И вот пришла зима..

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение лицей №1 г Пролетарска

        Индивидуальный проблемно-поисковый проект на тему

                       «И вот пришла зима…»

г. Пролетарск

2022

                                                   Оглавление

1. Введение

1.1 Цель проекта__________________________________________3

1.2 Задачи, для достижения цели____________________________3

1.3 Использованные методы________________________________4

1. Основная часть:

          2.1 Устройство и принцип действия русской печи______________5

          2.2 Сходство действия печи и керосиновой лампы______________7

          2.3 Промышленное применение печей________________________8

          2.4 Финансовый анализ использования твердого или газового топлива в домашних условиях____________________________________9

1. Выводы____________________________________________________10
2. Список использованных источников и литературы________________11
3. Приложения________________________________________________12

Введение

     С наступлением осени большинство жителей нашей страны задаются вопросом, почти таким же вечным, как «Что делать?». После первых прохладных дней горожане в едином порыве интересуются, когда же, наконец, дадут отопление, и спешно достают обогреватели.

     За всю историю своего существования отопительные системы в Российском государстве претерпели существенные изменения. И если допетровская Русь (XV–XVIII века) ассоциируется с избой, внутри которой стоит традиционная печка, то начиная с восемнадцатого столетия проблема сохранения тепла в помещениях стала требовать новых решений.

    На сегодняшний день у меня дома все просто: имеется газовый котел, в котором сгорает топливо в виде газа, выделяется тепловая энергия. Эта энергия передается воде, которая циркулируя по металлическим трубам и батареям нагревает их, и как следствие нагревается воздух в помещении. Но при более детальном анализе, казалось бы, такой простой житейской ситуации, стали вдруг появляться вопросы: а какая система отопления нашего дома была раньше? а почему мои родители отказались от прежней системы и перешли на газовое отопление? И появившаяся проблема стала целью моего проекта.

    Рассуждая над возникшими вопросами, я предположила, что использование газового топлива выгоднее, чем твердого.

     Чтобы найти ответы на поставленные вопросы, мне пришлось решить такие задачи как:

1. изучить учебный материал о сгорании топлива по учебнику физики 8класса 
2. познакомиться с устройством русской печи и керосиновой лампы
3. подсчитать финансовые расходы на использование твердого и газообразного видов топлива за одинаковый промежуток времени 
4. сделать выводы

Предмет проекта: получение тепловой энергии при сгорании разных видов топлива.

Объект проекта: финансовое сравнение использования твердого и газообразного топлива.

Использованные методы: изучение и анализ учебной и научно-популярной литературы; проведение физического эксперимента.

Основная часть

                        Устройство и принцип действия русской печи

На дворе 21 век и люди уже привыкли к использованию газового отопления. Но на самом деле газ проведен в дома относительно недавно. Топливом называют именно такие вещества, которые могут гореть. Есть три вида топлива: твердое (уголь, торф), жидкое (бензин, керосин) и газообразное (метан, пропан). В большинстве из них присутствует углерод. Поэтому эти виды топлива называют углеводородными. Топливо мы поджигаем, а значит оно реагирует с кислородом О2 из воздуха. В результате реакции, при полном сгорании, получается углекислый газ и соответственно есть водяные пары. Если горит простое вещество – углерод и кислород, то при сгорании углерода, образуется углекислый газ. Если кислорода в воздухе не хватает, а углерода больше, то тогда при горении может образоваться еще один – угарный газ (СО). Образование скопления угарного газа абсолютно недопустимо при сгорании твердого топлива, потому что угарный газ ядовит, может привезти к гибели человека. 

 К своей родной бабушке я обратилась с вопросом: «Как отапливали дом раньше?». Она мне рассказала: «Мы пользовались печным отоплением. Утром встанешь рано, зол выберешь с печки. Потом кладешь дрова туда, как хорошо загорятся, тогда засыпаем уголь кулашник. Когда он разгорится хорошо, а засыпаем семечку и горит». Из курса физики 8 класса, мы знаем, что при полном сгорании топлива выделяется тепловая энергия, которая рассчитывается по формуле. Q=qm, где Q — выделяемое количество теплоты, q -удельная теплота сгорания топлива, m — масса сгораемого топлива. Например, из таблицы удельная теплота сгорания каменного угля 2,7 * 107Дж/кг, а у природного газа q=4,4 * 107 Дж/кг. Из приведенного примера видно, что 1 кг газа сгорая полностью выделяет больше тепловой энергии чем каменный уголь в 1,5 раза. Один из самых применяемых газов в виде топлива – это метан (СН4). Горит он очень быстро. При этом образуется углекислый газ, вода и тепловая энергия. Например, пропан (С3Н3) – это газ, который при сгорании дает очень много тепла. 

На этом принципе и работает русская печь. Печь состоит из трех основных элементов: топливника, газоходов и дымовой трубы. Под топливником устраивают поддувало (зольник при твердом топливе), через которое воздух из помещения поступает к горящему топливу. Регулирование количества поступающего воздуха осуществляется поддувальной дверкой.

Все печи присоединяют к дымовым трубам. Назначение дымовой трубы — отвод из печи дымовых газов и обеспечение подсоса свежего воздуха в топливник для поддержания горения топлива. Движение газов в печи происходит за счет разницы значений температуры выходящих из трубы дымовых газов и наружного воздуха. Горячие газы с температурой выше 100 °С устремляются вверх, создавая разряжение (тягу), под действием которого их место в трубе заполняется газами из дымовых каналов. Тяга, необходимая для работы печи, появляется тогда, когда разрежение, создаваемое дымовой трубой, становится больше, чем сопротивление потоку дымовых газов и воздуха для горения при их прохождении через топку и дымовую трубу. Величина разрежения в дымовой трубе зависит как от разницы температур и плотности между газом, идущим из трубы, и наружным воздухом так и от высоты трубы.

                   Сходство действия печи и керосиновой лампы

Керосиновая лампа и печь – вроде бы совершенно разные вещи, но на самом деле их объединяет главный принцип действия – тяга воздуха и наличие трубы. Керосиновая лампа — это светильник, который работает на основе сгорания керосина — продукта переработки нефти. Оказывается, в лампе светятся накаленные частички углерода, угля. Когда горит топливо сначала образуются частички углерода, сажа С, потом сажа окисляется до CO₂ и превращается в углекислый газ. Если кислорода достаточно, сажа сгорает до конца и никакой копоти не образуется. Если же кислорода не хватает, то сажа не может сгореть до конца, и углерод в виде копоти черными потоками идет из лампы. Копоть – это несгоревшее углеводородное топливо. Значит, для того чтобы хватало кислорода нужно его как-то дополнительно подавать к пламени. Давайте рассмотрим устройство лампы. Она состоит из: захват-ручки, корпуса, горелки, стекла, фитиля. 

 Я провела опыт с керосиновой лампой. 

Для начала нужно разобрать лампу на части. Сняла дымоход, открутила горелку с фитилем. В ёмкость залила керосин, туда же опустила фитиль. Другой конец фитиля зажимается поднимающим устройством в горелке, которая устроена таким образом, чтобы воздух проникал снизу.  

 Воздух внутри лампового стекла нагревается, становится легче. Воздух заходит через отверстия и дальше поднимается наверх, снабжая пламя достаточным количеством кислорода. Таким образом, возникает вот этот поток воздуха, за счет существования стекла. Стекло – это труба и поток, который здесь возникает и называется тягой. Тяга – это поток воздуха, который подается к пламени. Если тяги нет, пламя задыхается, если тяга есть, то пламя горит ярко. При увеличении длины трубы тяга усиливается и этим пользуются на заводах, где нужны мощные печи. Чем длиннее труба, тем сильнее тяга. 

                         Промышленное применение печей

Самые мощные печи используются на тепловых электроцентралях(ТЭЦ).  Получение тепловой и электрической энергии на ТЭЦ связано с сжиганием большого объёма топлива, в результате образуется зола или пыль. Для отвода продуктов горения причем того, что осталось после очистки электрофильтром, используются дымовые трубы. Чем выше труба на ТЭЦ, там лучше развеивает ветер малюсенькие частички зол, которые как раз предают дыму серый цвет. На внушительной высоте, за 100 метров, ветер есть всегда. Инженеры такую особенность из жизни ветра знают, поэтому при строительстве трубы для ТЭЦ, планируют ее большого роста. Например, труба Красноярской ТЭЦ-3 высотой 275 метров – это самое высокое инженерное сооружение в Красноярске. Самая высокая труба в России находится на территории Красноярского края в Шарыповском районе. Высота дымовой трубы на этой станции составляет 370 метров. А самая высокая труба в мире 420 метров и находится она в Казахстане на Экибастузской ГРЭС-2.

Финансовый анализ использования твердого или газового топлива в домашних условиях

1 день печное отопление – 335 руб.

5 кг дров – 75 руб.

20 кг угля — 260 руб.

2 месяца печное отопление – 20 435 руб.

305 кг дров – 4575 руб.

1,22 т угля — 15 860 руб.

1 т угля- 13 000 руб.

2 месяца газовое отопление – 3092 руб.

Давайте узнаем, что же выходит дешевле газовое или печное отопление. Для того чтобы узнать расходы газового отопления, я попросила маму показать наши платежные квитанции. Я взяла расходы топлива в ноябре и декабре, когда уже отопительный сезон «в разгаре». В ноябре мы потратили 200 м³ и заплатили 1237 рублей. В декабре расход топлива увеличился и составляет 300 м³ стоимостью 1855 рублей. В общем за два месяца мы заплатили 3092 рублей.

Для отопления этого же дома, но с прежним печным отоплением рассмотрим дневную норму: для растопки печи потребуется 5 кг дров и в среднем 20 кг угля (кулачник, семечка). Рассчитаем общую стоимость дров и угля за 2 месяца с учетом инфляции: дрова 305 кг – 4575 рублей, угля потребуется 1,22 т – 15 860 рублей. То есть печное отопление обойдется нам 20 435 рублей. Сравнивая эти цифры, я понимаю, почему мои родители отказались от твердого топлива, и перешли на газовое отопление.

Выводы:

          Я считаю, что выдвинутая мною гипотеза подтвердилась: использование газового топлива выгоднее, чем твердого; и поэтому мои родители стали использовать для отопления домашних помещений природный газ. В отопительный сезон обязательно соблюдать технику безопасности при использовании газового оборудования.

          Незабываемые минуты общения с моей бабушкой –ее интервью я обязательно сохраню для семейного архива (часть проекта сблизила в семье три поколения: бабушка –мама-дочь; и это очень важно для меня). Я впервые познакомилась как оформлять платежную квитанцию за потребленный газ и надеюсь, что при необходимости я смогу оформить месячную оплату за расходованное газовое топливо вместо бабушки или мамы.

          Работая над проектом, я не только углубила свои теоретические знания по физике 8класса с использованием химии, расширила исторические мировоззренческие представления об устройстве и применении русской печи (и керосиновой лампы), но и выполнила роль экспериментатора, что мне очень понравилось.

           Продуктом моего проекта является презентация, вордовский документ, значительное приложение. Результаты моего проекта можно предложить для практического использования ученикам 8-х – 9-х классов на урочных и внеурочных занятиях.

         В электронном варианте Приложения мною собрано материла еще на один проект и о русской печи, и о керосиновой лампе: для будущего проекта с историческим и краеведческим уклоном. 

Спасибо за внимание

Список литературы и использованных источников информации

1. Учебник физики 8 класса А.В. Перышкин, Москва, Дрофа, 2016. 
2. Хошев Ю. М. Дровяные печи. Процессы и явления. М., 2014
3. Шепелев А. М. Кладка печей своими руками. — М., Россельхозиздат, 1983
4. «История керосиновой лампы» Владимир Петрович Бровко, 2020
5. https://sn-zoo.ru/pechnoe-otoplenie-otgolosok-proshlogo-ili-sovremennoe-reshenie.html   
6. https://studfile.net/preview/2855982/page:13/    
7.      

8.      

9. https://ru.wikipedia.org/wiki/Удельная_теплота_сгорания  

Приложение  

Керосиновая лампа

Март 1853 года. Город Львов. Именно здесь впервые была продемонстрирована керосиновая лампа. В один из ясных весенних вечеров, прохожие люди заметили необычный яркий свет, заполнивший помещение аптеки «Под золотой звездой». Как мотыльки, летящие на свет, в аптеку стали заходить люди, чтобы посмотреть на устройство, которое давало такой сильный струйный свет.

Первая керосиновая лампа – изобретение польского фармацевта Игнатия Лукасевича — представляла собой цилиндр, сделанный из толстой жести. Нижняя часть устройства была отведена под сосуд с керосином, а в верхней части помещалось стекло, прикрывающее горящий фитиль. Первая лампа была довольно большой из-за металлических пластин, окружавших конструкцию. Так как свойства керосина не были до конца изучены, использование его для освещения помещений вызывало множество опасений.

Только через некоторое время, обретя уверенность в надежности конструкции лампы, люди начали массово заменять свечи и масляные лампы на керосиновые. Свет, полученный с помощью керосина был намного ярче в отличие от других способ освещения, использовавшихся до изобретения электричества. Самые первые «керосинки» светили также сильно как несколько десятков восковых свечей. А с усовершенствованием конструкций, добавлением некоторых дополнительных деталей, сила света лампы могла сравниться с 300-х ваттной электрической лампочкой. Но все же главной характеристикой любой керосиновой лампы был размер фитиля. Именно от этого зависела сила света. Ширина измерялась в линиях – старинной русской и английской мере длины. Размер обычно проставлялся на верхней части лампового стекла. Именно это значение дало народное прозвище для ламп, которые называли «восьмилинейка», «двадцатилинейка» и т.д.

Немалую роль для быстрого роста популярности керосиновых ламп сыграли еще два важных фактора: стоимость и красота. Во второй половине 19 — начала 20 века сильно увеличились объемы добычи нефти. Поэтому керосин, который является одним из побочных продуктов переработки нефти, можно было купить во многих магазинах и аптеках по сравнительно низким ценам.

Что же касается красоты, то из-за сильной конкуренции и высокого спроса, всего за 40 лет было выпущено больше тысячи разных моделей керосиновых ламп. Их производством в конце 19 века занимались несколько крупных фабрик, самой известной из которых была венская фабрика «Братья Брюннер, Гуго Шнайдер и Рудольф Дитмар».

Металлические части лампы делались из бронзы, реже из позолоты и серебра. Созданием новых моделей и форм ламп занимались отдельные специалисты: художники рисовали эскизы, на фабриках делали отлив новых форм и деталей, завершали процесс создания лампы компоновкой всех деталей в единую конструкцию. Дополнительные украшения и некоторые лампы по специальным заказам создавались на лучших фарфоровых фабриках в Севре (Франция) и Мейсене (Германия).

Востребованность керосиновых ламп массами людей и в городах и сельской местности продолжалась до начала 20 века. Новые источники света, работающие на электрическом токе, постепенно вытесняли все другие осветительные приборы. Конечно, это произошло не за один год, и даже не за десять лет. Электрификация была долгим процессом, который занял многие годы. Во время первой мировой войны люди продолжали пользоваться керосиновыми лампами. Доказательством этому может служить, к примеру, то как называли сестер милосердия — «несущие свет в темноте». Именно с керосиновой лампой в руках заботливые сестры обходили пациентов в больницах и лазаретах, искали раненных на полях сражений.