В этом году я стал первоклассником. Мне нравятся многие школьные предметы, но больше всего меня интересует как устроен окружающий мир. Мир физических явлений чрезвычайно разнообразен. И хотя предмет физика у меня будет только в средней школе, мне нравится наблюдать за процессами, происходящими вокруг меня, и искать им объяснение. Многие физические закономерности можно получить из собственных наблюдений. Однажды я заметил, что при поднесении руки к батарее отопления можно ощутить движение теплого воздуха. Причем теплый воздух поднимается вверх, а холодный остается внизу.
Я предположил (гипотеза), что процесс перемещения воздуха в доме является доказательством физического явления.
Исходя из гипотезы, я поставил цель: исследовать явление, происходящее в доме и выявить взаимосвязь с физическим процессом
Для достижения цели я поставил и постепенно решал следующие задачи:
– провел ряд домашних экспериментов
– изучил информационные источники по наблюдаемому явлению
– объяснил результаты эксперимента, основываясь на физических явлениях
Прочитав один из разделов книги Я. Перельмана «Занимательная физика», я узнал, что впервые термин «конвекция» был предложен английским ученым Вильямом Прутом еще в начале XIX века. Но изучать этот процесс стали только в середине прошлого века. Конвекция — это процесс теплопередачи, осуществляемый путем переноса энергии потоками жидкости или газа.
Изучая информационные источники, я выявил, что различают два вида конвекции: естественную конвекцию и принудительную. При естественной конвекции слои жидкости или воздуха сами перемешиваются при нагревании или остывании. Например, когда открываем окно. А при принудительной конвекции происходит механическое перемешивание жидкости или газа — ложкой, вентилятором или иным способом.
Вначале я рассмотрел естественную конвекцию. Мною были проведены ряд экспериментов, подтверждающих существование естественной конвекции.
- Если поместить зажженную свечу вверху дверного проема, то становится видно направление потока теплого воздуха. Я увидел, что теплый воздух движется из теплой комнаты в холодную. Если поместить зажженную свечу внизу дверного проема, будем наблюдать поток холодного воздуха, заходящий в комнату, потому что холодный воздух находится внизу.
- Следующий эксперимент с бумажной спиралью и теплым воздухом от свечи, который поднимается вверх и заставляет спираль крутиться, доказал мне, что нагреваемое вещество теряет плотность и становится легче по сравнению с окружающим его холодным пространством и поднимается вверх.
Из определения я узнал, что перенос тепловой энергии может наблюдаться и в жидкостях. Я не мог оставить это без внимания!
Для исследования эффекта конвекции в жидкости мы взяли банку с холодной водой и небольшую бутылку с горячей водой, окрашенной в синий цвет, для наглядности движения холодных и горячих потоков. В банку с холодной водой была опущена бутылка с горячей окрашенной водой. Горячая вода из бутылки сразу начала подниматься вверх, не смешиваясь с холодной. Только после того, как горячая вода начала остывать, а холодная нагреваться — началось смешение слоев, что наглядно видно на фото, которые я фиксировал в ходе своих наблюдений.
Во время этого эксперимента мне открылся еще один интересный факт: если жидкости прогревать не снизу, а сверху, то конвекция не происходит. Нагретые слои не могут опускаться ниже холодных, более тяжелых. Далее я нашел этому подтверждение и научных источниках.
Изучая дальше этот вопрос, я был удивлен тому, что этот физический процесс объясняет многие природные явления. Например, в сильные морозы глубокие водоемы не промерзают до дна, и вода внизу имеет температуру +4°С. Оказывается, что вода при такой температуре – наиболее тяжелая и опускается на дно. Поэтому дальнейшая конвекция теплой воды наверх становится невозможной и вода более не остывает.
Меня восхитил тот факт, что люди, изучив и поняв суть конвекции, используют для своего блага это физическое явление. Газовый духовой шкаф с конвекцией позволяет готовить разные блюда одновременно на отдельных уровнях при различной температуре. При этом полностью исключается смешение вкусов и запахов. С явлением конвекции связаны процесс охлаждение продуктов в холодильнике. Газ фреон, циркулирующий по трубкам холодильника, охлаждает воздух в верхней части холодильной камеры. Холодный воздух, опускаясь, охлаждает продукты, а затем снова поднимается вверх.
Проведя ряд практических опытов и наблюдений, прихожу к выводу, что конвекция сопровождает нас в жизни постоянно. Это физическое явление. И человечество с большим успехом использует это явление себе во благо.
