Նյութը և էներգիան բնության մեջ

Հետազոտական նախագիծ՝ «Նյութը և էներգիան բնության մեջ»

Նկարագրություն՝ Նյութը և էներգիան բնության մեջ գտնվում են շարունակական ցիկլով և փոխադարձ կախվածության մեջ: 

Բնության մեջ նյութը գտնվում է տարբեր վիճակներում, իսկ ի՞նչ կասեք էներգիայի մասին: Կարո՞ղ է էներգիան գույն ունենալ: Կա՞ն վայրեր, որտեղ ընդհանրապես էներգիա չկա: 

Ի՞նչ է ցուրտը։  Ի՞նչ է ջերմությունը: Ինչի՞ց է կախված ջերմությունը (նյութի տեսակի՞ց, զանգվածի՞ց…) Հնարավո՞ր է ջերմությունը պահել, իսկ փոխանցե՞լ: Իսկ ինչպե՞ս է ջերմությունը փոխանցվում (ջերմահաղորդականություն, կոնվեկցիա, ճառագայթում)։ Ջերմությունը գույն ունի՞: Ո՞ր նյութն է լավագույնս մեկուսացնում: Մեկուսիչ նյութեր։ 

Չխառնվող տարաների փորձ․

Ձմեռային ճամբարի ընթացքում Պատանի հետազոտողների ջոկատի կողմից իրականացված նախագծեր՝

Նոր թվային չափիչ գործիքների նշանակությունն ու գործնական կիրառումը

Մոլորակների մեծ շքերթ

Ֆիզիկան մեկ գավաթ թեյի շուրջ

«Ես հետազոտող եմ․․․»

«Ձմեռը և ֆիզիկան» 

Հետազոտության համար անհրաժեշտ նյութեր. Ջերմաչափ/միջակայքը 0-100 °C/ ցանկալի է թվային՝ էլեկտրական (հեղուկային, ինֆրակարմիր), խոհանոցի չափիչ բաժակ, օշարակի չափման բաժակ 5-10 մլ, կաթոցիկ /կաթիլային մասշտաբի բաժանումներով, երկու միանման բաժակ, գրչի համար օգտագործվող թանաքի սրավակ, /միջուկ, յոդ, կիտրոն կամ քացախ, օսլա (մի ճաշի գդալ կարտոֆիլի օսլա՝ լուծված փոքր քանակությամբ սառը ջրի մեջ):

Պահանջվող նյութեր:

• Տարբեր նյութերից բաժակներ կամ բաժակները պատելու նյութեր (ալյումինե փայլաթիթեղ, կպչուն թաղանթ, թուղթ, ֆետր (քեչա), բամբակ, բուրդ):
• Ջերմաչափ (լավագույն դեպքում՝ թվային):
• Ժամացույց:
• Տաք ջուր (Էլեկտրական թեյնիկ):

Փորձի ընթացքը:

1. Կատարեք նախնական չափումներ՝ բաժակների կամ նյութերի տաքացման համար:
2. Տաք ջուրը լցրեք բաժակների մեջ՝ նույն ջերմաստիճանով (օրինակ՝ 70°C):
3. Յուրաքանչյուր բաժակը փաթաթեք տարբեր նյութերով կամ օգտագործեք տարբեր նյութերից պատրաստված բաժակներ։
4. Ամեն 3 րոպե չափեք ջրի ջերմաստիճանը և գրանցեք տվյալները (10 րոպե տևողությամբ):
5. Հետևեք, թե ո՞ր նյութի դեպքում ջերմաստիճանն ամենաշատն իջավ և ո՞ր դեպքում մնաց ամենափոքր փոփոխությամբ։

Ի՞նչպիսի պարտադիր պայմաններ է անհրաժեշտ պահպանել․ 

• Բաժակներում ջրի սկզբնական ջերմաստիճանը պետք է լինի նույնը։
• Փորձի սենյակի ջերմաստիճանը պետք է լինի կայուն։
• Նյութերը պետք է ունենան նույն ծածկույթի հաստությունը (օրինակ՝ 1 շերտ բրդյա կտոր, 2 շերտ փայլաթիթեղ)։

Վերջնական արդյունք.

Նյութերը, որոնք առավել դանդաղ են փոխանցում ջերմությունը, հանդիսանում են լավագույն ջերմամեկուսիչները։ Փորձի ընթացքում գրանցված տվյալների վերլուծության արդյունքում մեր ձեռքի տակ եղած նյութերի միջից դա ապակին էր։

1․ Ի՞նչ է ցուրտը: Ցուրտը ուղղկիորեն հստակ սահմանում չունի, դա ուղղակի ջերմության բացակայություն է։ Այնուամենայնիվ, դուք կարող եք նկատել ցուրտը ջերմային տեսախցիկի միջոցով, ինչպես նաև զգալ այն կատարելով հետևյալ փորձերը։ 

Փորձ 1․ Չափեք ձեր ձեռքի ջերմաստիճանը ինֆրակարմիր ջերմաչափով: Տեղադրեք այս ձեռքը պատին և սպասեք 30 վայրկյան: Այնուհետև մյուս ձեռքը դրեք պատին: Կարո՞ղ եք զգալ տարբերությունը: Չափելու համար օգտագործեք ինֆրակարմիր ջերմաչափ ձեռքի ջերմաստիճանը, որը դիպել է պատին ավելի քան 30 վայրկյան: Ի՞նչ է պատահել։

Вы отправили

2․ Ի՞նչ է ջերմությունը: Մասնիկների ներքին էներգիան փոխանցելու ուղիներից մեկը։ - Ինչի՞ց է այն կախված: կախվա՞ծ է արդյոք նյութի տեսակից, զանգվածից կամ այլ պարամետրերից ... Հնարավո՞ր է ջերմություն փոխանցել: Այո, բայց դա հաճախ կապված է կորուստների հետ... Ինչպե՞ս չափել ջերմությունը և ինչպե՞ս քչացնել կորուստները։

- Գույն ունի՞ արդյոք ջերմությունը: (Այո, ջերմային տեսախցիկները օգտագործվում են ջերմության բաշխման տարբերությունները ցույց տալու համար): (Տանը կարո՞ղ եք տեսնել ջերմության կորուստ միգուցե ընդհանրապես տաք չէ? այո, բայց հիշենք, որ տարածության 95%-ը մութ նյութ է և մութ էներգիա, բայց եթե խոսենք սովորական էներգիայի այդ 5%-ի մասին, ապա եթե ջերմաստիճանը իջնի բացարձակ զրոյի, մասնիկները դադարում են շարժվել, այնպես որ նրանց կինետիկ էներգիան իջնում է զրոյի, ուստի ջերմություն չի լինի, կամ մեր սարքավորումները չեն հայտնաբերի այն:

3․ Հնարավո՞ր է ջերմությունը «թաքցնել» պահել: 

Փորձ 3. Ո՞ր նյութն է լավագույնս մեկուսացնում: 

Մաս 1. Տաք ջուր տարբեր նյութերից պատրաստված բաժակներում /2-րդ տարբերակում միևնույն նյութից պատրաստված բաժակները փաթաթել տարբեր նյութերով (ալյումինե փայլաթիթեղ, կպչուն ժապավեն (Скоч), թուղթ, ֆետր, բամբակ, բուրդ) և ջերմաչափի օգնությամբ հետևել ջերմաստիճաններին՝ գրանցել տվյալները յուրաքանչյուր վայրկյանը մեկ, ո՞ր բաժակի մեջ է ջրի ջերմաստիճանն ամենաշատը իջել: Անհրաժեշտ պայման՝ բոլոր նյութերից պատրաստված բաժակների համար ջրի ակզբնական ջերմաստիճանը նույնը պետք է լինի: 

Մաս 2. Սառույցի խորանարդը տեղադրեք տարբեր նյութերից պատրաստված բաժակների մեջ և սպասեք 5 րոպե և ստուգեք, թե որտեղ է այն ամենից շատ հալվել, արդյոք նույն նյութը շահե՞լ է:

Այս փորձը նպատակ ունի հասկանալ, թե ո՞ր նյութերն են լավագույն ջերմամեկուսիչները, և արդյո՞ք այդ նյութերը նույն կերպ են գործում ինչպես տաք ջրի դեպքում, այնպես էլ սառույցի պահպանման ժամանակ։ Ստորև ներկայացված են մանրամասները.

Մաս 2. Սառույցի հալման փորձ

Պահանջվող նյութեր:

• Նույն բաժակները կամ նյութերը, որոնք օգտագործվել են 1-ին մասում։
• Սառույցի խորանարդներ (բոլորն ունեն նույն չափը՝ փորձի տեսանելիությունը ակնհայտ դարձնելու համար լավ կլինի սառցե խորանարդիկները գունավ լինեն):
• Ժամացույց:

Փորձի ընթացքը:

1. Տեղադրեք սառույցի նույն չափի խորանարդները բաժակների մեջ (կամ բաժակները պատված նույն նյութերով):
2. Սպասեք 5 րոպե նույն պայմաններում:
3. Ստուգեք, թե որ բաժակում կամ նյութի դեպքում սառույցն ամենից շատ և արագ հալվեց։

Կարևոր է պահապնել հետևյալ պայմանները՝

• Սառույցի խորանարդները պետք է լինեն նույն չափսի։
• Սենյակի ջերմաստիճանը պետք է լինի նույնը։
• Նյութերը պետք է նույն հաստության լինեն։

Համեմատություն.

• Տեսեք, արդյոք 1-ին մասում լավագույն ջերմամեկուսիչ նյութը նույն հաջողությունն է ցուցաբերում սառույցի պահպանման դեպքում։
• Եթե միևնույն նյութը «հաղթում» է երկու փորձերում, ապա այն ամենալավ ջերմամեկուսիչն է։

Վերլուծություն և եզրակացություն

Այս փորձը ցույց կտա, որ նյութերի ջերմամեկուսիչ հատկությունները կարող են նույնն լինել թե՛ ջերմության պահպանման, թե՛ սառնությունը պահպանելու դեպքում, քանի որ երկուսն էլ կապված են ջերմության փոխանակման դանդաղեցման հետ։ Այսպիսով, դուք կգտնեք լավագույն մեկուսիչը՝ լինի դա ֆետր, բուրդ, թե այլ նյութ։

Փորձի արդյունքներ.

• Մեկուսիչ նյութերը, որոնք թույլ են փոխանցում ջերմությունը (օրինակ՝ բուրդ, ֆետր), ամենաարդյունավետը կլինեն թե՛ տաք ջրի ջերմաստիճանը պահպանելու, թե՛ սառույցի հալման դանդաղեցման համար։
• Ալյումինե փայլաթիթեղը, լինելով լավ ջերմահաղորդիչ, կարող է թույլ մեկուսիչ լինել։

5․ Իսկ ինչպե՞ս է ջերմությունը տեղափոխվում: Կոնվեկցիա («ինչ-որ բան» ավելի քիչ խիտ շարժվում է դեպի վեր) ջերմային հաղորդունակություն (մարմինների շփում և հավասարակշռության ցանկություն), ճառագայթում (հեռավորության վրա ջերմությունը փոխանցվում է էլեկտրամագնիսական ալիքի միջոցով) 

Փորձ 5/ա. Դիֆուզիոն (թանաք սառը ջրի մեջ, թանաք տաք ջրի մեջ՝ ավելացված կիտրոնով. գիտությո՞ւն, թե՞ մոգություն:) 

Փորձ 5/բ. Գունավոր սառույցի խորանարդ, որը լողում է տաք ջրի մակերեսին: 

Փորձ 5/գ (չխառնվող տարաներ)։ Միևնույն ձևի երկու տարաների մեջ լցնել տաք և սառը ջուր։ Նախապես տաք ջուրը գունավորել կարմիր, սառը՝ կապույտ գույնով։ Տաք ջուրը փակել քարտով և զգուշորեն շրջելով տեղադրել սառը ջրով անոթի կամ բաժակի վրա։ դիտել թե ի՞նչ է տեղի ունենում, կատարել հակառակը՝ սառը տեղադրել տաքի վրա՝ բացատրել փորձերի արդյունքը։