График остывания воды: Изучаем теплообмен воды в разных условиях

Проектная работа «Исследование зависимости скорости остывания жидкости от формы, размера и цвета сосуда»

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

«Верхне-Матигорская средняя школа»

Школьные Ломоносовские чтения

Исследовательская работа на тему

«Исследование влияния формы, размера и цвета сосуда на скорость остывания воды»

Подготовила ученица 8Б класса

Прокопьева Юлия

Руководитель: учитель физики

Короткая Ксения Алексеевна

2020 год

Оглавление

Введение…………………………………………………………………….3

1 Способы тепловой потери………………….……………………………4

1.1 Теплопроводность……………………………………………….4

1.2 Конвекция………………………………………………………..4

1.3 Излучение………………………………………………………. ..5

1.4 Испарение…………………………………………………………5

2 Исследование зависимости скорости остывания воды…………………7

2.1 Исследование зависимости скорости остывания воды от размера сосуда………………………………………………………………8

2.2 Исследование зависимости скорости остывания воды от формы сосуда……………………………………………………………….9

2.3 Исследование зависимости скорости остывания воды от цвета сосуда………………….……………………………………………………10

Заключение………………………………………………………………..12

Список использованных источников……………………………………13

Приложение 1……………………………………………………………..14

Приложение 2……………………………………………………………..15

Приложение 3……………………………………………………………..16

Введение

Бывают такие случаи, когда нальешь себе чай, сядешь за компьютер, отвлечешься на минуту, а чай уже остыл. На уроках физики мы проходили различные способы тепловых потерь, и мне стало интересно, будут ли зависеть эти потери от различных факторов, и можно ли подобрать идеальную кружку для чая?

Цель: Исследовать зависимость скорости остывания воды от различных факторов.

Задачи:

1. Изучить возможные способы тепловых потерь в жидкости.

2. Исследовать зависимость скорости остывания воды от размера сосуда.

3. Исследовать зависимость скорости остывания воды от формы сосуда.

4. Исследовать зависимость скорости остывания воды от цвета сосуда.

5. Сделать вывод о том, в каком из сосудов вода будет дольше сохранять тепло.

1 Способы тепловой потери

Для того, чтобы понять, каким образом теряет тепло жидкость в открытом сосуде, необходимо рассмотреть все возможные способы тепловых потерь. Внутренняя энергия жидкости может быть изменена путем совершения работы при переходе в другое агрегатное состояние или теплопередачей, которая может совершаться посредством теплопроводности, конвекции и излучения. В случае с остыванием жидкости в открытом сосуде происходит процесс перехода в газообразное состояние – испарение, а также различные виды теплопередачи.

1.1 Теплопроводность

Теплопроводностью называется способность материальных тел проводить энергию (теплоту) от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела путём хаотического движения частиц тела (атомов, молекул, электронов и т. п.). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.

Теплопроводностью называется также явление передачи тепла от одного тела к другому при их непосредственном контакте.

Различные вещества имеют разную теплопроводность. Количественно способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности. Эта характеристика равна количеству теплоты, проходящему через однородный образец материала единичной длины и единичной площади за единицу времени при единичной разнице температур.

1.2 Конвекция

Конвекцией называется вид теплопередачи, при котором внутренняя энергия передается струями и потоками самого вещества. Существует так называемая естественная конвекция, которая возникает в веществе самопроизвольно при его неравномерном нагревании в поле тяготения. При такой конвекции нижние слои вещества нагреваются, становятся легче и всплывают, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и опускаются вниз, после чего процесс повторяется снова и снова.

Конвекция в жидкостях или газах может происходить не только при нагреве вещества снизу. При неравномерном остывании жидкости в сосуде более теплые слои стремятся наверх, перемешиваясь с более холодными слоями, что также способствует потере тепла жидкостью.

1.3 Излучение

Излучением называется процесс теплопередачи при помощи электромагнитных волн. Эти волны возбуждаются электрическими зарядами, которые движутся с ускорением. На микроскопическом уровне при увеличении температуры объектов, частицы, из которых состоят эти объекты, начинают колебаться все сильнее и сильнее, вызывая все большее ускорение электрических зарядов. Все тела излучают энергию, которая поглощается или отражается другими телами, находящимися вокруг.

Окружающие нас тела поглощают излучение по-разному. Тела черного цвета поглощают все электромагнитные волны, попадающие на поверхность, а тела белого цвета наоборот, отражают эти волны. Это показывает, что тела с темной поверхностью лучше поглощают энергию, чем тела, имеющие светлую поверхность.

1.4 Испарение

Испарением называется процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в газообразное, происходящий на поверхности вещества. Процесс испарения является обратным процессу конденсации (переход из парообразного состояния в жидкое). При испарении с поверхности жидкости или твёрдого тела вылетают (отрываются) частицы (молекулы, атомы), при этом их кинетическая энергия должна быть достаточна для совершения работы, необходимой для преодоления сил притяжения со стороны других молекул жидкости. В результате испарения общая кинетическая энергия молекул жидкости снижается, из-за чего понижается температура жидкости. Испарение зависит от рода жидкости, от её температуры, от площади поверхности и от некоторых внешних факторов.

2 Исследование зависимости скорости остывания воды

Для исследования зависимости скорости остывания воды от различных факторов были использованы ёмкости различной формы, объема и цвета (Рисунок 1). В каждую из ёмкостей была налита вода температурой примерно 100 ⁰С (только что вскипевший чайник). При помощи датчика температуры, измерительного блока и специальной программы-лаборатории L-Micro были записаны данные о температуре воды за 5 минут с промежутком в 0,1 секунды (Рисунок 2). Данные для каждого из исследований в виде графиков и таблиц представлены ниже.

Рисунок 1 – Ёмкости, используемые в исследовании

Рисунок 2 – Работа с датчиком температуры

2.1 Исследование зависимости скорости остывания воды от размера сосуда

Для исследования зависимости скорости остывания воды от размера сосуда были использованы два сосуда из одинакового материала, в данном случае из стекла (Рисунок 3).

Рисунок 3 – Два сосуда разного размера

В таблице 1 приведены значения максимальной температуры воды, температуры, до которой вода охладилась и время, за которое произошел данный процесс. Была посчитана разница начальной и конечной температур, а также найдена средняя скорость остывания воды.

Таблица 1 – Зависимость скорости остывания воды от размера сосуда

Максимальная температура

tmax, ⁰C

Минимальная температура

tmin, ⁰C

Разница температур

∆t, ⁰C

Время остывания

t, c

Средняя скорость остывания

vср, ⁰C/c

Большой сосуд

82,556

70,274

12,282

278,9

0,044

Малый сосуд

83,306

68,915

14,391

278,8

0,052

Для наглядности был построен график зависимости температуры от времени для двух сосудов (Приложение 1). В данном случае основным процессом теплопередачи является теплопроводность, а также большую роль играет испарение. Тогда, скорость остывания будет больше в том случае, когда меньше отношение массы воды к площади поверхности теплопередачи и испарения. Сосуды были выбраны таким образом, чтобы они были подобными фигурами, значит, отношение массы к площади будет пропорционально линейному размеру сосуда. Следовательно, быстрее остынет вода в малом сосуде, что подтвердилось на практике (0,052 0,044).

2.2 Исследование зависимости скорости остывания воды от формы сосуда

Для исследования зависимости скорости остывания воды от формы сосуда были использованы два сосуда одинакового цвета и материала, но разной формы (Рисунок 4).

Рисунок 4 – Два сосуда разной формы

В таблице 2 приведены значения максимальной температуры воды, температуры, до которой вода охладилась и время, за которое произошел данный процесс. Была посчитана разница начальной и конечной температур, а также найдена средняя скорость остывания воды.

Таблица 2 – Зависимость скорости остывания воды от формы сосуда

Максимальная температура

tmax, ⁰C

Минимальная температура

tmin, ⁰C

Разница температур

∆t, ⁰C

Время остывания

t, c

Средняя скорость остывания

vср, ⁰C/c

Большая площадь

77,811

61,76

16,051

289,7

0,055

Малая площадь

82,63

74,772

7,858

279,8

0,028

Для наглядности был построен график зависимости температуры от времени для двух сосудов (Приложение 2). Для данных сосудов главную роль при тепловых потерях играет испарение. Скорость испарения больше в том случае, когда больше площадь поверхности испарения, что наглядно показано на опыте – скорости испарения отличаются почти в два раза (0,055 0,028).

2.3 Исследование зависимости скорости остывания воды от цвета сосуда

Для исследования зависимости скорости остывания воды от формы сосуда были использованы два сосуда одинаковой формы и размера, но разного цвета (Рисунок 5).

Рисунок 5 – Два сосуда разного цвета

В таблице 3 приведены значения максимальной температуры воды, температуры, до которой вода охладилась и время, за которое произошел данный процесс. Была посчитана разница начальной и конечной температур, а также найдена средняя скорость остывания воды.

Таблица 3 – Зависимость скорости остывания воды от формы сосуда

Максимальная температура

tmax, ⁰C

Минимальная температура

tmin, ⁰C

Разница температур

∆t, ⁰C

Время остывания

t, c

Средняя скорость остывания

vср, ⁰C/c

Тёмный сосуд

83,506

74,57

8,936

283,1

0,031

Светлый сосуд

82,63

74,772

7,858

279,8

0,028

Для наглядности был построен график зависимости температуры от времени для двух сосудов (Приложение 3). Для данных сосудов большую роль при тепловых потерях играет испарение, но так как площади испарения и площади телопроводности практически одинаковы, скорость остывания воды будет зависеть от потери тепла при конвекции. При конвекции темные тела поглощают тепло, а светлые – отражают его, что подтвердилось на опыте (0,031 0,028).

Заключение

В ходе проведения данной работы были изучены такие способы потери тепла жидкостью как теплопроводность, конвекция, излучение и испарение. Уменьшить теплопроводность можно только при использовании материалов с низким коэффициентом теплопроводности, либо при использовании прослойки в виде такого материала (например, в термосе или термокружке). Уменьшить конвекцию и испарение можно уменьшив площадь поверхности жидкости. Излучение можно уменьшить с помощью светлых или зеркальных материалов. Получается, идеальная кружка для чая должна быть белой, а также иметь минимальную площадь испарения.

Список использованных источников

1. Перышкин А. В. Физика. 8 кл. : учебник – 6-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2018. – 238 с.

2. Интернет-источник: https://ru.wikipedia.org/wiki

3. Интернет-источник: https://yourtutor.info

Экспериментальная проверка изменения скорости остывания воды в сосуде.

Муниципальное образовательное учреждение

Большекошинская средняя  общеобразовательная школа

Селижаровского района Тверской области

Исследовательская работа по теме:

Экспериментальная  проверка  изменения  скорости остывания воды в сосуде.

                               Выполнили: Бреусов Андрей, обучающийся 10 класса

                                                     Скрипкин Михаил, обучающийся 10 класса

                                               

                                               Руководитель: Скрипкина Ирина Валерьевна,

                                                                         учитель физики

                                                       2013

План проведения эксперимента.  

1.      Сформулировать (уяснить) проблему исследования.

2.      Выяснить роль эксперимента в решении данной проблемы.

Определить его цель.

3.      Подобрать  необходимые  приборы  и  материалы.

4.      Определить порядок проведения эксперимента.

5.      Выбрать способ отслеживания  данных опыта (наблюдений, измерений).

6.      Провести эксперимент, выполнить необходимые наблюдения и измерения.

7.      Провести обработку результатов измерений, оценить их точность.

8.      Проанализировать и интерпретировать полученные результаты, сформулировать

вывод.

9.  Оформить отчет о проведении эксперимента.

Цель эксперимента: проверить на опыте,  как зависит скорость остывания воды от наличия (отсутствия) на поверхности слоя масла.

Приборы и материалы: одинаковые стеклянные сосуды (стаканы) – 2 шт.,  электронный термометр – 2 шт., измерительный цилиндр (мензурка), часы (секундомер), теплая вода, растительное масло.

Ход работы:

  1. Отмерить мензуркой 200мл теплой воды. Разлить её в одинаковом количестве (по 100 мл) в стаканы.
  2. Поместить в сосуды с водой термометры, измерить начальную температуру воды.
  3. Аккуратно влить в один из сосудов растительное масло.
  4. Снимать показания термометров через равные промежутки времени (5 минут).
  5. Результаты измерений занести в таблицу.

Время

t, мин.

Температура воды в сосуде с маслом,

t, ºС

Температура воды в сосуде без масла,

t, ºС

  1. Построить график зависимости температуры воды в обоих сосудах от времени.
  2. Проанализировать и интерпретировать полученные результаты, сформулировать

вывод.

Отчет о проведении эксперимента.

  1. Таблица измерений

Время

t, мин.

Температура воды в сосуде с маслом,

t, ºС

Температура воды в сосуде без масла,

t, ºС

5

34,7

34,7

10

34,1

33,6

15

33,3

32,4

20

32,6

31,3

25

31,9

30,4

30

31,2

29,5

  1. График зависимости температуры воды от времени.

.

  1. Вывод: вода под слоем  масла остывает медленнее.
  2. Анализ результатов  и  их обоснование :Если лишить жидкость возможности испаряться, то охлаждение ее будет происходить гораздо медленнее.  Слой  масла  на  поверхности мешает выходу  «быстрых», т.е. обладающих большой кинетической энергией,  молекул воды.  Поэтому и внутренняя энергия  жидкости  почти не изменяется, и ее температура падает медленно.  Само  масло  испаряется крайне медленно, так как его  молекулы  большие  и  более сильно притягиваются  друг к другу, чем молекулы воды.

Таблица 5 лучших радиаторов с жидкостным охлаждением

на FrostyTech.com Таблица 5 лучших радиаторов с жидкостным охлаждением

на FrostyTech.comFrostyTech — Обзоры лучших радиаторов и систем охлаждения для ПК

A-Z Heatsink Brands. .. — — — — — — — — — — — — — — — — — — -3RsystemAjigoAkasaAlphaAMDAMA PrecisionAntazoneAOpenApackArctic CoolingArkuaAscentASUSAurasAVCBeQuietBitspowerBlizzardChauh-ChoungCho LiangCoolAgeCoolerMasterCoolinkCoolITCooljagCoolsonicCorsairCPUfxCPUMateCryorigCyber ​​CoolerDeepcoolDynatronEKLEnzotechEumaxEvercoolForceTakeFortis TechFoxconnFrostytechGamerStormGelidGigabyteGlacialTechGlobalwinIbuypowerID-CoolingIntelJetartJMCKingwinKuthtecMillenniumMolexNeng TyiNoctuaNoFanNoiseControlnPowertekNexusNoFanNZXTOCZPhanteksProlimatechRaijintekReevenRosewillScytheSibakSilentiumSilenXSilverstoneSpireSunbeamtechSunonSwiftechTaisolThermal IntegrationThermalflyThermalrightThermaltakeThermoengineThermoLabTitanTocoolsTS HeatronicsTuniqUltra ProductsVantecVeraxXigmatekXtremeGearZalmanZawardZerotherm- — — — — — — — — — — — — — — — — — -Пять лучших радиаторовПять лучших низкопрофильных радиаторовПять лучших жидкостных кулеровВсе статьиИнструмент поиска по ключевым словам- — — — — — — — — — — — — — — — — — — —
ТОП-5 радиаторов
ТОП-5 низкопрофильных радиаторов

ТОП-5 жидкостных охладителей

 Радиаторы по брендам/производителям

Обзоры + Статьиs

Расширенный поиск

gif»/>

Что лучше
Радиатор с жидкостным охлаждением?
Лучший автономный кулер для воды «все в одном»?

Топ-5 радиаторов с жидкостным охлаждением от Frostytech
ранжировать лучшие автономные тепловые решения жидкостного охлаждения, которые мы тестировали, по
самая низкая температура и самый низкий уровень шума.
лучших радиаторов Intel с жидкостным охлаждением 2022 года
(самый крутой/самый тихий)

Лучшие радиаторы с жидкостным охлаждением AMD 2022 года
(Самые крутые /
Самый тихий)

Пять лучших процессорных радиаторов с жидкостным охлаждением — краткий обзор

КАК
ЭТО РАБОТАЕТ: ранг № 1 считается текущим лучшим автономным жидким продуктом.
охлаждающий радиатор №10 считается 10-м ЛУЧШИМ. Только автономный
радиаторы с жидкостным охлаждением, которые Frostytech протестировала в своих лабораториях,
включены в эти графики; поэтому мы гарантируем, что этот список неполный, что
это не признак «лучшего радиатора на свете», и рейтинги будут
часто меняются с каждым обновлением диаграммы. Пожалуйста, нажмите на каждый радиатор
для подробного обзора. Производителям и продавцам разрешено
обратитесь к таблице «5 лучших автономных радиаторов».

Где купить? Не знаете, где купить радиаторы в Интернете? Frostytech составил этот список интернет-магазинов с упором на радиаторы.

Рейтинг основан на
Результаты синтетического теплового теста Frostytech Intel LGA2011 / AMD мощностью 200 Вт
справочная таблица радиаторов.

[ ТОП ]

Таблицы лучших 5 радиаторов Frostytech находятся здесь, диаграммы низкопрофильных радиаторов размещены прямо здесь.

© Copyright 2020 FrostyTech.com Все права защищены.

Ресурсы

° Есть отзывы?
° Испытательная платформа Mk.II

° Где купить?

° Индекс производителя

° Промышленность Директор.

° Проекты охлаждения

gif»> Последние испытания

Обзор радиатора Scythe Mugen 5 Rev B SCMG-5100

Gelid Tranquillo 4 Радиатор с воздушным охлаждением Обзор

Обзор охлаждающей подставки для ноутбука Coolermaster Ergostand III

Обзор радиатора Noctua NH-D9DXi4-3U LGA2011 Xeon для сервера/рабочей станции

Обзор низкопрофильного радиатора Noctua NH-L9x65

Радиатор Scythe Fuma SCFM-1000

. ..Еще статьи >>

Веб-сайты, которые вам также могут понравиться:
PCSTATS

Бренды радиаторов
Стендовые испытания
от Frostytech:

3Rsystem
Ajigo
Akasa
Alpha
AMD
AMA Precision
Antazone
AOpen
Apack
Arctic Cooling
Arkua
Ascent
ASUS
Auras
AVC
BeQuiet
Bitspower
Blizzard
Chauh-Choung
Cho Liang
CoolAge
CoolerMaster
Coolink
CoolIT
Cooljag
Coolsonic
Corsair
CPUfx
CPUMate
Cryorig
Cyber ​​Cooler
Deepcool
Dynatron
EKL
Enzotech
Eumax
Evercool
ForceTake
Fortis Tech
Foxconn
Frostytech
GamerStorm
Gelid
Gigabyte
GlacialTech
Globalwin
Ibuypower
ID-Cooling
Intel
Jetart
JMC
Kingwin
Kuthtec
Millennium
Molex
Neng Tyi
Noctua
NoFan
NoiseControl
nPowertek
Nexus
NoFan
NZXT
OCZ
Phanteks
Prolimatech
Raijintek
Reeven
Rosewill
Scythe
Sibak
Silentium
SilenX
Silverstone
Spire
Sunbeamtech
Sunon
Swiftech
Taisol
Thermal Integration
Thermalfly
Thermalright
Thermaltake
Thermoengine
ThermoLab
Titan
Tocools
TS Heatronics
Tuniq
Ultra Products
Vantec
Verax
Xigmatek
XtremeGear
Zalman
Zaward
Zerotherm

FrostyTech. com
С июня 1999 г.

Найти радиатор / RSS-каналы
. Последние обзоры радиаторов
. 5 лучших радиаторов, протестированных
. RSS-канал новостей
. Отзывы RSS-канал

Социальные сети
. Фейсбук
. Твиттер
. Пинтерест

Информация о FrostyTech.com
. Отзыв
. Свяжитесь с нами / Предоставление радиаторов
. Отправить новость
. Юридический

© Copyright 1999-2022 www.frostytech.com Все права защищены. Политика конфиденциальности и условия использования
Изображения © FrostyTech.com и не могут быть воспроизведены без письменного разрешения.
Текущие студенты и преподаватели аккредитованных университетов могут использовать изображения Frostytech в исследовательских работах и ​​дипломных работах при условии указания атрибута каждого изображения.

Руководства — EKWB.com

Этот раздел предназначен для всех, кто хочет узнать о жидкостном охлаждении, будь то новичок или энтузиаст с многолетним опытом.

Почему жидкостное охлаждение?

Высокопроизводительные системы в наши дни популярны как никогда: обычный ЦП имеет не менее четырех ядер, а производители ЦП размещают все больше и больше компонентов на одной печатной плате.

Наиболее распространенным способом достаточного охлаждения современных компонентов является использование воздушного потока, обеспечиваемого стандартными вентиляторами, которые поставляются с процессором и графическим процессором. Они, скорее всего, работают на очень высоких оборотах и ​​довольно громкие. Установив водяное охлаждение, вы избавляетесь от громких вентиляторов, а вода гораздо лучше отдает тепло от компонентов по сравнению с воздухом!

Основные преимущества жидкостного охлаждения:

  • Непревзойденная эффективность охлаждения
  • Увеличенный срок службы компонентов
  • Большой потенциал для разгона
  • Бесшумная работа
  • Повышенная вычислительная мощность на кубический юнит благодаря тонкой конструкции (возможность объединения).
  • Выглядит потрясающе!

Я хочу узнать больше

Как работает жидкостное охлаждение?

В системе жидкостного охлаждения используется основной принцип термодинамики: тепло передается от более нагретого объекта к более холодному.

Узнайте, что такое круг жидкостного охлаждения и что он собой представляет.

Покажите мне, как это работает

Медь и алюминий

Наши основные энтузиасты и самые эффективные продукты основаны на меди. Медь — красновато-оранжевый, мягкий, ковкий и пластичный металл с отличной теплопроводностью. Медные изделия никогда не должны смешиваться с алюминиевыми изделиями в одном контуре!

EK SHOP

Наша бюджетная продукция Fluid Gaming начального уровня изготовлена ​​из алюминия. Алюминий — серебристо-белый, мягкий, ковкий и пластичный металл с очень высокой теплопроводностью. Изделия из алюминия никогда не должны смешиваться с изделиями из меди в одном контуре!

ИГРОВОЙ МАГАЗИН FLUID

ПОДРОБНЕЕ О МЕДИ VS. АЛЮМИНИЙ

Компоненты контура жидкостного охлаждения

При планировании нового контура жидкостного охлаждения необходимо задать себе два основных вопроса.

Во-первых, сколько и какие компоненты вы хотите охлаждать, а во-вторых, будете ли вы использовать мягкие — гибкие трубки или жесткие — жесткие трубки?

Каждый контур жидкостного охлаждения должен иметь:

  • Водяные блоки
  • Резервуар
  • Насос
  • Радиатор(ы)
  • Вентиляторы
  • Фитинги
  • Трубки
  • Охлаждающая жидкость или охлаждающая жидкость

Щелкните здесь для получения дополнительной информации

Руководства и техническое обслуживание

Мы предлагаем множество информативных статей и руководств по жидкостному охлаждению. Найдите ответы на часто задаваемые вопросы и узнайте больше об этом невероятном хобби.

… скоро будет больше контента.

Глоссарий по жидкостному охлаждению

Если вы уже интересуетесь жидкостным охлаждением или только начинаете, вы можете встретить новые незнакомые термины.
Мы предоставим вам наш глоссарий по жидкостному охлаждению, который содержит наиболее важную аббревиатуру, портманто
и другие важные термины, используемые в сообществе компьютерного жидкостного охлаждения.

Глоссарий по жидкостному охлаждению

Часто задаваемые вопросы

Мы отвечаем на многие вопросы, помогая новичкам, энтузиастам и экспертам в области жидкостного охлаждения. Часто ваши вопросы связаны с развитием наших продуктов и услуг. Посмотрите, что люди спрашивают чаще всего, и не стесняйтесь обращаться к нам, если не найдете ответов в этом разделе.

Перейти к FAQ

Расширенные модификации

Этот раздел посвящен экстремальным оверклокерам и моддерам, которые стремятся к совершенству как в производительности, так и в эстетике.