Оглавление

Оглавление.

1. Введение……………………………………………………………………………….. 2 стр.

2. Основная часть………………………………………………………………………….3-9 стр.

1) теплопроводность;

2) 1 часть эксперимента. Сравнение теплопроводности различных текстильных материалов;

3) 2 часть эксперимента: Вычислить коэффициент теплоизоляции текстильных материалов

3.Заключение: новые технологии решают проблемы теплопроводности одежды 10 стр.

4. Библиографический список………………………………………………………….11 стр.

Введение. В конце 2009 года разгорелись дебаты о глобальном потеплении на Земле. Было много приведено научных фактов о том, что климат на Земле становится теплее и виной тому наша цивилизация. Звучали также мнения о том, что теория «глобального потепления» ошибочна. Природа решила тоже сказать свое веское слово зимними морозами. Многие европейские страны были засыпаны снегом, а жители данных стран срочно пополнили свой гардероб теплыми вещами.

В России зима года признана самой холодной за последние 30 лет. В условиях холодного климата возникает проблема соответствующей одежды, которая если не греет, то хорошо сохраняет тепло. Одежда должна обладать малой теплопроводностью. И поэтому мы решили исследовать некоторые виды тканей на теплопроводность.

В качестве объекта исследования мы решили взять ткани, с которыми работает швейная фабрика «Рассвет» гЧебоксары. С этой целью мы посетили данную фабрику и узнали, что в настоящее время она работает с отечественным и импортным материалом. Отечественный материал сопровождается артикулом, в котором указаны длина и ширина ткани, а так же её физические и санитарные свойства. На импортных тканях указаны лишь длина и ширина. Мы узнали, что раньше на фабрике была лаборатория по исследованию состава ткани, а в настоящее время такой лаборатории нет не только на фабрике, но и вообще в республике. Ближайшая лаборатория находится в городе Казань. На фабрике нас приняли радушно и подарили нам для эксперимента образцы костюмной ткани.

Цель нашей работы - разработать методику исследования теплопроводности текстильных материалов в условиях школьного физического кабинета.

Для выполнения этой цели мы поставили перед собой следующие задачи:

1) изучить теоретическую основу понятия теплопроводности;

2)Исследовать теплопроводность текстильных материалов используемых Чебоксарской, фабрикой «Рассвет»;

3)экспериментально определить коэффициент теплоизоляции текстильных материалов.

Для изучения данной темы мы использовали следующие методики:

1)изучение литературы с теорией для нашей темы;

2)поход на фабрику «Рассвет»;

3)проведение опытов, построение таблиц и графиков;

Основная часть.

Теплопрово́дность — это перенос теплоты структурными частицами вещества (молекулами, атомами, электронами) в процессе их теплового движения. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества. Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее нагретым областям. Иногда теплопроводностью называется также количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.

Исторически считалось, что передача тепловой энергии связана с перетеканием теплорода от одного тела к другому. Однако более поздние опыты, в частности, нагрев пушечных стволов при сверлении, опровергли реальность существования теплорода как самостоятельного вида материи. Соответственно, в настоящее время считается, что явление теплопроводности обусловлено стремлением занять состояние более близкое к термодинамическому равновесию, что выражается в выравнивании температуры.

Коэффициент теплопроводности – это количество теплоты, проходящее за единицу времени через 1 м3 материала при разности температур на его противоположных поверхностях равной 1 градусу.

P — полная мощность тепловых потерь, S — площадь сечения параллелепипеда, ΔT — перепад температур граней, h — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями.

Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м·K).

 Чем меньше коэффициент теплопроводности, тем лучшими теплоизоляционными свойствами обладает материал.

 Различают теплоизоляционные и теплопроводящие материалы.

1 часть эксперимента. Сравнение теплопроводности различных текстильных материалов.

Оборудование: Мерные цилиндры с теплой водой, экспериментальные материалы, термометры ртутные – 3штуки, электронный термометр, штангельциркуль.

Ход работы: Обернуть 2 мерных цилиндра материалом. Налить в них, а так же в третий (не обернутый) мерный цилиндр теплой воды равной температуры. Через равные промежутки времени замерять температуру воды во всех сосудах и заносить показания в таблицу.

Сначала мы исследовали два вида костюмной ткани, взяв образцы одного размера, но разной толщины.

Костюмная ткань 1 Костюмная ткань2

Толщина: 3 мм Толщина: 1мм

Ширина: 11см Ширина: 11 см

Длина: 20см Длина: 20см

Площадь: 220см2 Площадь: 220см2

Время	Температура
Костюмная ткань 2	Вода	Костюмная ткань 1
16:23	44	43	43
16:28	42	40,5	41
16:33	40	38	39
16:38	38	36	37

Для сравнительного анализа построили график, из которого видно, что ткань плохо удерживает тепло. Теплопроводность толстой костюмной ткани хуже, чем тонкой.

Хорошо задерживает тепло толстый синтепон.

Длина-21см

Ширина-13см

Толщина-1,3см

Площадь: 273см

Время	Температура
Толстый синтепон	Вода
15:03	43,8	43,8
15:13	41	39
15:23	38	35
15:33	36	32
15:43	34,8	29,6

Исследовали мы так же на теплопроводность два вида ватина:

Ватин СЕРЫЙ (хлопчатобумажный) Ватин ЧЁРНЫЙ (шерстяной)

Длина: 13см Длина: 13см

Ширина: 9см Ширина: 9см

Толщина: 6мм Толщина: 5мм

Площадь: 117см2 Площадь: 117см2

Время	Температура
вода	Ватин чёрный	Ватин серый
13:45	41	41	41
13:50	38	38,5	39,5
13:55	36	37	38
14:00	34	36	36,5
14:05	32	34,5	35,3
14:10	31	33,1	34

Теплопроводность ватина почти одинакова, но надо учесть, что серый ватин толще.

В качестве утеплителя одежды в настоящее время часто используют синтепон. Мы исследовали теплопроводность синтепона разной толщины.

Толстый синтепон Тонкий синтепон

Длина: 21 Длина:21

Ширина:13 Ширина:13

Толщина:1,3см Толщина:0,4см

Площадь: 273см2 Площадь: 273см2

Время	Температура
Вода	Толстый синтепон	Тонкий синтепон
14:26	32	32	32
14:31	30	31,9	31,7
14:36	29	30,5	30
14:41	28	29,7	29,3
14:46	27	29,5	28,7

График показывает, что теплопроводность толстого синтепона на много меньше, чем у тонкого.

Таким образом, мы убедились, что в условиях школьной физической лаборатории можно произвести сравнительный анализ текстильных тканей.

2 часть эксперимента: Вычислить коэффициент теплоизоляции ватина и синтепона.

по формуле: рассчитывается коэффициент теплопроводности, где

P — полная мощность тепловых потерь, S — площадь сечения параллелепипеда, ΔT — перепад температур граней, h — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями.

Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м·K).

По аналогии с коэффициентом теплопроводности мы рассчитали коэффициента теплоизоляции. В нашем эксперименте P=Q1 – Q2/t, мощность, которую задерживает материал. Где: Q1-количество теплоты, отданное водой в мерном цилиндре без «одёжки», за время t;

Q2-количество теплоты отданное водой в мерном цилиндре с «одёжкой», за время t;

S — площадь образца ткани;

h - расстояние между гранями.

Вычисление коэффициента теплоизоляции чёрного ватина.

S=88 см2 h=0.5 см ΔT=22.2°С-21.2°С=1°С

Q1=cmΔt=4200*0.12*(38-36) =1008(Дж)

Q2=4200*0.12*(38.5-37) =756(Дж) c = (Q1-Q2)*h/t*SΔT

c=()*0.005/(300*0.0088*1)=1.26/2.64=0.48(Вт/м*К)

Вычисление коэффициента теплоизоляции светлого ватина.

S=88 см2 h=0.6 см ΔT=24.3°С-22.5°С=1.8°C Q1=cmΔt=4200*0.12*(38-36) =1008(Дж) Q2=4200*0.12*(39.5-38) =756(Дж) c= Q1-Q2)*h/t*SΔT

c= )*0.006/ (300*0.0088*1.8) =1.512/4.752=0.32 (Вт/м*К)

Вывод: коэффициент теплоизоляции ватина чёрного 0.48(Вт/м*К)

коэффициент теплоизоляции ватина светлого 0.32(Вт/м*К)

Вычисление коэффициента теплоизоляции тонкого синтепона.

S=273 см2 h=0.4 см ΔT=23.8°С-22.5°С=1.3°C

Q1=cmΔt=4200*0.12*(28-27) =512(Дж) Q2=4200*0.12*(29.3-28.7) =307.2(Дж)

c=(Q1-Q2)*h/t*SΔT

c=(512-307.2)*0.004/(300*0.0273*1.3)=0.82/10.647=0.077(Вт/м*К)

Вычисление коэффициента теплоизоляции толсто синтепона.

S=273 см2 h=1.3 см ΔT=23.2°С-22°С=1.2°C

Q1=cmΔt=4200*0.12*(28-27) =512(Дж) Q2=4200*0.12*(29.7-29.5) =102.4(Дж)

c=(Q1-Q2)*h/t*SΔT

c=(512-102.4)*0.013/(300*0.0273*1.2)=5.32/9.83=0.54(Вт/м*К)

коэффициент теплоизоляции тонкого синтепона 0.077(Вт/м*К)

коэффициент теплоизоляции ватина светлого 0.54(Вт/м*К)

Таким образом, в условиях школьной лаборатории можно произвести сравнительный анализ теплопроводности различных текстильных тканей и экспериментально определить коэффициент теплоизоляции.

Современная текстильная промышленность всё в больших масштабах использует синтетические волокна. С этой целью так же, как и во многие отрасли современного производства в текстильную промышленность приходят нанотехнологии.

Текстиль на основе наноматериалов приобретает уникальные по своим показателям водонепроницаемость, грязеотталкивание, теплопроводность, способность проводить электричество и другие свойства.

Наноматериалы могут иметь в своем составе наночастицы, нановолокна и другие добавки. Например, компания  Nano-Tex  успешно производит ткани, улучшенные с помощью нанотехнологий. Одна из таких тканей обеспечивает абсолютную водонепроницаемость: благодаря изменению молекулярной структуры волокон, капли воды полностью скатываются с полотна, которое при этом «дышит». Компания  Aspen Aerogels  в марте 2004 г. начала производство из нового наноматериала утепляющих стелек для обуви. Новый изолятор сохраняет тепло лучше, чем все существующие современные материалы. По сравнению с ними  его тепловые характеристики  при одинаковой толщине образцов улучшились с 3 до 20 раз. Не удивительно, что при таких показателях изделия из нового теплоизолятора  обладают минимальной материалоемкостью.

Нанопокрытия позволяют интеграцию в текстиль микро - и наноэлектроники, а также МЭМС существенно расширяет возможности повседневной одежды, которую можно использовать в качестве средства связи и даже персонального компьютера. А изготовление текстиля со встроенными датчиками позволит производить мониторинг состояния тела человека. Это, безусловно, откроет новые возможности в медицинской практике, спорте и жизнеобеспечении в экстремальных условиях.

Для защиты человека от переохлаждения, разработано в настоящее время термобельё. Термобелье - это специальное нижнее белье, плотно прилегающее к телу специального покроя. Одно из основных достоинств заключается в том, что оно практически не растягивается. Отсутствие боковых швов или наличие всего лишь нескольких плоских швов исключает опасность натирания тела.

Термобельё справляется со многими видами функций - греть, отводить влагу, или и то и другое сразу. Термобелье позволяет вам заниматься вашими любимыми активными видами спорта в разных климатических условиях, не создавая ощущения дискомфорта, а так же бережет вашу теплоэнергию.

Теплопроводность текстильных тканей играет важную роль в одежде человека, а в условиях нашего климата особенно. Поэтому мы хотим дать несколько рекомендаций по подбору одежды:

1) одевайтесь всегда по погоде.

2) используйте принцип многослойности: «три тонких футболки лучше одной толстой».

3) отдавая предпочтение одежде из натуральных волокон, помните, что наука не стоит на месте и искусственные волокна не уступают, а иногда превосходят по своим теплопроводным качествам натуральные волокна.

Библиографический список.

*****. wikipedia. org/wiki/

2. Eugene *****/teploprovod. htm

3. dic *****/dic. nsf/stroitel/643

4. irodov. *****/const/teplopr. htm

5. www. *****/125.html

6 .ru. science. /wiki

7. sermir. *****/tryd/Posob/teploem. htm