Лаборатория открытий. Учебный проект "Самодельный термос"

Вы уверены, что знаете, как работает термос? На нашем последнем занятии в Лаборатории открытий мы узнали, что главный секрет сохранения теплоты буквально витает в воздухе!

Началось занятие с проблемной ситуации. Мы с ребятами собираем вещи в предполагаемый зимний поход.

Справились с заданием очень быстро, откладывая в сторону предметы, которые будут лишними или их можно заменить другими. Споры разгорелись на одном предмете - термосе. В  ходе  обсуждения выяснилось,  что этот удивительный предмет одинаково  хорошо  работает  «в  обе  стороны»  –  и  с  горячим,  и  с холодным содержимым. Если напиток горячий – термос сохраняет тепло, если холодный – не дает ему нагреться.  

Почему же вода не остывает (не нагревается) в термосе? Чтобы ответить на этот вопрос, мы попробуем смастерить из подручных материалов простейшую модель термоса.

Нам понадобились:

✅ стеклянная бутылка;

✅ пластиковая бутылка;

✅ алюминиевая фольга;

✅ пластилин и изолента.

Обсуждаем, что и как будем делать. Очень рада, что абсолютно до всех нюансов ребята "докопались" самостоятельно с помощью мозгового штурма. 

Применяем ранее полученные знания: ребята вспомнили, что воздух - прекрасный теплоизолятор. Легко догадались, что нужно поместить маленькую стеклянную бутылку в большую пластиковую. За счёт разницы в размере появится достаточно большой объём воздуха. Понятно, что нужно будет разрезать пластиковую бутылку, но ребята уже прекрасно усвоили, что лучше 7 раз отмерить, чтобы 1 раз точно отрезать. 
Первая идея была разрезать пополам, но тогда снизу стеклянная бутылка станет на дно и воздушной подушки не будет, а значит будет теплопотеря.

Решили, что нужно что-то поместить на дно большой бутылки, чтобы у маленькой стеклянной не было контакта с охлаждающими поверхностями напрямую. Отрезаем верхнюю часть бутылки вместе с крышкой.

Оставшуюся бутылку решено разрезать пополам. Решили делать всё с точными измерениями. 

Примеряем...

Фиксируем конструкцию с помощью пластилина

Обернули внутреннюю бутылку фольгой — она отражает тепло!

Собираем термос
Верхняя часть закрепляется винтовой крышкой (диаметр верхнего среза подбирали под диаметр горлышка стеклянной бутылочки)

Соединяем две части

Надёжно изолентой закрыли линию разреза, чтобы создать герметичность. С этой же целью верхнюю часть модели обматываем в несколько слоёв фольгой, оставляя лишь крышку. 

Готовимся к испытаниям. Будем в термос заливать горячую воду, поэтому нужно максимально быстро попробовать остудить её. Для этих целей идеально подойдёт водопроводная вода и большая ёмкость. 

Подогрели воду. Набрали её в бутылку из расчёта, что этого объёма хватит на две одинаковые ёмкости, одна из которых легла в основу модели нашего термоса, а вторая будет выступать контрольным образцом. 

Измеряем температуру горячей воды

Наполняем контрольную ёмкость этой водой до отметки

Переливаем эту воду в наш термос. Очень рада, что ребята отметили, что эта вода будет холоднее, так как уже частично остыла из-за контакта с бутылкой. Мы будем учитывать этот факт при подведении итогов.

Закрываем крышкой термос

Наполняем контрольную ёмкость до отметки и закрываем крышкой

Одновременно погружаем две ёмкости в контейнер с холодной водопроводной водой

Замечаем сопротивление воды при погружении термоса. Ответ очевиден: воздух не даёт погрузиться (проект "Подводная лодка"). Решено насильно удерживать "подопытного" на дне.

Чтобы время ожидания прошло быстрее, смотрим серию мультфильма "Фиксики" про термос

Фиксики - Термос | Познавательные образовательные мультики для детей, школьников

Прошло 7 минут, а время занятия истекает

Подводим итоги

Одновременно извлекаем образцы

Открываем

Измеряем температуру воды в контрольной ёмкости

Очень боимся, что не работает наш термос. С трепетом и волнением проводим измерения температуры

УРА! У нас всё получилось!!! Температура с разницей чуть выше 20 градусов и с учётом теплопотери при изначальном переливании! 

Почему воздух плохо проводит тепло? 

В газах (воздухе) молекулы расположены далеко друг от друга, а чтобы передать  теплоту,  им  необходимо  столкнуться.  Маленькие  человечки очень  подвижны  и  находятся  в  постоянном  хаотическом  движении. Они не могут собраться все в одном месте и передают тепло, только во время столкновения, а сталкиваются они не так часто. Поэтому процесс передачи теплоты происходит достаточно медленно. 

Современные  пластиковые  окна  аналогичны  по  конструкции. Стеклопакет состоит из нескольких стекол, между которыми находится слои воздуха,  поэтому  такое  окно  также  хорошо  удерживает  тепло.  Пластиковая рама содержит перегородки и состоит из нескольких воздушных камер, плохо проводящих тепло. 
Воздух,  находящийся  в  отверстиях  кирпича,  является  плохим проводником тепла, следовательно, в доме из этого кирпича будет теплее.
Воздух плохо проводит не только тепло, но и холод. Зимой, когда снег покрывает  землю,  земля  под  снегом  остается  теплой.  Благодаря  наличию между  снежинками  свободного  пространства,  в  котором  находится  воздух, снег вместе с воздухом создает своеобразный тепловой экран и не пропускает холод.  Озимые  могут  вымерзать  при  недостаточном  количестве  снега  (или полном его отсутствии).  

Следите за нашими новостями, впереди у нас ещё несколько очень интересных проектов!