3. Виды теплопередачи (§ 4-6)

1. Изучите учебный материал

Теплопроводность

Конвекция

Излучение

2. Проверьте себя. Тесты "Теплопроводность ", "Конвекция ", "Излучение "

3. Ответьте на вопросы:
1. Почему походная алюминиевая кружка с чаем обжигает губы, а фарфоровая - нет?
2. Почему оренбургские платки, связанные из тончайших волокон козьего пуха, хорошо защищают от холода?
3. Почему в зимнее время года в электричках устанавливают вторую раму, а летом ее снимают?
4. Что защищает животных от зимних холодов?
5. Ускорится ли процесс таяния мороженого, если его положить в шубу?
6. Один лист бумаги поднесли к свече сбоку, а другой на такое же расстояние сверху. Почему первый лит не загорелся, а второй сразу воспламенился?
7. Где располагают спираль в электрочайнике?
8. Где самое холодное и самое теплое место в деревянном доме?
9. Куда следует поместить лед: под кастрюлю или на крышку кастрюли, если мы хотим охладить содержимое?
10. Каким образом поступает энергия от Солнца к Земле и другим планетам? Почему другие виды теплопередачи невозможны?
11. В какой цвет следует окрашивать холодильник?
12. Почему в городе снег тает быстрее, чем за городом?
13. Наблюдения показывают, что в высокогорных районах живут насекомые с темными крыльями. Почему?

Похоже на то, что быстро тающие льды Гренландии и Антарктики ускоряют общий процесс поднятия уровня вод Мирового океана. Об этом свидетельствуют данные, передаваемые искусственными спутниками с орбиты. Если текущая скорость роста уровня воды сохранится, то уже к концу столетия этот показатель будет больше текущего на 61 сантиметр.

Исследование, которое позволило выяснить скорость поднятия уровня воды, базируется на достаточно крупной выборке данных. Ученые взяли информацию , переданную спутниками за 25 лет и подвергли ее детальному анализу при помощи компьютерных систем. Как оказалось, именно потепление и тающие льды играют основную роль в ускорении процесса «затопления».

Вся проблема в том, что предыдущие оценки показателя уровня воды базировались на старых результатах. А они оказались не слишком надежными, поскольку не учитывали ряд факторов, включая ускорение таяния вечных льдов. По мнению специалистов, даже небольшие изменения в текущем уровне воды в морях и океанах сильно повлияет на состояние окружающей среды и прибрежных городов. Так, потопы и эрозия почвы могут стать постоянными спутниками таких населенных пунктов.

«Опасения жителей таких регионов могут стать реальностью к 2100 году - всего за несколько десятилетий», - говорит Кэти Серафин из Орегонского университета. За прошедшие 25 лет уровень воды в Мировом океане поднялся на 7,5 сантиметра. Примерно половина этого показателя обусловлена таянием льдов. Сейчас процесс таяния ускоряется, и все больше льда начинает превращаться в жидкую воду в Гренландии и Антарктике.

Поднимающаяся вода, в свою очередь, оказывает сильнейшее влияние на климат, который изменяется еще быстрее. В природе огромное количество факторов взаимозависимы, и это можно отследить на примере потепления и таяния льдов. Стоит отметить, что уровень воды в Мировом океане оставался примерно на одном и том же уровне в течение примерно 3000 лет. В 20 веке начались изменения, вызванные промышленной революцией, увеличением объемов сжигаемых горючих полезных ископаемых и другими факторами.

Известно, что повышение уровня воды оказывает сильное влияние на регионы вроде Майами и Нового Орлеана в США. Этим районам затопление угрожает в первую очередь. И если в обычное время они могут справиться с поднимающейся водой, то ураганы и тайфуны все ставят на свои места, провоцируя затопление огромных площадей земли.

На данный момент Гренландия оказывает на поднятие уровня воды в три раза более сильное влияние, чем Антарктика. Но льды последней могут таять быстрее, чем предсказано текущими моделями климатических изменений, которыми пользуются ученые. «Антарктика выглядит менее стабильной, чем всего несколько лет назад», - говорит климатолог Роберт Копп.

Для того, чтобы затормозить скорость, с которой поднимается температура Земли, в Париже в 2016 году было подписано специальное соглашение между странами, которое получило название «Парижское». Оно регулирует меры по снижению углекислого газа в атмосфере с 2020 года. На данный момент именно эта договоренность - главная надежда человечества на остановку потепления до того момента, пока будет достигнута точка невозврата. А именно - потепление вызывает таяние ледников и вечной мерзлоты. В результате увеличивается объем выброса углекислого газа в атмосферу, усиливается парниковый эффект, ускоряется потепление.

Цель этого соглашения - удержание роста средней температуры ниже 2 градусов Цельсия. Для того, чтобы это сделать, необходимо быстро снизить объем выбросов углекислого газа в атмосферу. Правда, и этого может быть недостаточно для того, чтобы остановить разогрев Земли. Некоторые климатологи считают, что уже сейчас человечество находится у точки невозврата, когда нужно уже не только сокращать выбросы, но и удалять парниковые газы из атмосферы. В противном случае точка невозврата будет действительно пройдена и делать что-то либо будет невозможно.

Для того, чтобы это сделать, нужно предпринимать следующие действия: восстанавливать лесные массивы, обрабатывать почву специальными методами, изымать углекислый газ из атмосферного воздуха и прочее. Но для того, чтобы снизить ограничение в пределах примерно 2 градусов, необходимо научиться уже к 2050 году каждый год удалять из атмосферы около 11 млрд тонн углекислого газа для компенсации эмиссии. А это сделать либо трудно, либо вообще нельзя. Чтобы

18 июля 2013. Хотя изменение климата входит в сферу компетенции такой точной науки, как фундаментальная физика, во многом это результат сложного взаимодействия факторов, которые до конца не ясны. Например, очевидно, что в условиях глобального потепления уровень моря повысится, поскольку потеплевшая вода в океанах расширится, а ледники и ледяные щиты растают. Но скорость повышения уровня моря и его конечная точка остаются предметом жарких дебатов.

На этой неделе некоторую ясность в вопрос внесли две новые статьи. посвящена тому, где остановится уровень моря, когда климат вновь придёт в равновесие (через несколько веков). анализирует потерю льда Гренландией и Антарктикой, но приходит к выводу, что пока нет никакого способа узнать, ускорился ли процесс.

Надо сразу сказать, что подобные исследования очень многим обязаны спутникам , которые с 2003 года исправно сообщают о том, что ледяные щиты теряют массу. Есть признаки того, что сокращение убыстряется, но исследователи никак не могут договориться о точных показателях этого ускорения.

Авторы нового исследования (начнём со второго) сделали шаг назад и попытались выяснить, насколько разнообразно поведение щитов и как долго с учётом этой изменчивости нам нужно наблюдать, прежде чем мы сумеем обнаружить тенденцию. На то, как тает ледник, влияет ведь не только потепление, но и краткосрочные атмосферные явления и изменения циркуляции океана. За короткое время эти события могут полностью скрыть любые долгосрочные тенденции.

Насколько короткое? Авторы провели моделирование поведения ледниковых щитов в течение длительного времени без использования данных GRACE, а затем выполнили статистический анализ результатов этого проекта на предмет того, как наблюдения различной продолжительности влияют на обнаружение тенденций. Оказалось, что льды Антарктики ведут себя довольно стабильно, а потому мы уже вот-вот сможем выявить ускорение в районе 10 гТ в год. Чтобы выделить из шума долгосрочную тенденцию в Гренландии, надо наблюдать ещё лет десять.

Впрочем, в большинстве исследований ускорение оценивается больше чем на 10 гТ в год, поэтому обозревать Антарктику следует и впредь.

Что касается уровня моря, то, как правило, специалисты ссылаются на доклады Межправительственной группы экспертов по изменению климата, в которых дана оценка подъёма воды до конца столетия. Но процессы, влияющие на повышение уровня моря (передача тепла океанам и таяние льда), обладают огромной инерцией. Даже если температура стабилизируется, море будет наступать ещё несколько столетий.

Возникает закономерный вопрос: где оно остановится? История даёт тревожный ответ. Не раз в прошлом, когда температура всего на несколько градусов превышала доиндустриальный уровень, океан поднимался порой чуть ли не на 10 м по сравнению с сегодняшним показателем.

Чтобы понять, как это могло произойти, авторы по отдельности смоделировали роль основных факторов повышения уровня моря. Шесть парных моделей, охвативших 10 тыс. лет, показали, что тепловое расширение океанов добавляет 0,4 м к уровню моря на каждый градус. Горные ледники, даже если на определённой высоте они растают все, дадут 0,6 м. Лёд Антарктики внесёт относительно стабильный вклад в размере 1,2 м на каждый градус потепления.

А Гренландия и здесь выступает в роли тёмной лошадки. После относительно плавной реакции на первый градус потепления она внезапно добавляла в моделях более 4 м уровня моря на следующие полградуса. И у неё после этого оставалось ещё много льда для дальнейшего потепления.

В совокупности эти факторы повышают уровень моря примерно на 2,3 м на каждый градус выше доиндустриальной температуры, и эта скорость удерживается в течение четырёх градусов потепления. Это средний показатель, в действительности наших потомков могут ждать периоды медленного роста, которые будут сменяться резким и очень быстрым подъёмом воды.

Для проверки своих выкладок авторы сравнили результат с показателями среднего плиоцена и двух предыдущих межледниковых периодов. Эти оценки грешат большой неопределённостью (например, уровень моря среднего плиоцена, по разным данным, превышал сегодняшний на 5–30 м), но все они включают значения, полученные новой моделью.

Если средняя скорость роста уровня моря и впрямь составляет 2,3 м на градус, становится ясно, что подъёма воды-то мы толком ещё и не видели, то есть за наши сегодняшние выбросы углерода в конечном счёте отдуваться потомкам. Да помилует их Нептун!

Библиографическое описание: Вент К. Э., Макеева О. Н. О процессах таяния снега и кристаллизации воды под воздействием пищевых добавок // Юный ученый. — 2017. — №2. — С. 105-108..03.2019).



В повседневной жизни мы не редко сталкиваемся с явлениями фазового перехода. За этим научным терминов скрываются, например, процессы замерзания и таяния воды, которые мы не раз наблюдаем на улице, в прихожей, в холодильнике и т. д. Конечно, упомянутые явления не исчерпываются этим списком, но мы хотим рассмотреть именно те, которые наблюдал каждый из нас, и которые оказывают большое влияние на нашу жизнь.

Я решил изучить эти процессы, чтобы донести эту информацию до одноклассников и рассказать какие существуют пищевые добавки, которые влияют на скорость таяния и замерзания, чтобы расширить их и свой кругозор.

Объект исследования является процесс фазовых переходов

Предмет исследования является процесс таяния снега и кристаллизации воды в домашних условиях под воздействием пищевых добавок

Цель работы заключается в изучении процессов кристаллизации и таяния воды под действием пищевых добавок.

В основу работы была положена гипотеза о том, чтолюбое из рассмотренных веществ, растворенных в воде, влияет на её скорость замерзания и таяния. А значит, их можно использовать в быту в качестве размораживателей, антифризов или даже наоборот ускорителей замерзания.

Для реализации выдвинутой гипотезы необходимо решить следующие задачи:

1. выяснить какой из водных растворов (лимонной кислоты, пищевой соды, поваренной соли и сахара) дольше замерзает;
2. выявить какая из пищевых добавок лучше способствует таянию снега.

Для решения поставленных задач использованы следующие методы исследования :

– изучение источников информации;

– эксперимент;

– наблюдение;

– обобщение.

Для того, чтобы нами были достигнуты поставленные цели, необходимо выдвинуть и построить план работы. Исследование проходило в несколько этапов:

1 этап: изучение научной литературы

2 этап: проведение практических опытов.

3 этап: анализ и обобщение опытно-экспериментальной работы, оформление исследовательской работы.

Практическая значимость работы очевидна. Люди часто и давно используют различные способы, чтобы растаять замерзшую воду. Физические способы не всегда подходят. Они часто требуют дорогостоящего оборудования, большого расхода энергии или имеют еще какие-то ограничения. Нельзя обогреть все дороги, ступеньки, замки. Поэтому для данных задач используют химические методы. Но если для решения больших, общих проблем люди строят специальную инфраструктуру и достаточно хорошо научились их решать, то отдельный человек может столкнуться с весьма неожиданными трудностями. Речь идет не только о достаточно распространённых случаях, когда люди не могут оттаять стекло или открыть дверь своей машины, но и про способы разморозить холодильник с труднодоступными воздуховодами или сделать не замерзающим бетон или затирку для срочного ремонта. Сталкиваясь с такой необычной проблемой, человек начинает перебирать возможные варианты и останавливается на пищевых добавках. Действительно, химических веществ, представленных в аптечке, как правило, мало, а бытовая химия обладает большим количеством побочных свойств: их водные растворы скользкие, вредные при попадании в организм человека и домашних животных.

Нам нужно рассмотреть самые распространённые пищевые добавки. Как они будут замерзать, и как будет таять снег под их воздействием. Многие знают, что поваренная соль способствует понижению температуры замерзания воды, но вдруг она будет недоступна или будут ограничения (например, химические) по её использованию.

Для подготовки опытов мы будем пользоваться объемной мерой пищевых добавок: чайная ложка. Это наиболее доступная мера. Как правило, в быту именно чайными ложками пользуется человек. Столовая ложка слишком велика, а десертная не очень распространена. Пользоваться же массовой мерой неудобно, т. к. на кухонных весах измерить малые количества добавок почти невозможно.

Эксперимент № 1 Таяние снега под действием пищевых добавок.

Стаканы взвешиваются для дополнительного контроля, что в них содержится одинаковое количество снега. В стаканы засыпаются реагенты в количестве 2 чайных ложек: 1 - лимонная кислота, 2 - пищевая сода, 3 - поваренная соль, 4 - сахар, 5 - без реагента (контрольный). Стаканы устанавливаются в таз в середину комнаты для исключения влияния воздушных потоков. Каждые 5 минут производится фотографирование вплоть до полного таяния снега в последнем стакане (график № 1)

Рис. 1 Таяние снега под действием пищевых добавок

Видно, что поваренная соль оказалась самым эффективным размораживающим средством из рассмотренных. Остальные пищевые добавки тоже влияют время, которое необходимо для таяния снега. Это время заметно снижается. Лучшей из остальных была лимонная кислота, третьей пищевой добавкой - сахар, потом - сода. Снег, в который мы не добавили никакого реагента, растаял последним.

Выводы: Добавление в снег любых пищевых добавок приводит к ускорению таяния снега. Лучше всего на эту роль подходит поваренная соль.

При смешивании соли со снегом наблюдаются два процесса:

1) разрушение кристаллической решетки соли, который происходит с поглощением тепла;

2) гидратация (взаимодействие воды с химическими соединениями) ионов, который происходит с выделением тепла в окружающую среду.

Для поваренной соли первый процесс превалирует над вторым. Поэтому при смешивании снега с этими солями происходит активный отбор тепла из окружающей среды.

В случае недоступности применения соли подойдет и лимонная кислота, если, конечно, её применение химически безопасно.

Эксперимент № 2 Замораживание растворов пищевых добавок.

В стаканы наливается одинаковое количество воды. Стаканы взвешиваются для дополнительного контроля. В стаканы засыпаются реагенты: 1 - лимонная кислота, 2 - пищевая сода, 3 - поваренная соль, 4 - сахар, 5 - без реагента (контрольный) в количестве 1 чайная ложка. Стаканы устанавливаются на нижнюю полку морозильной камеры холодильника. Настройки морозильной камеры: –26℃. Каждые 30 минут производится фотографирование вплоть до полного замерзания льда в последнем стакане.

(график № 2)

Рис. 2 Замораживание растворов пищевых добавок

Видно, что в данном эксперименте лучшим антифризом оказалась поваренная соль.

Выводы: вода замерзает при температуре 0 градусов. Когда мы добавляем соль, мы получаем соляной раствор, который замерзает при температуре ниже 0.Другими словами, добавление соли к воде снижает точку ее замерзания.

Но некоторые добавки (кислота и сода) заметно улучшают способность воды к замерзанию.

В этой постановке эксперимента было сложно определить момент окончательного замерзания. Следует также отметить, что концентрации пищевых добавок существенно разнились, т. к. в чайную ложку помещается разное кол-во реагента.

В результате проведенных опытов и наблюдений, мы подтвердили первоначальную гипотезу, согласно которой мы выяснили, что любое из рассмотренных веществ, растворенных в воде, влияет на её скорость замерзания и таяния. А значит, их можно использовать в быту в качестве размораживателей, антифризов или даже наоборот ускорителей замерзания. В ходе эксперимента было выявлено несколько сложностей. Для обеспечения повторяемости эксперимента № 1 нужно набрать снег примерно в ту же погоду и той же температуры.

Дальнейшее развитие работы мы видим в следующих направлениях:

1. Исследование других реагентов. В частности тех, что используются в обработке дорог.
2. Исследование разных форм одного и того же реагента (например, соли): концентрированный раствор, крупные кристаллы, мелкие кристаллы, смесь с песком и т. д.
3. Провести эксперименты в естественных условиях.
4. Применить статистические методы анализа. Для чего улучшить средства измерения и повторить эксперименты несколько раз.
5. Применить средства непрерывной видео фиксации.

Литература:

1. Большая энциклопедия школьника. «Планета Земля». «Издательство Росмэн- Пресс», 2001.- 657 с.: А. Ю Бирюкова.
2. Перышкин А. В. Физика 8 кл.: учебник для общеобразовательных учреждений. - М.: Дрофа, 2005г.
3. Словари и энциклопедии на Академике
4. Эллиот Л. И Уилкокс У. Физика, М., 1975г.
5. Энциклопедия юному эрудиту обо всём от А до Я. Москва, «Махаон». 2008