Однажды осенью я была со своим классом на олимпиаде «Музеи, парки, усадьбы Москвы». Было холодно и мы устроили пикник с горячим чаем из термосов. Перед этим мы гуляли несколько часов, но чай при этом все равно был очень горячий. Мне стало очень интересно, как же работает термос?
В интернете я нашла информацию о том, что термос изобрел Джеймс Дьюар (рис. 1.)
Рис. 1. Джеймс Дьюар
Джеймс Дьюар – это шотландский физик и химик, который в 1881 году изобрел сосуд Дьюара, или в быту – термос. Благодаря этому изобретению он смог получить очень холодный жидкий водород! [1].
Цель работы:
1. Сравнить работу термоса и обычной банки.
2. Разобраться как работает термос.
3. Найти примеры термосов в естественной природе.
Опыт с термосом
Подготовка к эксперименту
Рис. 2. Предметы для эксперимента.
Для проведения эксперимента нам понадобились – термос, алюминиевая банка, чайник с кипятком, специальный градусник с диапазоном измерений от -10 до 110 градусов по Цельсию, секундомер, лабораторный журнал, молоток с керном, микро-дрель и пила. Данные предметы изображены на рис. 2.
Мы налили кипяток из чайника в термос и стали измерять температуру в термосе каждые 30 минут, как изображено на рис. 3.
Рис. 3. Измерение температуры воды в термосе
Все измерения мы заносили в лабораторный журнал (рис. 4). В начале у воды была температура 95 градусов. За 12 часов температура упала до 50 градусов. Вода остывала очень медленно!
Рис. 4. Протокол эксперимента по измерению температуры в термосе.
Опыт с алюминиевой банкой
Для того, что бы сравнить, как будет вести себя вода не в термосе, а в другой посуде, мы взяли алюминиевую банку и перелили кипяток из термоса в неё, что бы у воды был тот же объём (рис. 5.)
Рис. 5. Подготовка эксперимента по измерению температуры воды в алюминиевой банке.
Затем мы провели аналогичные измерения и занесли данные в наш лабораторный журнал (рис 6).
Рис. 6. Протокол эксперимента по измерению температуры в алюминиевой банке.
В этом случае температура воды упала до 50 градусов всего за один час. Это очень быстро! Разница с термосом составила 11 часов!
3. Испорченный термос
Что бы понять, откуда берется такая разница, мы решили немного «сломать» наш термос. Для этого мы сняли его крышку с донышка (рис. 7).
Рис. 7. Снятие крышки с донышка термоса.
Молотком и керном сделали углубление, что бы сверло не соскальзывало, (рис. 8) и начали сверлить отверстие в корпусе термоса.
Рис. 8. Подготовка термоса к просверливанию отверстия
Когда мы просверлили отверстие (рис. 9.), то раздался звук, входящего в термос воздуха.
Рис. 9. Просверленное отверстие в термосе.
Рис. 10. Протокол эксперимента по измерению температуры в испорченном термосе.
Далее мы повторили наш эксперимент. В этом случае температура воды опустилась до 50 градусов всего за три часа (рис. 10).
Наш термос стал похож на обычную алюминиевую банку! Нам стало интересно, как же он устроен, и мы решили его распилить!
4. Устройство термоса
После того как мы распилили термос, мы увидели, что он состоит из двух сосудов (рис. 11).
Рис. 11. Устройство термоса.
Один – внутренний, а другой – внешний, который мы видим. Между сосудами находится пространство, в котором находится вакуум. Именно вакуум и не даёт холодному стать теплым, а горячему остыть потому, что вакуум это пустота и через него тепло или холод не проходят! Так же у внутреннего сосуда зеркальные стенки, которые отражают тепловое излучение горячей жидкости.
5. Сравнение динамики остывания разных сосудов
Для того чтобы наглядно представить разницу во времени остывания термоса, алюминиевой банки и испорченного термоса, наши данные из лабораторного журнала мы занесли в электронные таблицы в компьютере. По этим данным мы построили график зависимости температуры от времени в наших трех экспериментальных сосудах. Он представлен на рис. 12.
Как видно из данного графика, все три сосуда вначале эксперимента имели практически одинаковую температуру около 95 градусов. Однако, алюминиевая банка остыла до 50 градусов очень быстро, за 1 час. При этом исправный термос остывал до 50 градусов очень долго, а именно целых 12 часов! А испорченный термос был близок к алюминиевой банке и остыл до 50 градусов всего за 2,5 часа. Исходя из этого, можно сделать вывод, что именно наличие вакуума между двумя сосудами в термосе является причиной такого его долгого остывания.
Рис. 12. График зависимости температуры от времени в трех экспериментальных сосудах.
6. Огромный летающий термос
Как вы думаете, какой самый большой термос всегда рядом с нами? Этот термос – наша земля! Взгляните на схематичное изображение земли на рис. 13. [2].
Рис. 13. Строение земли
Рис. 14. Температура разных слоев земли.
В самом центре Земли, в земном ядре температура достигает от 4000 до 5000 градусов по Цельсию. Мантия имеет температуру около 3500 градусов. Возле земной коры температура около 1000 градусов (рис. 14) [3].
Дальше идет очень тонкая, по сравнению с самой Землей литосфера и земная кора, на поверхности которой температура совсем не зависит от того, что внутри Земли! Таким образом, литосфера и земная кора хранят температуру внутри Земли, и является стенками огромного летающего термоса!
Заключение
1. Мы исследовали работу термоса и сравнили его с обычной алюминиевой банкой.
2. Мы изучили внутреннее устройство термоса и установили, что вакуум является необходимым условием сохранения температуры в термосе!
3. Мы нашли пример «естественного» термоса в нашей солнечной системе!
Библиографическая ссылка
Кондратенко А.Р. СОСУД ДЬЮАРА И ОГРОМНЫЙ ЛЕТАЮЩИЙ ТЕРМОС // Старт в науке. – 2018. – № 1. ;URL: https://science-start.ru/ru/article/view?id=1001 (дата обращения: 26.04.2024).