Итоговое проектирование в 9 классе «Изготовление изотермического контейнера из доступных материалов, исследование его свойств и определение эксплуатационных характеристик»

Введение

Сохранить продукты свежими, охлажденными или даже замороженными вне дома и без стационарного холодильника можно легко и просто при помощи изотермического контейнера. Для тех, кто еще не обзавелся таким полезным аксессуаром, наверняка будет интересно узнать, как работает изотермический контейнер и от чего зависит его эффективность. Поэтому разработка относительно простых в изготовлении изотермических контейнеров получает все большую актуальность.

Формулирование проблемы: в наши дни вопрос удобной и безопасной транспортировки товаров и продуктов является одним из важнейших для деятельности большого количества предприятий. Сбой поставки на одном предприятии, несомненно, повлияет на деятельность другого. Особенно этот факт стоит учитывать, когда дело касается перевозки скоропортящихся продуктов.

Объектом исследования в нашей работе будет созданный нами изотермический контейнер.

Предметом исследования в данном проекте будет способность изотермического контейнера долговременно сохранять необходимую температуру помещённых в него физических тел.

Определение гипотезы: изотермический контейнер с рабочим диапазоном температур от -35°С до + 90°С и временем сохранения необходимой температуры внутри контейнера до 48 часов возможно создать из доступных материалов с использованием простых инструментов.

Целью работы является частично снизить зависимость современного человека от наличия или отсутствия электрической энергии путем создания из доступных подручных материалов изотермического контейнера, с помощью которого удастся добиться продлить время хранения продуктов питания при выезде на природу, на дачу, в длительном походе и т.д.

Задачи проекта

Создание из доступных материалов изотермического контейнера.

Изучение свойств полученного изотермического контейнера методом комплексного экспериментального исследования тепловых явлений.

Проверка эксплуатационных свойств изотермического контейнера.

Проектным продуктом в данной работе станет изготовленный нами изотермический контейнер, а также обобщённый опыт, полученный в результате работы и дополнительные в предметной области знания полученные нами при выполнении проектирования изотермического контейнера.

Содержание работы

Обзор различных типов изотермических контейнеров.

Разработка требований к создаваемому изотермическому контейнеру.

Выбор материалов и оборудования для производства работ.

Создание экспериментального образца и испытание его теплоизоляционных свойств с помощью лабораторного оборудования.

Анализ полученных данных и предварительные выводы о возможности практического использования созданного изотермического контейнера.

Изотермический контейнер, это емкость особой конструкции, предназначенная для хранения и транспортировки продуктов. Данные контейнеры предназначены для продуктов, обеспечение сохранности которых требует поддержания определенного температурного режима (высокого или низкого).

Изотермический контейнер представляет собой конструкцию с теплоизолированными стенками и крышкой, которые обеспечивают ограничение теплообмена между внутренним пространством контейнера и внешней средой.

Глава 1. Технологическая часть

Разработка проекта изотермического утеплителя

Планируем создать изотермический контейнер в форме прямоугольного параллелепипеда размерами 40х30х20 сантиметров с объёмом полезного пространства не менее 10 литров.

Стенки и крышку контейнера планируем сделать из картона, для теплоизоляции используем синтепоновый утеплитель фольгированный рулонный толщиной не менее 5 мм

Подготовка материалов и инструмента

Для выполнения работы подготовим инструмент и материалы в количестве:

Меры безопасности при проведении работ

Перед началом выполнения практической части проекта по созданию изотермического контейнера необходимо повторно изучить требования правил техники безопасности и пройти инструктаж по мерам безопасности на рабочем месте.

Приступая к работе, необходимо соблюдать следующие меры безопасности при работе с инструментами:

1. Будьте внимательны и дисциплинированны, точно выполняйте указания руководителя проекта.

2. Не приступайте к выполнению работы без разрешения руководителя проекта.

3. Размещайте приборы, материалы, оборудование на своем рабочем месте таким образом, чтобы исключить их падение или опрокидывание.

4. Перед выполнением работы внимательно изучите ее содержание и порядок выполнения.

5. Подготовьте рабочее место к безопасному ведению работ, уберите лишние предметы, освещение должно быть достаточным и без слепящего действия

6. Проверьте исправность инструмента и подготовьте к работе исправный инструмент

7. При выполнении работ необходимо использовать инструмент только по его прямому назначению

8. Запрещается пользоваться неисправными или тупыми инструментами

9. Поверхность бойков молотков должна быть выпуклой, а не сбитой

10. Инструменты, имеющие заостренные хвостовики (напильники и др.) должны быть снабжены деревянными плотно прилегающими рукоятками установленной формы без трещин

11. Ударные режущие инструменты (зубило, бородок, кернер) должны иметь не сбитую рабочую поверхность

12. Запрещается пользоваться инструментами, правила обращения с которыми не изучены

13. Режущие и колющие инструменты необходимо класть с сомкнутыми лезвиями, направленными от себя

14. Передавать режущие и колющие инструменты только с сомкнутыми лезвиями и ручками вперед.

Правила безопасности при работе с клеем:

Глаза от попадания паров и самого состава защищаются специальными очками с резиновым уплотнителем;

На руки надеваются перчатки из материала устойчивого к воздействию растворителя, например, латекс;

Дыхательные пути защищаются марлевой повязкой или фильтром-лепестком;

Состав наносится только при помощи кисти, лопатки или специального дозатора;

Помещение, где проводятся работы, обязательно проветривается.

Создание изотермического контейнера

Из листа пенопласта вырезаем 2 прямоугольника 33х27 см, и 1 прямоугольник 16х27 см.

Из листа синтепонового утеплителя вырезаем 2 прямоугольника 26х32 см, 2 прямоугольника 21х33 см, 1 прямоугольник 27х21 см и 1 прямоугольник 28х22 см.

Из листа картона вырезаем 1 прямоугольник 28х22 см.

Картонный короб снаружи оборачиваем фольгой, закрепляем изолирующей лентой.

Приклеиваем внутри короба:

- прямоугольник синтепонового утеплителя 27х21 см на дно короба;

- 2 прямоугольника синтепонового утеплителя 21х33 см на стороны короба соответствующего размера;

- 2 прямоугольника пенопласта 33х27 см на боковые стороны короба соответствующего размера;

- 2 прямоугольника синтепонового утеплителя 26х32 см на стороны короба соответствующего размера;

- обрезаем выступающие части, устраняем шероховатости;

- закрепляем углы (швы) изолирующей лентой.

Изготавливаем крышку:

- к прямоугольнику картона 28х22 см, приклеиваем по центру прямоугольник пенопласта 16х27 см, с обратной стороны прямоугольник синтепонового утеплителя 28х22 см;

- делаем шилом отверстие в центральной части крышки контейнера и крышки от пластиковой бутылки (ручка контейнерной крышки);

- закрепляем ручку к крышке контейнера болтом с шайбами и гайками при помощи отвертки;

- обрезаем выступающие части, устраняем шероховатости;

- закрепляем углы (швы) изолирующей лентой.

Размеры контейнера: 38х29х22 см

Внутренняя полость: 33х16х27 см

Толщина крышки 2 см

Глава 2. Исследовательская часть

Для определения эксплуатационных свойств изотермического контейнера проведём несколько опытов

Опыт 1. Наполним две одинаковые бутылки емкостью 1 литр каждая горячей водой при температуре 95°С и поставим одну бутылку на стол, а другую поместим в изотермический контейнер.

Температура воздуха в классе 20°С.

Через 30 минут измеряем температуру воды в первой и второй бутылках и внутри изотермического контейнера. Результаты измерений заносим в таблицу:

Рассчитаем эффективность изотермического контейнера по формуле:

Расчеты показывают, что вода в изотермическом контейнере потеряла в 1,3 раза меньше энергии, чем вода, стоящая на открытом пространстве.

Опыт 2. Наполним две одинаковые бутылки емкостью 1 литр каждая горячей водой при температуре 95°С и поставим одну бутылку на стол, а другую поместим в изотермический контейнер.

Температура воздуха в классе составляла 20°С.

Через 140 минут измеряем температуру воды в первой и второй бутылках и внутри изотермического контейнера. Результаты измерений заносим в таблицу:

Найдем отношение количества теплоты, потерянного бутылкой, стоящей в изотермическом контейнере к количеству теплоты, потерянному бутылкой, стоявшей на открытом пространстве:

Расчеты показывают, что вода в изотермическом контейнере потеряла в 1,6 раз меньше энергии, чем вода, стоящая на открытом пространстве.

Опыт 3. Наполним две одинаковые бутылки емкостью 1 литр каждая горячей водой при температуре 95°С и поставим одну бутылку на стол, а другую поместим в изотермический контейнер.

Температура воздуха в классе 20°С.

Через 390 минут измеряем температуру воды в первой и второй бутылках и внутри изотермического контейнера. Результаты измерений заносим в таблицу:

Найдем отношение количества теплоты, потерянного бутылкой, стоящей в изотермическом контейнере к количеству теплоты, потерянному бутылкой, стоявшей на открытом пространстве:

Стоящая на открытом пространстве бутылка с горячей водой потеряла в 1,3 раза больше энергии, чем бутылка, стоящая в изотермическом контейнере

Опыт 4. Наполним три одинаковые бутылки емкостью 1 литр каждая горячей водой при температуре 95°С и поставим одну бутылку на стол, а две другие поместим в изотермический контейнер.

Температура воздуха в классе 20°С.

Через 390 минут измеряем температуру воды в первой и второй бутылках и внутри изотермического контейнера. Результаты измерений заносим в таблицу:

Найдем отношение количества теплоты, потерянного бутылкой, стоящей в изотермическом контейнере к количеству теплоты, потерянному бутылкой, стоявшей на открытом пространстве:

Стоящая на открытом пространстве бутылка с горячей водой потеряла в 1,5 раза больше энергии, чем бутылка, стоящая в изотермическом контейнере

Опыт 5.

Работа со льдом: подготовим три одинаковых контейнера со льдом объёмом 1000 миллилитров. Один контрольный контейнер поставим на открытом пространстве в помещении класса, два других поместим в изотермический контейнер. Время проведения опыта составляет 4 часа 45 минут. За это время в контрольном контейнере растаяло 395 мл воды. В изотермическом контейнере растаяло 55 мл воды, температура воздуха в изотермическом в контейнере 8°С.

Температура воздуха в помещении во время проведения опыта составляла 24°С.

Опыт 6.

Работа со льдом: подготовим три одинаковых контейнера со льдом объёмом 1000 миллилитров. Один контрольный контейнер поставим на открытом пространстве в помещении класса, два других поместим в изотермический контейнер. Время проведения опыта составляет 26 часов 15 минут. За это время в контрольном контейнере растаял весь лёд. В изотермическом контейнере растаяло 750 миллилитров льды, температура воздуха в изотермическом в контейнере 8°С.

Температура воздуха в помещении во время проведения опыта составляла 24°С.

Опыт 7.

Работа со льдом: подготовим три одинаковых контейнера со льдом объёмом 1000 миллилитров. Один контрольный контейнер поставим на открытом пространстве в помещении класса, два других поместим в изотермический контейнер. Время проведения опыта составляет 48 часов 00 минут. За это время в контрольном контейнере растаял весь лёд. В изотермическом контейнере растаяло также растаял весь лёд. Температура воды в изотермическом контейнере 17°С, температура воздуха в изотермическом в контейнере 18°С. В изотермическом контейнере наступило состояние, близкое к тепловому равновесию. Температура воздуха в помещении во время проведения опыта составляла 24°С.

Выводы

Испытания изотермического контейнера показали его высокую эффективность при сохранении внутренней энергии помещенных в него физических тел.

В результате проведённой работы на удалось создать изотермический контейнер с рабочим диапазоном температур от -35°С до + 90°С и временем сохранения необходимой температуры внутри контейнера до 48 часов.

Охлаждение воды в контейнере при прочих равных условиях, происходит, в среднем, в полтора раза медленнее чем на открытом пространстве.

Изотермический контейнер успешно противостоит, как нагреванию, так и охлаждению помещенных в него объектов и может быть рекомендован к практическому использованию для применения в быту.

Список источников и литературы

А. В. Перышкин ФИЗИКА 8 класс.

Учебник для общеобразовательных учреждений Рекомендовано Министерством образования и науки Российской Федерации ВЕРТИКАЛЬ Москва изд. Дрофа 2013 год

А. В. Перышкин, Е. М. Гутник ФИЗИКА 9 класс.

Учебник Рекомендовано Министерством образования и науки Российской Федерации ВЕРТИКАЛЬ Москва изд. Дрофа 2014 год

: https://mzoc.ru/prochie/chto-takoe-izotermicheskij-kontejner.html

https://www.zebra-tara.ru/

Приложения

Измерение температуры контрольных образцов

Контейнеры со льдом перед проведением опыта

Измерение температуры в изотермическом контейнере