Данная презентация содержит доклад задачи " Вроде зебры" на ТЮФ 2014 года. Ниже приведен текст доклада.

1слайд.

Вроде зебры. Докладчик:

2 слайд.

Кусок влажной ворсистой ткани (например, флис, бархат) положили на трубу, по которой течет горячая вода. Через некоторое время (15-20 минут) на ткани, непосредственно лежащей на трубе, появилась светлая полоса. Когда ткань полностью высохла, светлая полоса исчезла. Предложите объяснение этого явления.

3 слайд.

Цели роботы:

Исследовать и объяснить появление светлой полосы на поверхности влажной ворсистой ткани, лежащей на трубе с горячей водой;

Установить, что является причиной данного явления

4 слайд.

При проведении экспериментов мы использовали:электронный термометр и несколько видов ткани.

5 слайд.

Модель задачи. Причина появления белой полосы на высыхающей ткани - это  конденсация пара на ворсинках ткани. В нашей модели задачи мы считаем, что в каждом из опытов процесс происходит при постоянной температуре трубы и неизменном давлении.

6 слайд.

Мы провели серию экспериментов с разными тканями при разных температурах горячей трубы. Ткань мы клали в один или несколько слоев. Целью экспериментов было наблюдение конденсации при различных температурах и выяснение причины данного явления. Мы измеряли температуру под тканью возле трубы и на наружной поверхности ткани. В том случае, когда на ткани появлялась белая полоса, разница между этими температурами составляла как минимум

10 С. Мы считаем, что эта разность температур и служит основной причиной появления конденсировавшейся влаги, которая и придает такой окрас ткани.

7 слайд.

Для того, чтобы объяснить почему происходит конденсация пара на поверхности ткани, оценим массу пара в единице объема (в 1 м3) с разных сторон ткани, лежащей на трубе. Так как все опыты мы проводим при атмосферном давлении, то парциальное давление пара в нем сравнительно мало, и без большой погрешности можно применить закономерности, полученные для идеальных газов, в том числе уравнение Менделеева-Клапейрона:   . Из этого уравнения выразим массу

  В формуле мы будем использовать давление насыщенного пара, так как считается, что пар вблизи от поверхностей испарения является насыщенным.

8слайд.

Далее на слайде показаны расчеты для одного из опытов, где температуры внутренней и внешней поверхностей ткани были соответственно 340 С (307 К) и 310 С ( 304 К)

≈0,038кг=38г

≈0,032кг=32г

Мы видим, что в данном случае разность масс 6 г.

9 слайд.

Эта разность масс насыщенного пара и является причиной появления белой полосы, так как насыщенный пар, поднимаясь из внутренней стороны и нижних слоев ткани, попадает на выходе в область меньшей температуры и избыток влаги конденсируется снаружи. Центрами конденсации служат ворсинки ткани.

Вследствие того, что процесс испарения идет постоянно, то избыток влаги будет накапливаться в виде своеобразной росы, до тех пор пока не наступит динамическое равновесие: количество конденсировавшейся влаги не сравняется с количеством испарившейся с наружной поверхности. Затем по мере высыхания нижних слоев ткани, количество поступающего пара начнет уменьшаться, равновесие нарушится и роса высохнет.

10 слайд.

Далее в таблице представлены результаты других опытов.

t1, 0С

t2, 0С

m1, г

m2,г

∆m,г

46

41

69

54

15

44

40

62

51

11

40

35

51

40

11

38

31

46

32

14

36

32

42

34

8

31

30

32

30

2

Из таблицы видно, что конденсат в наших экспериментах был более заметным в тех случаях, чем больше будет разность температур с двух сторон ткани и чем выше температура трубы. Разность температур в первую очередь зависела от толщины ткани или от того в сколько слоев мы ее сворачивали.

11 слайд.

Выводы:

1)если на ткани во время высыхания  появляется светлая полоса—это конденсировавшийся пар ( роса)

2)визуально количество конденсата зависит от температуры трубы и разности температур с двух сторон ткани, что достигается в первую очередь её толщиной

3)в наших экспериментах конденсат визуально не был заметен при разности температур меньше 10 С или на светлых тканях

12 слайд

Спасибо за внимание. Доклад окончен.