Государственное автономное общеобразовательное учреждение Саратовской области «Образовательный центр №1 имени Героя Советского Союза К.А.Рябова»

Простой ли простой карандаш?

Выполнили:

Бахчевников Артём Рустамович

Зузанова Елизавета Владимировна

Лежнева Анна Андреевна

Синчинов Илья Сергеевич

Суханкина Виктория Ивановна

Руководитель: Чекалина Ольга Константиновна,

учитель информатики и физики

г.Вольск,2026

Оглавление

Введение 3
Теоретическая часть 3
История создания карандаша. 3
Свойства графита 5
Физические свойства графита 5
Химические свойства графита 5
Применение графита 5
Практическая работа 6
Социологический опрос 6
Опыт №1 «Изучение твёрдости простых карандашей» 7
Опыт №2 «Изучение свойств грифеля простого карандаша при низкой температуре» 7
Опыт №3 «Изучение механических свойств грифеля простого карандаша под водой». 8
Заключение 8
Литература 8

Введение

Актуальность: Всегда интересно, что скрывается за обычными вещами, какие физические характеристики можно изучать на примере широко распространенных физических тел, отработать разные методы проведения экспериментов и обработки данных.

Способы, которыми выполняются исследования, очень актуальны, так как ответить на вопрос: «Что значит измерить физическую величину правильно?» — непросто. Поэтому необходимо точно знать смысл двух понятий: правильно и точно. Данная работа позволяет развести эти понятия и научиться выполнять измерения правильно и точно, а также углубить свои знания в области изучения физики.

Цель проекта:

• исследовать некоторые физические свойства обычного ученического простого карандаша, который находится в портфеле каждого ученика.

Объект исследования: простой ученический карандаш.

Предмет исследования: физические свойства ученического простого карандаша.

Методы исследования:

• Физический эксперимент.

• Математическая обработка полученных данных.

• Анализ современной литературы.

Теоретическая часть

Каранда́ш (тюрк. karadaş, «кара» — чёрный, «даш» — камень, дословно, — чёрный камень) — инструмент в виде стержня, изготавливаемого из пишущего материала (угля, графита, сухих красок и т. п.), применяемый для письма, рисования, черчения. Часто, в целях удобства, пишущий стержень карандаша вставляется в специальную оправу.

Простой карандаш имеет графитовый грифель и пишет серым цветом с оттенками от светлого до почти чёрного (зависит от твёрдости графита).

История создания карандаша.

Давным-давно, в старину, не было таких карандашей, как сейчас. Художники тогда рисовали серебряной проволочкой, а школьники писали свинцовой палочкой, которую, для удобства, вкладывали в трубочку из кожи. До сих пор, по-немецки, карандаш так и называется: «свинцовая палочка». История карандаша началась приблизительно триста  лет назад, когда вместо свинца стали использовать новый минерал – графит. Но он очень мягкий и поэтому в графитную массу стали добавлять глину. От этого графитный стерженёк становился твёрже и прочнее. Чем больше глины, тем твёрже карандаш. Поэтому и бывают карандаши разных видов: твёрдый, средний и мягкий.

Условные знаки на грифельных карандашах.

Если на карандаше стоят знаки:

1. М — карандаш мягкий

1. 2М — в 2 раза мягче

1. Т – карандаш твёрдый

1. 2Т – в 2 раза твёрже

1. ТМ – твёрдо-мягкий

Вывод: разное обозначение зависит от количества жира добавленного в графит при изготовлении карандашей.

Конечно, пользоваться графитом было очень неудобно — руки пачкались! Приходилось обматывать графит веревкой, бумагой, а то и просто зажимать между дощечек, поэтому у него появилась «одежда». Она стала деревянной.

Оказывается, не каждое дерево подойдёт для изготовления корпуса карандаша. Нужно дерево, которое легко строгать и резать, но оно не должно лохматиться. Идеальным оказался для этой цели сибирский кедр.

Как делали карандаши?
Изготавливали карандаши тогда вручную. Разбавленную водой смесь графита, глины, жира, сажи и клея заливали в отверстие в деревянной палочке и специальным образом выпаривали. Один карандаш изготавливали около пяти дней, и стоил он очень дорого. В России производство карандаша организовал Михаил Ломоносов в Архангельской губернии.

Карандаш постоянно совершенствовался. Круглый карандаш скатывается со стола, поэтому придумали делать его шестигранным, а есть трех- и восьмигранные. Изготовляют даже плоские карандаши. Есть карандаши — стиралки — с ластиком на конце, есть карандаши-подсказки — с таблицей умножения и алфавитом. Есть «веселые» карандаши — к ним прикреплен бубенчик, который весело позванивает. Бывают карандаши с кисточкой — нарисовал и тут же раскрасил. Выпускают даже карандаши ароматические — рисуешь розу и, вдруг, чувствуешь ее тонкий аромат. А для тех, кто грызет не переставая кончик карандаша, придумали карандаши витаминизированные.

Люди продолжали искать материал для замены древесины. Так появились карандаши в пластмассовой оправе. Был  изобретён механический карандаш в металлическом корпусе. Сейчас выпускаются ещё и восковые карандаши.

Надежные карандаши выручат вас тогда, когда ручка может закапризничать и отказаться работать. Их берут с собой аквалангисты, чтобы делать зарисовки под водой. На них не оказывает губительного влияния даже невесомость и мороз! Так что в космосе и на полярных станциях без них никак не обойтись.

Подсчитано, что одна буква, написанная карандашом, весит 0,00033 г. Сколько же будет весить ваше имя, написанное карандашом?

ГРАФИТ — аллотропная модификация углерода, наиболее устойчивая при обычных условиях. Графит — распространенный в природе минерал. Встречается обычно в виде отдельных чешуек, пластинок и скоплений, разных по величине и содержанию графита.

Свойства графита

Графит — жирное на ощупь вещество черного или серо-черного цвета с металлическим блеском.

Свойства графита хорошо изучены и находят широкое применение. Образуется графит в результате вулканической деятельности при высоких температурах, поэтому и находят его в природе в магматических горных породах, где содержание кристаллического графита может доходить до 50%. Крупное графитовое месторождение находится в Тунгусском каменноугольном бассейне, образовавшееся в результате высокотемпературного воздействия на уголь – так называемая скрытокристаллическая форма графита, содержание которого лежит в пределах от 60 до 80%.

Физические свойства графита

Цвет графита варьирует от железо-черного до стального серого с характерным металлическим блеском. На ощупь минерал жирный, скользкий, пачкает пальцы и бумагу, при механическом воздействии расслаивается на отдельные чешуйчатые частицы. Именно это свойство графита позволяет применять его в карандашах.По сравнению с алмазом графит обладает меньшей твердостью и плотностью, а также графит электропроводен. Его теплопроводность зависит от степени нагрева. Графит обладает чрезвычайной огнеупорностью, его температура сгорания — 38500С.

Химические свойства графита

Графит химически малоактивен: в кислотах не растворяется, с некоторыми солями и щелочными металлами образует соединения наподобие включений. С кислородом воздуха реагирует только при очень высокой температуре, образуя углекислый газ. Графит весьма инертен при нормальных условиях. Окисляется кислородом воздуха до углекислого газа выше 400 °С. Температура начала реакций тем выше, чем совершеннее кристаллическая структура графита.

Применение графита

Техническое применение минерала чрезвычайно разнообразно и обусловлено свойствами графита, главным образом его огнеупорностью и электропроводностью. Так, в металлургии графит используется для производства тугоплавких тиглей, чехлов для термопар, емкостей для кристаллизации. В литейном производстве графитовый порошок используется в качестве антипригарной присыпки, а также для смазывания литейных форм. Он также служит для изготовления электродов и нагревательных элементов электрических печей, скользящих контактов для электрических машин, анодов и сеток в ртутных выпрямителях, самосмазывающихся подшипников и колец электромашин, вкладышей для подшипников скольжения, втулок для поршневых штоков, уплотнительных колец для насосов и компрессоров, как смазка для нагретых частей машин и установок.

Даже в атомной энергетике замечательные свойства графита находят свое применение, в первую очередь, это его способность замедлять электроны в реакторах.

После облучения графита нейтронами его физические свойства изменяются: удельное электрическое сопротивление увеличивается, а прочность, твердость, теплопроводность уменьшаются на порядок. После отжига при 1000-2000 °С свойства восстанавливаются до прежних значений.

В ракетостроении сопла ракетных двигателей и многие элементы теплозащиты также производятся с применением графита.

Его используют в химическом машиностроении — для изготовления теплообменников, трубопроводов, запорной арматуры, деталей центробежных насосов и для работы с активными средами. Графит используют также как наполнитель пластмасс, компонент составов для изготовления стержней для карандашей, при получении алмазов.

Практическая работа

Социологический опрос

Мы провели социологический опрос и выяснил, что знают о простом карандаше и о его составной части – грифеле ученики моей школы. Было опрошено 50 обучающихся

Результаты социологического опроса:

1. Пользуетесь ли вы простым карандашом?

2. Может ли простой карандаш писать под водой?

3. Пишет ли простой карандаш на морозе?

4. Проводит ли грифель простого карандаша электрический ток?

5. Используют графит в нанотехнологиях?

6. Пишут ли простым карандашом в космосе?

7. Знаете ли вы изобретателя простого карандаша?

8. Будут ли в будущем пользоваться простым карандашом?

Даже в современном мире, охваченном компьютеризацией, карандаш всегда под рукой у каждого человека любой профессии.

И мой социологический опрос (80%) подтверждает мою гипотезу об использовании простого карандаша в будущем.

Опыт №1 «Изучение твёрдости простых карандашей»

Мы взяли три карандаша различной твёрдости 2Т, ТМ, М. Начертили каждым линию, а затем стёрли линии ластиком. Лучше всех стирается карандаш 2Т, а хуже всех – карандаш М, так как он глубже проникает в волокна бумаги.

Вывод: грифель карандаша — это специально обработанная смесь графита, глины, воска. Твёрдость грифелю обеспечивает глина. Когда мы рисуем, происходит расслоение кристаллической решётки графита и его атомы ложатся на поверхность шестиугольными плоскостями, чем больше в стержне графита, тем мягче грифель карандаша. В самих слоях атомы находятся близко друг к другу и поэтому очень тесно связаны. А вот между слоями расстояние больше, и держатся они друг за дружку не так сильно. Поэтому, когда проведешь карандашом по бумаге, слои легко отрываются и остаются на листе. Стереть карандаш резиновым ластиком легко потому, что при механическом воздействии (трении) возникают силы взаимодействия между молекулами резины и графита и, в то же время, разрываются силы, сцепляющие частички

графита. В результате ластик просто-напросто вытаскивает молекулы графита из бумаги.

Опыт №2 «Изучение свойств грифеля простого карандаша при низкой температуре»

Мы решили проверить, будет ли простой карандаш писать при низкой температуре. Для этого в морозильную камеру (где температура -18˚С) положили на 1 час простые карандаши и ручки. Когда мы достали из камеры холодильника ручки и попробовали ими писать, то они не писали, а образцы простых карандашей оставляли на бумаге ровный след, но чуть светлее, чем до испытания.

Вывод: в кристаллической решетке графита атомы углерода располагаются в виде параллельных плоских слоев, которые относительно далеко находятся друг от друга, при этом атомы углерода в каждой плоскости имеют прочные межатомные связи. Поэтому связь между слоями значительно слабее, чем внутри слоя, и под воздействием внешних сил происходит скольжение — смещение одних слоев относительно других. Но при низкой температуре, расстояние между атомами сокращается, межмолекулярное притяжение увеличивается, слои решетки становятся ближе друг к другу, поэтому слои не так легко отрываются друг от друга, и карандаш пишет чуть светлее, чем при комнатной температуре.

Опыт №3 «Изучение механических свойств грифеля простого карандаша под водой».

В ёмкость с водой мы опустили кусок фанеры и в воде попробовали написать на нем простым карандашом.

Когда мы вытащили из воды мокрый лист фанеры, то на нём хорошо видна надпись, которая была четкая и не растекалась. Это свойство простого карандаша используют дайверы. Тоже самое мы проделали с фломастером, но когда достали из воды кусок фанеры с надписью, сделанную фломастером –надпись стала растекаться и стекла с листа вместе с водой.

Вывод: графит – твёрдое вещество, притяжение между частицами большое, а диффузия между твёрдым и жидким веществами проходит с меньшей скоростью, чем между частицами пары жидкость (чернила фломастера) –жидкость (вода). Поэтому молекулы воды не смогли разрушить кристаллическую решётку графита.

Заключение

• Мы убедились, что простой карандаш является предметом, дающим очень много физической информации.

• Любой предмет, с которым мы часто работаем, может стать источником информации.

• Теплопроводность грифеля меньше, чем у металлов, но больше, чем у дерева, поэтому его и делают в оболочке.

• Теплоемкость, подсчитанная на опыте, соответствует табличной.

• Грифель длиной 15 см имеет сопротивление 19 Ом. Такой же проводник из меди имел бы сопротивление в 450 раз меньше, в цепи произошло бы короткое замыкание.

Литература

Фасмер, М. Этимологический словарь русского языка том 2., Астрель, АСТ 1986-87

Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона

1. История мировой культуры. Справочник школьника. – М., 1996 г., 608 с.

2. Осипенко В. История карандаша.// «Юный художник».

3. Толковый словарь Ожегова. — М., 1997 г.

4. Филонов М. Возьмите в руки карандаш.// Книжное обозрение. – 1998. –

5. Я познаю мир. История вещей. – М., «Издательство АСТ», 1998 г. – 512 с.

Интернет – источники:

http://t3.deti.spb.ru

http://kultura.kubangov.ru

www.katod.com.ru

http://www.chat.ru/~divlor/2c2a.htmlhttp://www.chat.ru/~divlor/2c2b.html

http://www.chat.ru/~divlor/2c2b.htmlhttp://www.chat.ru/~divlor/2c2c.html

http://www.chat.ru/~divlor/2c2b.htmlhttp://www.chat.ru/~divlor/2c2c.html

http://www.chat.ru/~divlor/2c2c.html