نشاط عملي يوّضح كيفية صنع حافظة الحرارة “الترمس”

2011 تجارب علمية الحرارة والطاقة

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

حافظة الحرارة الترمس الفيزياء

الأهداف

1- التقليل من انتقال الحرارة.

2- مراقبة عمل العزل الحراري.

3- صنع حافظة حرارة ومحاولة الحفاظ على السائل ساخناً لأطول فترة ممكنة.

 

الأدوات التي تحتاجها

1- رقائق ألمنيوم

2- إناءان زجاجيان صغيران مع غطائهما

 

3- شريط لاصق

4- مقص

 

5- ستايروفوم (عازل رغوي)

6- ماء حار داخل إبريق

 

7- إناء زجاجي كبير مع غطائه

8- ميزانا حرارة

 

خطوات العمل

1- لف طبقتين من رقائق الألمنيوم حول أحد الإناءين الصغيرين على أن يكون الجانب اللامع نحو الداخل. استعمل الشريط اللاصق لتثبيت رقائق الألمنيوم على الإناء.

2- ضع قطعة صغيرة من العازل الرغوي "ستايروفوم" في قاع الإناء الكبير.

3- قِسْ درجة حرارة الماء.

4– صب كوباً من الماء الحار في كلٍ من الإناءين الصغيرين. ضع الغطاء على الإناءين الصغيرين.

5- ضع أحد الإناءين الصغيرين داخل الإناء الكبير على قطعة العازل الرغوي «ستايروفوم» ثم أعد الغطاء على الإناء الكبير. اترك الإناء الصغير الثاني المملوء بالماء على الطاولة في مكان مكشوف.

6- بعد عشر دقائق أخرج الإناء الصغير من داخل الإناء الكبير، وقم بقياس درجة حرارة الماء في الإناءين الصغيرين. أيهما يحوي ماءً أكثر سخونة؟

 

اختبر قدرة مواد أخرى على العزل وذلك عن طريق لف الإناءين الصغيرين بالبلاستيك أو الكرتون أو الصوف أو المناديل الورقية (إلى الأسفل) أو الجرائد، كما يمكنك

استخدام مواد أخرى بدلاً من الإناء الكبير، مثل مبردة السوائل المصنوعة من مادة الستايروفوم (العازل الرغوي) أو صندوق طعامك.

وبإمكانك أيضاً استخدام مجموعات متنوعة من المواد وبسماكات مختلفة. ضع إناء صغيراً داخل إناء كبير كما في السابق، واترك إناء صغيراً في الخارج.

 

قم بقياس درجة حرارة الماء في الإناءين بعد عشر دقائق، وتأكد من أن الماء على درجة الحرارة نفسها في كل تجربة، وأن كلا الإناءين يستوعب كمية الماء نفسها.

كما يجب أن تترك الماء لمدة 10 دقائق تقريباً في كل فترة قبل قياس درجة حرارته. إن التقيد بهذه الخطوات سيجعل تجربتك أكثر دقة.

كما أن باستطاعتك أن تضع مخططاً بيانياً بدرجات الحرارة النهائية على مخطط أعمدة أو خطوط تبيّن فيه بصورة واضحة مدى منع أي من المواد المستخدمة لانتقال الحرارة.

 

إن إجراء المزيد من البحث والاستقصاء يمكن أن يساعدك في فهم حافظة الحرارة «الترمس» على نحو أفضل.

قم بملء الحافظة بالماء المغلي ثم أغلقها واستعمل ميزان الحرارة لقياس حرارة الماء كل ساعة. سجّل درجات الحرارة على المخطط البياني. هل تلاحظ أن درجة حرارة الماء تتناقص بمعدل ثابت؟

 

تحليل

لابدّ أنك اكتشفت أن الماء في الإناء المغلف برقابة الألمنيوم في الحافظة ظل ساخناً لفترة أطول من الماء الحار الموجود في الإناء الثاني.

ورغم أنك لم تصنع خواء (فراغاً) داخل الحافظة، غير أن الإناء الكبير ظل يعمل كأي نوع من أنواع حافظات الحرارة. لقد جرى عزل الماء الحار داخل الإناء الصغير عن الهواء الأكثر برودة خارج الحافظة من خلال طرق متعددة.

وأول تلك الطرق هي أن رقاقة الألمنيوم عكست الحرارة إلى داخل الإناء الصغير ولم تسمح لها بالتسرب نحو الخارج. والطريقة الثانية هي أن العازل الرغوي منع الحرارة من الانتقال عبر الزجاج.

 

إن المادة الرغوية «الستايروفوم» التي استخدمتها عازل جيد للحرارة، كما أن الهواء الكامن بين الإناءين ساعد أيضاً على عملية العزل الحراري، إذاً، لماذا تبرد الأشياء داخل الحافظة؟

ففي الحافظة التي قمت بصنعها، لابدّ أن انتقال الحرارة كان جارياً عبر الغطاء المعدني للقارورة والثغرات المحيطة به.

وبإمكانك التقليل من هذا التسريب بتغطية غطاء الأواني بمادة عازلة كالبلاستيك أو العازل الرغوي.

 

والمنفذ الآخر الذي تتسرب الحرارة من خلاله هو الهواء بين الإناءين في الحافظة. إن أي حرارة تخرج من الإناء الصغيرة ستؤدي إلى تسخين الهواء بين الإناءين.

وهذا الهواء بدوره سيتسرب من خلال زجاج الإناء الكبير. ورغم أن الحرارة المتسربة من هذين المنفذين ضئيلة، إلا أنها ليست صفراً، وبالتالي فإن الماء الموجود في الإناء الصغير سيبرد تدريجياً.

إن حافظة الحرارة «الترمس» تعمل عن طريق الحد من انتقال الحرارة فيما بين السائل والهواء الخارجي.

 

ماذا يعني لو أن درجة الحرارة في الإناءين كانت متماثلة في نهاية النشاط؟

إذا كان الماء في بداية النشاط قريباً من درجة حرارة الغرفة، فقد لا تلاحظ تغيراً كبيراً في درجة الحرارة، فالماء سيكون عند درجة حرارة الغرفة في كلا الإناءين في نهاية النشاط. استعمل الماء من صنبور الماء الحار.

 

نصائح للسلامة

انتبه عند استخدام الماء الحار. اطلب مساعدة أحد الكبار عند استعمالك أي مادة ساخنة.

 

غاز مختلف

بإمكانك استبدال الهواء في الإناء الكبير بثاني أكسيد الكربون.

اطلب من أحد الكبار أن يضع شمعة صغيرة في الإناء الكبير وأشعلها قبل أن تضع الإناء الصغير بقليل.

وعندما تضع غطاء الإناء تستهلك الشمعة الأكسجين الموجود في الإناء مُخلفاً غاز ثاني أكسيد الكربون CO¬2 فيه. ما الفرق الذي يحدثه ذلك التغيير بالنسبة لنتائجك؟

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]