1 - Гуманитарно-педагогический лицей

Учреждение: МОУ «Гуманитарно-педагогический лицей».
Авторы работы: Сорвачёв Артём и Филатов-Бобров Даниил.
Научный руководитель: Лебедева Юлия Викторовна.
г. Ухта
2011 г.
Актуальность:
В настоящее время
проблеме сбережения
тепла уделяется
внимание как на
государственном, так и
на международном
уровнях.
Цель данной работы –
исследовать все
возможные способы
теплопотерь жилых
помещений.
Известны три основных способа передачи тепла от
нагретого тела холодному:
• Конвекция – перенос теплоты в
жидкостях, газах или сыпучих средах
потоками вещества.
• Излучение – процесс испускания и
распространения энергии в виде
тепловых (инфракрасных) волн.
• Теплопроводность – явление передачи
внутренней энергии от одной части
тела к другой или одного тела к
другому при их непосредственном
контакте.
Постановка опытов.
МОДЕЛЬ ЖИЛЬЯ
Банку мы наполняли горячей водой при температуре 90°.
Измерение температуры проводилось типовым термометром с
ценой деления в 1 градус и шкалой от 0° до 100° С. Интервал
времени измерений составлял 10 минут в течение 1ч. 20мин.
ОПЫТ 1. Влияние конвекции на теплопотери.
Для опыта были выбраны
открытая и закрытая крышкой
банки. В таблице показано
падение температуры с
течением времени.
СОСУД
t(°C) – температура
открытая
90
69
59
52
46
41
38
35
33
закрытая
90
71
65
60
55
50
49
46
42
0
10
20
30
40
50
60
70
80
T (мин.)
– время
Вывод: Теплопотери за счёт конвекции ускоряют охлаждение почти
в 2 раза. Для теплоизоляции необходимо утепление крыши и
потолка жилища, что предотвратит потери тепла за счет конвекции.
График остывания воды в открытой и
закрытой банках
100
90
90
90
открытая на
дереве
80
71
70
65
60
69
60
закрытая на
дереве
55
50
59
50
49
52
46
42
46
40
41
30
38
35
33
70
80
20
10
0
0
10
20
30
40
50
60
ОПЫТ 2. Влияние излучения на теплопотери.
В этом опыте горячая вода
помещалась в чёрный и белый
пакеты, расположенные внутри
банки. Результаты эксперимента
представлены в таблице.
СОСУД
с белым
пакетом
t(°C) – температура
90
67
55
52
50
49
44
41
39
с чёрным
пакетом
90
69
56
50
47
46
43
40
37
T (мин.)
– время
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Вывод: Закрытая банка с белым пакетом остывает от 90° до 40° за
70 минут. Закрытая банка с черным пакетом остывает так же за 70
минут. Таким образом, в ходе эксперимента с целлофановыми
пакетами не удалось выявить влияние излучения на теплопотери.
График остывания воды в банках с чёрным и
белым пакетами
100
90
90
закрыт. на
дереве с бел.
пакетом
90
80
67
70
69
60
55
52
56
50
50
40
50
49
44
47
закрыт. на
дереве с чёрн.
пакетом
46
43
41
40
30
39
37
20
10
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
T(время)
Проверка результатов.
Для проверки результатов исследований
мы посетили стройку нашего города –
Ледовый Дворец.
ОПЫТ 3. Влияние теплопроводности на теплопотери.
Банки с водой мы помещали
на деревянную и металлическую поверхности одинаковой толщины. В таблице
показано падение температуры с течением времени.
СОСУД
закр. на
дереве
закр. на
металле
T (мин.)
– время
t(°C) – температура
90
71
65
60
55
50
49
46
42
90
71
62
55
48
46
43
41
39
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Вывод: Закрытая банка на дереве с плохой теплопроводностью
остывает от 90° до 46° за 70 минут. На металле за 50 минут, что в
почти полтора раза быстрее. Это говорит, что для сохранения тепла
важно учитывать теплопроводность.
Проверка результатов.
Чередование конструктивных
слоёв и эффективных утеплителей в стене строящегося
Ледового Дворца.
В качестве утеплителя здесь Наружная
используют специальную
обшивка
каменную вату.
Каменная
вата.
Металлический
каркас
Производство минеральной ваты.
С помощью несложных экспериментов нам удалось убедиться
в том, что теплопроводность материала зависит от его плотности. Более пористые материалы проводят тепло хуже плотных.
пробирка с воздухом
металлический стержень
Исследование свойств минеральной ваты.
•
теплопроводность
Мы измерили плотность минваты,
сформировав её в куб (5*5*5см) и
измерив массу с помощью рычажных
весов.
ФОРМУЛЫ: ρ = m / V
m = 4,75г
V = 5 * 5 * 5 = 125см3
ρваты = 4,75г / 125см3 = 0,038г/см3 =
= 38кг/м3;
Полученное значение меньше плотности
ваты (80 кг/м3) и мха (130 кг/м3), поэтому
теплопроводность минваты меньше
данных материалов.
Исследование свойств минеральной ваты.
•
огнестойкость
Образец не горит, а тлеет.
При пожаре стены,
утеплённые минватой, не
будут гореть, что обеспечит
безопасность жилища.
•
гидрофобность
На фото видно, что капли воды не
растекаются по поверхности минваты и
не впитываются в материал, а сохраняют
сферическую форму.
Подведение промежуточных итогов:
Таким образом, мы убедились, что минвата очень лёгкая,
водостойкая и плохо горит. Эти свойства очень важны для
материала, утепляющего стены жилища.
ОПЫТ 4. Учёт всех видов теплопотерь.
В данном опыте сравнивались
остывание хорошо
теплоизолированной банки и
термоса – сосуда, где учтены
все виды теплопередач.
Результаты в таблице.
СОСУД
закр. и
обёрнут.
газетой
термос
T (мин.)
– время
t(°C) – температура
90
77
74
70
67
65
63
60
58
90
90
90
90
90
90
89
89
89
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Вывод: Обычная открытая банка остывает от 90° до 60° за 20
минут; теплоизолированная за 70 минут. Предотвращение всех
теплопотерь позволяет сохранять тепло в 3 раза дольше. Это
подтверждает термос, который остывал в течение 4-ёх суток.
График остывания воды в
теплоизолированной банке и термосе
100
90
90
90
90
90
89
89
89
89
89
90
Банка с
газетой
80
77
70
термос
74
70
60
67
65
63
60
58
70
80
50
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
60
T(время)
График остывания воды в
термосе
100
90
90
87
83
81
80
78
74
70
70
68
65
61
56
60
52
50
48
44
41
40
39
35
30
20
10
0
0
6
12
18
24
30
36
42
48
54
60
66
72
78
84
90
96
Обобщающие выводы
 Наибольшие теплопотери
происходят за счёт конвекции и
теплопроводности.
 Элементарное предотвращение
всех видов теплопотерь позволяет
сохранять тепло в 3 раза дольше.
 Качественная теплоизоляция –
гарантия финансовой экономии в
будущем.