конструкция получилась очень хрупкая, и Дьюар подвесил
её на пружинах внутри металлического кожуха. Это и был прототип
современного термоса, созданный исключительно для научных целей.
Благодаря своему теплоизолирующему сосуду Дьюар первым в мире
получил и смог сохранить жидкий и даже твердый водород.
4
Сейчас сосудами Дьюара (или просто дьюарами) называют сосуды для
длительного
хранения
вещества
при
повышенной
или
пониженной
температуре. Создатель идеи термоса не рассчитывал на коммерческое
использование своего детища. Мысль о перспективе применения сосудов
Дьюара в быту пришла в голову одному из учеников Дьюара – Рейнольду
Бергеру, производившему стеклянные инструменты. Он объявил конкурс на
лучшее название «вакуумных фляжек». В результате было выбрано название
«термос» (от греческого «терме», то есть горячий), придуманное одним из
жителей Мюнхена. В 1904 году Бергер основал фирму Термос (Thermos
GmbH), которая начала выпускать и продавать сосуды Дьюара, сделав их
более компактными и снабдив крышечкой-стаканчиком. Так началось
традиционное применение термоса для хранения горячих и холодных
напитков. В 1907 году копания Thermos GmbH продала права на торговую
марку Thermos американской фирме American Thermos Bottle Company,
британской Thermos Limited и канадской Canadian Thermos Bottle Co. 3
декабря
1907 года фирма Thermos Bottle Company получила патент США №
872795 на «Сосуд с двойными стенками и вакуумом между ними». В
качестве разработчика в нем значится Рейнольд Бюргер. Он и по сей день
считается в Германии изобретателем термоса. Термосы вскоре стали
пользоваться очень большим спросом. Они использовались в первых
экспедициях на Южный Полюс, к Северному полярному кругу, в
экспедициях в Африку. Термос стал популярен во всем мире. Название
торговой марки «Термос» стало нарицательным. Компания Thermos GmbH
существует и сегодня. Конструкция современного термоса принципиально
не
отличается
от
термоса
1904
года,
хотя
появился
целый
ряд
усовершенствований. Например, стали выпускать термосы с колбой из
нержавеющей стали, которую уже не покрывают серебром, а полируют.
Такой термос гораздо прочнее стеклянного. Появились удобные пробки,
которые не нужно отвинчивать полностью, чтобы вылить и даже налить в
5
термос содержимое, и крышки-помпы. В термосах стали хранить не только
напитки, но и еду.
Исследование:
Предметы и материалы:
Самодельные термосы учеников восьмых классов.
Спиртовые термометры.
Мерный стакан.
Вода.
Для проведения нашего эксперимента мы взяли 16 самодельных
термосов, которые изготовили наши одноклассники и ученики параллельных
классов. В каждый из них мы наливали 40мл воды и измеряли ее температуру
с помощью спиртовых термометров. Затем закрывали термос и повторяли
измерения через каждые пять минут. Все изменения температуры
регистрировали (см.приложение №1). Повторяли опыт 3 раза,
затем мы
вычислили разницу между начальной и конечной температурами термосов в
течение 15 минут.
Результаты исследования.
В ходе нашего исследования мы определили, что при использовании
ваты как утеплителя теплоизоляция гораздо лучше, чем, если использовать
ткань или бумагу. Также в ходе опыта было доказано, что сосуды, имеющие
внутренний отражатель также
имели наибольшую теплоизоляцию. В
результате исследования нами была построена таблица, где указывалась
температура воды в определенный промежуток времени, и была найдена
разница между начальной и конечной температурами. (см. приложение № 2)
Заключение.
Сегодня термос – это незаменимая посуда и в быту, особенно
в
путешествиях, и на работе. А для тех, кто долгое время проводит за рулем
термос – настоящее спасение. В ходе наших исследований мы доказали, что
термос можно сделать и в домашних условиях. Самый простой и
теплосберегающий термос ( по нашим исследованиям термос №13) можно
6
сделать из пластиковой или жестяной банки, утеплителя в нашем случае это
вата) и из маленького внутреннего сосуда (колбы), в нашем случае он
стеклянный, в качестве отражателя можно использовать фольгу.
Список литературы:
1. ГОСТ Р 51968-2002. Термосы бытовые с сосудами из стекла.
Общие технические условия.
2. Хранить тепло и холод: термос.
механика», март 2005г.
Журнал «Популярная
7
Приложения
Описание термосов: (приложение№1)
№
Колба/отражатель
1
стеклянная банка
2
стеклянная
бутылочка,
отражатель-фольга.
3
Жестяная банка.
Между банками по
всей площади
расположен
строительный
утеплитель.
Внешний сосуд
Жестяная
банка, с двух
сторон
обклеенная
фольгой
пластиковая
бутылка
Внешняя
сторона
полностью
заклеена
фольгой.
стеклянная
банка
«Утеплитель»
Крышка
смятая фольга
две крышки:
внешняя с двух
сторон заделана
фольгой
мишура
Крышка
неплотно
закупоривает
бутылку.
Строительный
утеплитель
Две крышки,
внутренняя
крышка имеет
строительный
утеплитель
4
Жестяная банка.
стеклянная
банка.
ткань.
Две крышки,
верхняя
полностью
обклеена
фольгой.
5
Жестяная банка.
Верхняя часть
внутренней
емкости залита
воском.
стеклянная
банка.
вата.
Одна плотная
крышка.
6
пластиковой
бутылки
Пластмассовая
баночка.
Утеплитель –
воздушное
пространство
между
емкостями.
7
Жестяная банка
стеклянная
банка.
Утеплитель –
пластилин
Крышка с
внешней
стороны
обклеена
фольгой.
Две плотно
закрывающиеся
крышки.
8
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Жестяная банка
жестяная банка.
Утеплитель –
шерсть и ткань.
Подклад –
строительный
утеплитель.
Стеклянная банка. Жестяная банка
Внутри у
крышки и
банки – фольга.
мятая фольга.
Снаружи по
Внутри
Стеклянная
всей
пластиковая банка.
банка,
поверхности
банка обклеена
фольгой.
стеклянная банка.
Утеплитель –
Снаружи обклеена Жестяная банка
ткань.
фольгой.
Жестяная банка
Между подкладом
стеклянная
Подклад –
и внутренней
банка
поролон.
банкой – фольга
стеклянная
банка. Снаружи утеплитель –
Пластиковая банка
обклеенная
вата.
фольгой
Жестяная банка
Между
стеклянная
Утеплитель –
утеплителем и
банка.
ткань и вата.
банкой фольга.
пластиковая
бутылка
Жестяная банка
пластиковая
баночка.
Утеплитель –
влажные
салфетки.
вата. Верхняя
две стеклянные крышка внутри
банки.
имеет подклад
также из ваты.
Две крышки.
Внутренняя
крышка
обклеена
фольгой.
Две
недостаточно
прочные
крышки.
Две плотные
крышки.
Две крышки.
Две плотные
крышки.
2 крышки
Две крышки,
снаружи
обклеены
фольгой.
1крышка.
внутренняя
часть обклеена
скотчем.
Каждая банка
закрыта
крышкой.
9
Таблица исследования (приложение № 2)
№
термоса
Промежуток времени (мин.).
/Температуры воды (0 С)
Разница между начальной и
конечной температурами
0
5
10
15
1.
63
52
46
41
22
2.
59
45
41
41
18
3.
60
52
44
44
16
4.
56
43
36
31
25
5.
64
49
44
39
25
6.
64
53
42
42
22
7.
72
62
57
54
18
8.
53
45
39
35
18
9.
60
55
40
35
25
10.
66
46
38
35
31
11.
70
64
62
67
23
12.
40
38
32
25
15
13.
59
52
50
45
14
14.
53
43
37
33
20
15.
54
39
34
32
22
16.
54
43
41
40
14
10
Фрагмент патента на термос Рейнольда Бюргера (приложение№3)