"ОХЛАЖДЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ, ЭФФЕКТ МПЕМБЫ" (1749,4 Кб)

ОХЛАЖДЕНИЕ
ЖИДКОСТЕЙ,
ЭФФЕКТ МПЕМБЫ
Клейменов Максим,
5 класс, г.Москва
Руководитель:
Лозовенко Сергей Владимирович, к.п.н., доцент МПГУ
ЦЕЛЬ:
исследовать процесс охлаждения и замерзание жидкостей
ЗАДАЧИ:
 изучить литературу по теме проекта
 исследовать влияние примесей на скорость остывания
жидкостей
 исследовать влияние начальной температуры жидкости
на процесс остывания
 исследовать Эффект Мпембы
 исследовать влияние различных материалов,
покрывающих сосуд, на процесс охлаждения жидкостей
Используемое оборудование
1.
2.
LABQWEST2 –
устройство
измерения и
обработки
данных
Датчики
температуры
Vernier
ОПЫТ 1
остывание воды одинаковой температуры в разных условиях
ДАНО: три бутылки (стеклянная, 100
в фольге и в теплоизоляторе
86.3
90
(вспененный полиэтилен).
87.5
80
ИТОГ: скорость понижения
температуры:
V1 = 1,2 C/мин
V2 = 0,86 C/мин
V3 = 0,66 C/мин
ВЫВОД: теплоизолятор
влияет на процесс охлаждения
жидкости.
Температура С
ЦЕЛЬ: как теплоизоляция влияет
на охлаждение
В 1-й 𝑡н = 87,5 C и 𝑡к = 51,5 C
Во 2-й 𝑡н = 86,3 C, а 𝑡к = 60,4 C
А в 3-й 𝑡н = 86,6 C , 𝑡к = 66,8 C
66,8
86.6
70
60.4
60
50
40
51.5
30
20
10
0
0
3.5 7.5 11 15 18.5 23.6 27.6 31.1 35.1 38.6 42.3 45
Время (мин)
Стекло
Фольга
Вспененный полиетилен
ОПЫТ 2
остывание воды разной начальной температуры в одинаковых условиях
Температура С
ДАНО: три стакана: с горячей
водой (86,5 C); с тёплой
(50,1 C) и третий с
температурой 42,3 C.
ЦЕЛЬ: исследовать зависимость
скорости остывания от
начальной температуры
ИТОГ: скорость снижения
температуры:
V1 = 1,47 C/мин
V2 = 0,46 C/мин
V3 = 0,32 C/мин
ВЫВОД: быстрее всего
охлаждается горячая вода.
100
80
60
40
20
86.5
45.2
50.1
42.3
36.2
32.7
0
0
2.5
6
холодная
9
12 15 18 20.5 24
Время (мин)
тёплая
горячая
27
30
Опыт 3
остывание кофе одинаковой температуры с различными примесями
ДАНО: 4 чашки кофе: без
сахара, с сахаром, со сливками
и со сливками с сахаром.
ЦЕЛЬ: исследовать влияние
примесей на процесс
охлаждения.
ИТОГ:
V1 = 1,13 C/мин
V2 = 1,10 C/мин
V3 = 0,99 C/мин
V4 = 0,96 C/мин
ВЫВОД: медленнее всего
остывает кофе со сливками
и с сахаром.
80
66.1
65.2
61.8
60
61
33
33.2
30
29.8
40
20
0
0
5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Время (мин)
Кофе
Кофе со сливками
Кофе с сахаром
Кофе со сливками и с сахаром
ОПЫТ 4
79.6
48.7
77.3
Время (мин)
Ряд 1
Ряд 2
30
27.5
25
22.5
20
17.5
15
12.5
10
7.5
5
44.9
2.5
100
80
60
40
20
0
0
ДАНО: 2 стакана: в одном
кипяток, в другом кипяток со
сливочным маслом.
ЦЕЛЬ: исследовать влияние
примесей на процесс
охлаждения.
ИТОГ:
V1 = 1,16 C/мин
V2 = 0,95  C/мин
ВЫВОД: масло образует
плёнку на толще воды, тем
самым не давая выходить
теплу.
Температура С
остывание воды с растворённым в ней маслом
Эффект Мпембы
ДАНО: два сосуда с водой
разной температуры
(82,5 C) и (26,6 C).
ЦЕЛЬ: узнать, какая вода
замёрзнет быстрее (доказать
эффект Мпембы)
ИТОГ:
V1 = 3,4 C/мин
V2 = 1,5 C/мин
ВЫВОД: по вычислениям и
по графику видно, что
горячая вода остыла и
замёрзла быстрее, а значит
Эффект Мпембы всё ещё
действует.
ВЫВОДЫ
Опыт 1: Лучшим теплоизолятором является
вспененный полиэтилен.
Опыт 2: Быстрее всего остывает горячая вода.
Опыт 3. Медленнее всего остывает кофе со
сливками и с сахаром.
Опыт 4. Масло образует на поверхности воды
плёнку, которая задерживает тепло, поэтому
вода с маслом медленнее остывает.
Эффект Мпембы (Опыт 5) Горячая вода
замерзает быстрее, чем холодная.
9
ДАЛЬНЕЙШИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
 исследовать влияние на процесс охлаждения
жидкостей материалов из которых изготовлена
бытовая посуда (глина, стекло, дерево, металл и
т.д.);
 продолжить исследование влияния примесей на
процесс охлаждения (например, чая);
 продолжить исследование эффекта Мпембы.
10