Гейзер - Образование Костромской области

МОУ СОШ №1 г.п.п. Чистые Боры Костромской области
ТЮФ ГСР
Задача «Гейзер».
Выполнил:
ученик 7 класса Бойцов Александр
Руководитель:
учитель физики Кутузова Светлана Николаевна
2008 год
Задача
Установите вертикально длинную
трубку с водой. Нагрейте нижний торец
трубки, и вы увидите, что происходит
извержение воды. Если оборудовать
сток воды обратно в трубку, можно
наблюдать повторяющиеся извержения.
Исследуйте параметры, которые влияют
на то как этот процесс развивается во
времени.
Что такое гейзер ?
• Гейзер -(geyser- «хлынуть» от исланд.) -это
источник, который периодически, через
определенное время выбрасывает фонтан
горячей воды и пара.
• Гейзеры – явление редкое. Они встречаются
в Исландии ,США, Новой Зеландии, Японии.
В России сосредоточены в большом
количестве на Камчатке.
• Извержение гейзера удивительно красивое
зрелище.
Так выглядит
природный гейзер
Визуальное наблюдение
• Мощная струя кипящей воды, окутанная паром , с
грохотом вырывается вверх, рассыпаясь на
большой высоте мириадами брызг. Фонтан бьёт
некоторое время, затем струя исчезает,
рассеивается пар и всё успокаивается.
• Вокруг гейзера есть небольшой природный
бассейн. Земля вокруг гейзеров тёплая, даже
горячая.
• Периодичность извержения гейзеров варьирует от
нескольких минут до месяца.
Виртуальное исследование
гейзера
• «Заглянем» в бассейн гейзера после извержения –
воды в нём нет.
• В центре бассейна видно отверстие – канал,
уходящий в глубь земли. Его называют трубкой
гейзера.
• Перед началом извержения вода поднимается по
трубке, заполняет бассейн, бурлит,
выплёскивается, а затем взлетает фонтан кипятка.
• После окончания извержения вода из бассейна
снова уходит в трубку.
На основе поставленной проблемы
и изучения литературы мы решили
1.
2.
3.
4.
создать такой искусственный гейзер чтобы он
удовлетворял следующим условиям:
извержение жидкости из гейзера
периодически повторялись
высота выброса жидкости была максимальной
выбрасываемую жидкость можно было
собирать обратно
величины которые влияют на выше
перечисленное могли быть определены
Оборудование
• Стеклянная трубка длиной
80 см
• Спиртовка
• Часы
• Термометр
• Барометр
• Металлическая труба: диаметр 2.5см, длина-1.3м
из алюминия и стальная длиной 2м
• Пластмассовая канистра
• Банка из жести
• Ведро для воды
Наблюдение 1
Испытание установки
для получения гейзера
В результате…
• В первом случае наблюдается
нагревание воды за счёт
теплопередачи конвекцией и
выбрасывание её в верхней части
в результате расширения и
закипания воды в нижней части.
• Чтобы извержения повторялись,
воду нужно возвращать в трубку.
Для этого надо создать верхний
бассейн. А на уровне примерно 3/5
высоты трубки – дополнительный
нагреватель, например
электроспираль. Трубка может
быть как с дном, так и открытой
Поиск решения проблемы
привёл к созданию второй
установки
• Вторая установка конструировалась по
рекомендациям, найденным в журнале
«Квант»
Отрицательный результат
– тоже результат
• Со стальной двухметровой трубой, которая есть в
нашем распоряжении пока мы не справились, а
собрали установку, как имелась возможность
увидеть ранее, используя алюминиевую трубу
длиной 1,3м.
• Но извержения гейзера по причине недостатков
конструкции мы не дождались, хотя было
увлекательно проводить даже это испытание.
• Возникла цель – летом довести «гейзер» до
результата.
• Видеосъёмку и демонстрацию действующего
гейзера можно использовать как наглядность на
уроке географии при изучении темы «Вулканы и
гейзеры»
Механизм действия
гейзера по Г. Бунзену
• Г.Бунзен объяснил механизм
действие гейзера еще в XIX веке. Он
исследовал гейзеры в Исландии.
Оказывается, что подземный бассейн
совсем не нужен. Трубки, созданной
источником, вполне достаточно для того,
чтобы произошло извержение гейзера
Бунзен измерял температуру воды в
гейзере, опуская в трубку термометр и
отмечая каждый раз глубину
погружения термометра
Результаты измерений
По мере погружения в глубь трубки
гейзера температура повышается. У
вершины гейзера она была 85,5град. У
основания возросла до 125град. Но вода
в гейзере не кипит, хотя температура
больше 100град. Мы знаем, что
температура кипения зависит от
давления. В трубке гейзера она больше
100град , т.к. там давление больше
атмосферного на величину давления
столба воды в трубке. И ни в одном
месте трубки температура воды не
достигает температуры кипения,
соответствующей давлению в этом
месте.
Взрыв пара
• Перед извержением слышатся
взрывы, которые сопровождаются
сильным волнением в бассейне.
Это происходит оттого, что по
боковым протокам в трубку
гейзера поступает горячая вода и
перегретый пар. Пар, смешиваясь
в трубке с более холодной отдаёт
ей своё тепло водой. Происходит
быстрое испарение какого-то
количества воды и из-за резкого
расширения пара происходит
взрыв. Часть воды, перетекая в
бассейн вызывает в нём волнение.
Завершение жизни
гейзера
• Извержения природного гейзера
продолжаются очень долго и
прекращаются, когда трубка достигает
такой длины ,что температура воды в
нижних слоях из-за очень большого
давления не может дойти до точки
кипения. Источник же продолжает
откладывать кремнезём и превращается
в глубокий водоём.
Наша цель создать
действующий гейзер
• Так как температура воды в трубке
гейзера во время «отдыха» нигде не
достигает точки кипения, пар,
производящий взрывы и поднимающий
водяной столб, должен образовываться в
боковых каналах, питающих трубку. Но
гейзер может работать и без этих
каналов, если ниже середины трубки
есть дополнительный приток тепла.
• Модель такого гейзера уже приводилась
выше
• Наша попытка сделать такой гейзер пока
не удалась, но у нас есть цель, есть
Что отличает гейзеры
от других горячих
источников
•
В случае обычных термальных источников
существует постоянный баланс между теплоотводом
и теплоподводом. В гейзерах же баланса нет.
Теплоподвод больше теплоотвода и поэтому
происходит постепенное нагревание воды в трубке
гейзера, а на стадии извержения гейзера
теплоотвод существенно больше теплоподвода.
• Установлено что гейзеру всегда предшествует
обычный термальный источник. При некоторых
условиях баланс нарушается, и источник пере ходит
в гейзерный режим т.е. превращается в гейзер.
Отметим, что важную роль играет в данном случае
изменение в процессах конвекций, происходящих в
водной массе источника, а также препятсвие
свободному выходу пара
• Гейзеры представляют собой редкое явление
Литература
• Тарасов Л. В. Физика в природе.; - М.,
«Просвещение», 1988
• Журнал «Квант» ,1979год, №