Память металла – миф или реальность?

1
ГОРОДСКАЯ НАУЧНО - ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ШКОЛЬНИКОВ
«ШАГ В БУДУЩЕЕ»
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
ХАНТЫ-МАНСИЙСКИЙ АВТОНОМНЫЙ ОКРУГ – ЮГРА
_____________________________________________________________________________
ПАМЯТЬ МЕТАЛЛА – МИФ ИЛИ РЕАЛЬНОСТЬ?
Научно-исследовательская работа
Автор:
Левашов Константин Дмитриевич
ученик 5-Б класса
Муниципального общеобразовательного учреждения
«Муниципальная общеобразовательная школа №3»
Научный руководитель:
Шакирова Альбина Айратовна
учитель химии
Муниципального общеобразовательного учреждения
«Муниципальная общеобразовательная школа №3»
Нягань 2013
2
Содержание
1. Аннотация………………………………………………………………………………..3
2. План исследования………………………………………………………………………4
3. Научная статья….………………………………………………………………………..5
4. Список литературы……………………………………………………………………..11
5. Приложение……………………………………………………………………………..12
3
«Память металла – миф или реальность?».
Левашов Константин Дмитриевич.
Ханты-Мансийский Автономный Округ – Югра, город Нягань
Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Общеобразовательная средняя школа №3», 5 Б класса.
Аннотация
Большинство людей привыкли видеть металлы как наиболее прочные материалы,
способные выдерживать большие нагрузки без изменения формы. Многим людям
свойственно мнение, что однажды деформированный металл уже не вернет себе прежнюю
форму. Вопреки здравому смыслу, существует ряд материалов, металлических сплавов,
которые при нагреве, после предварительной деформации, демонстрируют явление
возврата к первоначальной форме. То есть эти металлы, не являясь живыми существами,
обладают особым свойством, позволяющим им проявлять своеобразную память. Такое
свойство позволяет изготавливать из металла различные изделия, которые не могут быть
созданы из других материалов.
Цель - исследовать свойство металла – память формы и сделать выводы о ценности
научных знаний и изобретений, для облегчения жизни человека.
Изучив
исторические
информационные
источники,
просмотрев
научные
документальные видеофильмы, а также сделав выборку групп металлов, проделав
самостоятельно эксперимент с никелевой проволокой, удалось прийти к выводу, что
металл и сплавы металлов позволяют совершенствовать качество жизни человека.
4
«Память металла – миф или реальность?».
Левашов Константин Дмитриевич.
Ханты-Мансийский Автономный Округ – Югра, город Нягань
Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Общеобразовательная средняя школа №3», 5 Б класса.
.
План исследования
Актуальность:
С глубокой древности человеку были известны 7 металлов, которые считались
представителями семи планет: золото, связывали с Солнцем, серебро с Луной, медь с
Венерой, железо с Марсом, олово с Юпитером, свинец с Сатурном, ртуть с Меркурием.
Сейчас металлов огромное количество. Металл – это наиболее распространенный и
широко используемый материал как в быту человека, так и в производстве. Сегодня жизнь
без металла была бы невыносимой, поскольку металл нас окружает везде – автомобили,
дома, железные дороги ит.д. – везде присутствует металл. И изучение, познание новых
возможностей металла – это шаг в лучшее будущее.
Гипотеза: предположим, что металлы, действительно, обладают таким свойством,
как память, и, значит, это может быть использовано в жизни.
Цель: исследовать свойство металла – память формы и сделать выводы о ценности
научных знаний и изобретений, для облегчения жизни человека.
Задачи:
1. Собрать и исследовать информацию по заданной теме.
2. Дать общую характеристику металлам с эффектом памяти.
3. Провести эксперимент, подтверждающий данное свойство металла.
4. Познакомить учащихся школы с результатом исследования.
5. Оформить полученные знания в виде буклета и видеопрезентации.
В процессе
исследовательской работы нами были использованы следующие
методы исследования:
- работа с информационным источником
- анализ и обобщение информации
- опытно - экспериментальное исследование
- социологическое исследование
Объект исследования: металлы
Предмет исследования: память металлов
5
«Память металла – миф или реальность?».
Левашов Константин Дмитриевич.
Ханты-Мансийский Автономный Округ – Югра, город Нягань
Муниципальное общеобразовательное учреждение
«Общеобразовательная средняя школа №3», 5 Б класса.
Научная статья
Металл... Это слово мы слышим часто в своей жизни, но никогда не
задумываемся о его значение, мы произносим это слово, будто ничего в нем особенного
нет. В детстве я сначала познакомился только с твердым металлом, так как чаще всего
наблюдал, как его используют в быту взрослые (ножи, кастрюли, и многие другие
предметы). В прошлом году, дома, когда я приболел и мама мне поставила градусник, я
заинтересовался, а что же такое внутри него, что от температуры увеличивается по
колбочке в градуснике. Вот тогда мне папа немного рассказал, что градусники бывают
разные, спиртовые и ртутные. Оказалось, что ртуть это тоже метал, только жидкий. В этом
году мы с папой увидели объявление в городе: "Уберем вмятину на машине без покраски" и
мне стало интересно, возможно ли такое? Папа пояснил, что такое возможно (но делать
нужно как можно быстрее, пока металл не запомнил свою новую форму) так как
металл обладает памятью. Такого ответа я никак не ожидал и был очень удивлен.
Мне стало любопытно изучить металл и его свойства, ведь как оказывается,
металлы нас окружает везде и имеют множество возможностей себя проявить, без них
сложно представить жизнь современного человека.
Так появилась тема моей научно-исследовательской работы «Память металла миф или реальность?».
Цель работы: исследовать свойство металла – память формы и сделать выводы о
ценности научных знаний и изобретений, для облегчения жизни человека.
Задачи:
1. Собрать и исследовать информацию по заданной теме.
2. Дать общую характеристику металлам с эффектом памяти.
3. Провести эксперимент, подтверждающий данное свойство металла.
4. Познакомить учащихся школы с результатом исследования.
5. Оформить полученные знания в виде буклета и видеопрезентации.
Прежде чем вплотную заняться изучением металла, я провел социологический
опрос среди учащихся 5 - х классов (55 человек) и среди учащихся 8-го класса (47
человек): Что такое металл и откуда он появляется? (Приложение1)
6
Сопоставив ответы ребят на данные вопросы, я получил следующие результаты:
Что такое металл?
сплав
3%
твердое вещество
19%
9%
69%
вещество обладающее
высокой тепло и
электропроводимостью
не знаю
Откуда появляется металл?
из земли
9%
9%
из магмы
58%
24%
из руды
не знаю
На основании данного опроса я сделал вывод, несмотря на то, что открытие такого
свойства металла как память формы было в 60 –х годах XX века, в настоящее время мало
кому известен данный феномен металла. Поэтому я принялся изучать металл постепенно,
начиная с исторических информационных источников.
В новокаменном веке людям уже не хватало хорошего кремня для изготовления
орудий. Поэтому им приходилось даже пробивать шахты глубиной до восьми метров и
добывать кремень под землей.
Первобытные умельцы искали новые виды камня, пригодные для изготовления
орудий. Иногда им попадались зеленоватые твердые камешки. Их бросали в костры,
чтобы расколоть. Но удивительные камни не лопались, а плавились в сильном огне.
Костер угасал, а они вновь отвердевали. Из золы доставали блестящие кусочки вещества это и был различный метал (медь, золото, серебро и т.д.).
7
По словарю Ожегова, металл - это химически простое вещество, обладающее
особым блеском, ковкостью, хорошей теплопроводностью и электропроводностью.
Свойства металла зависят от кристаллического строения и атомарного состава.
Дело в том, что в атомах металлов, прочно связанных в кристаллическую решетку,
электроны могут свободно двигаться по всему объему металла, а не только на внешних
слоях атома.
Все металлы можно разделить на две большие группы, обуславливающие не только
их схожесть по свойствам, но и по промышленному применению. Такими группами
являются черные металлы и цветные металлы. Мне стало интересно не только изучить
металл по информационным источникам, но и визуально наблюдать их, ощутить их.
Поэтому я занялся поиском металла и формированием их по группам. Черные металлы
получили свое название также из-за цвета, который меняется от темно-серого до черного.
Им свойственна большая плотность, высокая температура плавления, твердость. Самым
распространенным и часто применяемым в промышленности представителем черных
металлов является железо. Цветные металлы также названы благодаря цвету простых
веществ. Их цвет может быть красным, желтым, белым. Цветным металлам свойственны
также
уникальные
физические
и химические
свойства.
Они
пластичны,
мягки
и легкоплавки по сравнению с черными металлами.
Металлы активно могут сплавляться друг с другом. Сплавы — это вещества,
состоящие из двух и более металлов, или металла и неметалла.
Издавна было известно, что свойства сплавов зависят не только от их состава, но и
от тепловой (например, закалка) и механической (например, ковка) обработки. Приведу
пример
важнейших
сплавов
металлов:
алюминиевые
сплавы
обладают
такими
свойствами, как легкость, высокая электро- и теплопроводность, коррозионная стойкость,
высокая удельная прочность, применяется в конструкционных материалах авиации,
строительстве, машиностроении и др.; амальгама - в зависимости от соотношения ртути и
др. металла может быть (при комнатной температуре) жидкой, полужидкой или твёрдой,
используется при золочении металлических изделий, при производстве зеркал, в
стоматологии и др.; титановые сплавы обладают лёгкостью, высокой прочностью в
широком интервале температур от -250 °С до 300-600 °С, коррозионной стойкостью,
используется в конструкционных материалах авиации, ракетостроении и др.
Но мне показался самым интересным и впечатляющим свойством сплавов
металлов - это память.
Это свойство металлов открыто сравнительно недавно, и оно получило название
«память формы».
8
Для начала, я вновь обратился к опросу ребят 5-х и 8-х классов с вопросами:
"Знаете ли вы что такое память металла?", "Где в повседневной жизни вы сталкиваетесь с
данным свойством металла?".
На вопрос «Что такое память металла?» из общего количества опрошенных
участников проекта, только один ученик 8 класса ответил, что это такое свойство металла,
при котором он запоминает форму.
На вопрос «Где в повседневной жизни мы сталкиваемся с данным свойством
металла?» ребята написали о том, где человек вообще использует металл, а о свойстве
металла не написал никто.
Так я пришел к выводу, что люди пользуются многими металлическими вещами в
быту, в работе и даже не задумываются, что у них в руках волшебство. Примером этого
может служить лезвие, если его согнуть, то оно сразу же разогнется, значит, металл
помнит исходную форму, находясь под любым напряжением, не превышающим предела
упругости. Благодаря памяти металла мы наблюдаем работу пружины.
Гораздо интереснее иметь дело с металлом, обладающим полноценной памятью.
Здесь мы можем сказать прямо, что удалось получить сплавы, обладающие именно
такой памятью. Они могут хранить исходную форму в своей памяти очень долго, а
вспоминают ее при нагреве, так что в наших силах «взывать к памяти» металла в тот
момент и в той обстановке, когда нам это потребуется.
Сотрудники лаборатории военно-морской артиллерии США, вели планомерный
поиск сплавов никеля с титаном с приблизительно равным содержанием этих двух
компонентов. Каждый из двух металлов хорошо сопротивляется коррозии, и сплав
получится в этом отношении отличным. Кроме того, оказалось, что он имеет высокую
прочность и пластичность. Но вовсе неожиданным и замечательным было то, что он
проявлял ярко выраженную способность к запоминанию формы. Это было редчайшей
удачей. Никель и титан значительно дешевле и доступней, чем, например, сплав
Оландера, в котором около половины — золото. Сочетание же свойств нового сплава
было удивительно благоприятным и этот сплав был назван нитинол (НИкель, ТИтан,
НОЛ – сокращенное название лаборатории в штатах где он был получен).
Нитинол легкий и прочный сплав, он не ржавеет. Возможно, в будущем его будут
использовать, например, для изготовления корпусов автомашин. Автомобиль с таким
корпусом,
даже
потерпев
серьезную
аварию,
способен
при
легком
подогреве
поврежденного места восстановить форму кузова.
Способности сплавов, запоминающих форму, открывают широкий простор для их
практического применения. Конструкторы с их помощью получают доступ к совершенно
9
новым решениям в инженерии. В области космической техники, например, при
использовании таких сплавов можно решить проблему экономии пространства и
свободного места. Антенны и механизмы стабилизации, а также солнечные батареи
можно скрутить, компактно сложить и уложить в маленькие ниши космического корабля.
Под действием солнечного света они распрямятся и выдвинутся.
Металл с памятью формы активно используется в медицине. Например, при операциях,
где необходимо срастить костные переломы. В организм пациента оперативно вводится
стержень, который изогнут таким образом, что в точности повторяет неправильную
форму сломанной кости. Этому стержню уже задали заранее правильную форму целой
кости, и он начинает вспоминать ее при малом превышении температуры.
В качестве другого примера можно привести использование фильтров для
улавливания в сосудах тромбов. Несколько охлажденная тонкая прямая проволока
вводится в определенное место кровеносного сосуда, и там, нагревшись до температуры
тела, она принимает заранее данную ей запутанную причудливо форму. Фильтр
задерживает тромб, но при этом пропускает кровь. Так тромб останавливается, не
добравшись до мозга или до сердца, где мог бы вызвать смерть.
Чтобы понять эффект памяти формы, достаточно один раз увидеть его проявление.
Что происходит?
1. Есть металлическая проволока
2. Эту проволоку изгибают
3. Начинают нагревать проволоку
4. При нагреве проволока распрямляется, восстанавливая свою исходную форму
(Приложение 2)
Таким образом, изучив исторические информационные источники, просмотрев
научные документальные видеофильмы, а также сделав выборку групп металлов,
проделав самостоятельно эксперимент с никелевой проволокой, удалось прийти к выводу,
что металл и сплавы металлов позволяют совершенствовать качество жизни человека. На
протяжении тысячелетий люди используют различные металлы, и роль металлоизделий и
металлоконструкций в 21 веке будет только возрастать.
В процессе изучения металла, я познакомился с таблицей периодической системы
химических элементов, узнал о кристаллической решетке металла и что посредством
соединения металлов мы можем получать различные сплавы металлов с различными
свойствами. Благодаря этим свойствам, мы имеем универсальный материал, который как
мне стало известно используется всюду, от сельского хозяйства до покорения
космических простор.
10
Ежегодно участвуя в конкурсе научно-исследовательских работ, я познаю много
нового и интересного. Теперь я знаю, что памятью обладают и металл, и вода из моего
исследования в прошлом году, где я изучал её свойства. Сегодня мне интересно
продолжать изучение такого свойства как память. И, заглянув немного вперед, я узнал,
что памятью обладает так же и пластмасса, что возможно будет являться темой моего
исследования в будущем году.
11
Список литературы
1. Белов К.П., “Редкоземельные магнетики и их применение”, Издательство “Наука”,
2002г.
2. Займовский В.А., Колупаева Т.Л., “Необычные свойства обычных металлов”,
“Квант” (№-32 2007г.)
3.
Максимов А.С., Макареня А.А., Семенов И.Н., “Химия и научно-технический
прогресс”, Москва “Просвящение” 2000г
4.
Хачин В.Н.. Память формы. – М.: Знание, 2003. – 64 с – («Знание», «Физика»)
5. “Химия и жизнь”, научно-популярный журнал академии наук(№-8 2005 г.)
6. “Энциклопедический словарь юного химика”, Москва 2000г.
12
Приложение 1
Уважаемый друг!
С целью исследования и изучения метала мне важно твое мнение и
поэтому прошу ответить на следующие вопросы:
1. Что такое металл? ____________________________________________
2. Откуда появляется металл?_____________________________________
3. Знаешь ли ты что такое память металла?____________________________
4. Как ты думаешь, где в повседневной жизни мы сталкиваемся с данным
свойством металла?_________________________________________________
Спасибо за ответы!
13
Приложение 2