Проект по теме «Свеча горела …» 6 кл.

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательная школа №4 » г. Ливны














Выполнила: ученица 6а класса
Савкова Елизавета


Научный руководитель:
Петрова Е.Н.









Г. Ливны
2012-2013 уч. год


Содержание
Введение 3
Глава I. Теоретическое изучение истории возникновения свечей4
Из истории создания свечи4
Виды свечей и их различие по физическим свойствам..6
Глава II. Опытно-экспериментальная работа со свечами...8
2.1. Создание восковой свечи..8
2.2. Постановка опытов по физике со свечами.9
Заключение11
Список литературы ..12
Приложение..13




























Введение
Актуальность проекта
Мы с сестрой коллекционируем свечи, которые зажигаются по праздникам. Свеча – один из самых древних источников света. Свечи незаменимы, если нужно создать особую атмосферу праздника, причем праздника личного, семейного. Без свечей не обходятся Новый год, Рождество или именинный пирог. Язычки их пламени, дрожа и отражаясь в елочных шарах, зеркалах и стеклах, создают особую, ни с чем несравнимую атмосферу праздника.
Но свечи не только праздничные украшения. Мне захотелось узнать: как давно возникли свечи, какими бывают виды свечей, почему горят свечи, каковы их физические свойства, какие опыты можно провести со свечами, почему подарочные свечи, хотя и красивее хозяйственных, но горят хуже.
Познакомившись с научными статьями Каспаровой Т., Лидова А., Никола Г., Новожилова Б., Тита Т., Фарадей М. и др., я нашла некоторые ответы на поставленные вопросы. В частности, когда и, исходя из каких потребностей, возникли различные виды свечей в разных странах, как различить свечи по внешнему виду, что входит в их состав и т.п.
Вместе с тем, мне стало интересным, изучив свойства свечей, изготовить собственные свечи и проделать целый ряд интересных физических опытов.
Исходя из вышеизложенного, можно сформулировать цель проекта: изучить физические свойства свечей и произвести с ними опыты по физике.
Объектом моего исследования являются физические свойства различных видов свечей.
Предмет: постановка опытов по физике с использованием свечей.
Гипотеза: Проектная работа опирается на предположение о том, что у учащихся расширятся представления об физических явлениях, если на уроке они увидят опыты с применением свечей.
В соответствии с целью, объектом, предметом мною были определены
задачи проекта:
Проанализировать научную литературу по теме проекта.
Изучить физические свойства различных видов свечей.
Создать парафиновую свечу.
Разработать и воспроизвести физические опыты со свечами.
В работе над проектом применялись следующие методы исследования:
теоретический анализ;
эксперимент;
наблюдение;
сравнение физических свойств.

Глава I. Теоретическое изучение истории возникновения свечей.
Из истории создания свечи.
Изучения истории возникновения свечи, я начала с определения её понятия в энциклопедическом словаре. «Свеча
· приспособление для освещения, чаще всего в виде цилиндра из твёрдого горючего материала, который в растопленном виде подводится к пламени с помощью [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]. Горючим материалом может служить: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ], [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] и [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]; в настоящее время это чаще всего смесь парафина с различными добавками. Фитиль пропитывают растворами селитры, хлористого аммония, борной кислоты».
Работая над проектом, меня заинтересовало: кто же придумал свечи? Изучив ряд источников, я узнала, что происхождение свечи – нераскрытая тайна. Нет фактов, нет документов, но есть легенды, догадки и предположения.
Впервые свечи упоминаются в письменах еще в библейские времена, в начале 1-го тысячелетия до н.э. Древние свечи представляли собой фитиль, воткнутый в контейнер, заполненный жиром или каким-либо другим горючим материалом. Первые подлинные свечи изобрели римляне в середине 1-го тысячелетия до н.э. Свечи делались из твердых видов жира, например, бараньего. Такие свечи были дешевы и доступны, поэтому вошли в повседневную жизнь на долгие столетия.
Прообразом таких свечей были лампы времен каменного века, которые люди выдалбливали из камня и наполняли животным жиром. Такие лампы были известны уже 20 тыс. лет тому назад. Остатки покрытых копотью ламп не раз находили археологи в пещерах, в которых жил древний человек.
Уже в 5 веке до н.э. в Иране использовались неочищенную нефть. С материалом для фитилей тоже экспериментировали. В Китае, начиная с 3 века до н.э., огонь в лампах поддерживали с помощью несгораемых асбестовых фитилей. По другим сведениям, китайцы, уже в 4 веке до н.э., изготавливали ароматизированные свечи из пчелиного воска.
В 15 веке сменилась технология формования свечей. Если раньше воск заворачивал, то теперь воск заливался в форму, которая после застывания воска форма снималась. А уже в 16 веке человек обратил внимание на подсвечник и в качестве такового использовались куски дерева или металла с выдолбленными в нем ямочками, в которые вставлялись свечи. Главной задачей такого подсвечника было удерживать свечу в вертикальном положении.
Древние свечи значительно отличались от современных содержанием и внешним видом. Используя доступные природные ресурсы, человек придавал свечам довольно причудливые формы. Некоторые свечи представляли собой длинные трубки из волокнистого материала, такого как камыш, наполненные смолой. В Китае и Японии свечи производили из воска. Его получали из насекомых и семян растений, а затем эту массу формовали в бумажные трубочки. В получившуюся восковую форму помещали фитиль, который изготавливали из волокон растений. Много столетий спустя, в 18 веке, фитиль стал хлопковым, и его заливали жиром или воском, а не вставляли в готовую свечу.
Технология получения воска у каждого народа своя. Коренные американцы жгли масляную рыбу, надетую на разветвленную палку. В юго-западных районах Северной Америки использовалась кора специального дерева, которую жгли, таким образом, извлекая воск. Поселенцы Новой Англии жгли восковник – дерево, насыщенное смолой. Потом полученной массе придавали форму, вставляли фитиль.
Но подобные технологии были довольно трудоемки и не оправдывали себя. К примеру, требовалось полтора кубометра восковника, чтобы сделать 8-дюймовую тонкую свечку. Кроме того, они источали сильный запах. Из тех же источников мы установили, что человечество постепенно перешло к использованию животного жира для получения воска. Также начали использовать и пчелиный воск, в основном из-за его аромата. Такие свечи были дорогими, но горели ярче. В 19 веке были придуманы специальные станки для изготовления свечей. Механизация свечного мастерства сделала этот продукт для всех. В это время химики делают открытие: животный жир состоит из нескольких компонентов – стеариновой и олеиновой кислот, соединенных с глицерином. Удалив глицерин, получается вещество «стеарин», которое тверже жира и лучше горит. Еще позднее из неочищенной нефти научились извлекать парафин. Вещество это гораздо дешевле воска и спермацета, а по яркости ничуть им не уступает.
Свеча как объект изучения обладает огромным познавательным потенциалом. В 1860 г. в Королевском институте в Лондоне Майкл Фарадей даже прочитал цикл научно-популярных лекций для юношества, посвященных рассмотрению этого предмета: «Я собираюсь изложить вам ряд сведений по химии, которые можно извлечь из горящей свечи. Я не первый раз провожу беседу на эту тему, и я бы с удовольствием возвращался к нейежегодно - до того эта тема интересна, и до того изумительно разнообразны те нити, которыми она связана с различными вопросами естествознания. Явления, наблюдающиеся при горении свечи, таковы, что нет ни одного закона природы, который не был бы так или иначе затронут Я надеюсь, что не разочарую вас, избрав своей темой свечу, а не что-нибудь поновее. Другая тема, возможно, была бы столь же хороша, но лучше свечи она быть не может».
Итак, изучив историю возникновения свечи, я установила, что человечество не стоит на месте, производя новое и преобразовывая старое. То же самое касается и такого малофункционального в 21 веке предмета, как свеча. Очень долго человечество шло, чтобы из свечи из масляной рыбы получить все то, что есть у него сейчас: от классической белой свечи до свечи любого цвета, размера и формы.
Интересно, а какой будет свеча через тысячу лет?
Виды свечей и их различие по физическим свойствам
Решая вторую задачу проекта, я рассмотрела различные виды свечей и их физические свойства, используя научную литературу по физике и химии. Мною было установлено, что свечи бывают восковые (натуральные и технические), парафиновые, стеариновые, гелевые, жировые, глицериновые и др.
Вот характеристика каждого вида свечей, на основе вышеуказанной литературы.
Восковые свечи. Воск - это органическое вещество, обладающее свойствами стойко сохранять свои качества в течение столетий. В состав пчелиного воска входит прополис, что придаёт свечам целебные свойства. В сравнении с другими свечами (стеариновыми, парафиновыми, гелевыми и т.д.) свечи из пчелиного воска обладают преимуществами не только по времени горения, яркостью, ароматом, но и эстетическими свойствами.
Пчелиный воск легко фальсифицировать, прибавляя в него другие вещества. При всяком подмешивании чистый пчелиный воск теряет свои качества. Однако в некоторых случаях для промышленных целей необходимо суррогатирование, т. е. приготовление сплавов пчелиного воска, нужных для технических целей и хозяйственных нужд. Подмешивание технического минерального воска к пчелиному делает его более мягким. Мелкокристаллическая структура на изломе такого сплава исчезает. При застывании образуется вогнутая поверхность, края круга воска толще, чем середина. При ударе острым концом молотка в таком воске образуется ямка, в то время как натуральный пчелиный воск раскалывается на куски.
Воск с примесью парафина при застывании также образует вогнутую поверхность. Кроме того, в тонких слоях он более прозрачен, чем натуральный воск. При растирании фальсификата с парафином между пальца ми появляется ощущение жирности.
По внешним признакам труднее всего определить примесь к пчелиному воску церезина. Только иногда на поверхности воска, фальсифицированного церезином, выступает муаровый рисунок. Для определения примеси всех этих трех веществ, составляющих группу минеральных восков, служит реакция с насыщенным спиртовым раствором едкого калия. Натуральный пчелиный воск при кипячении в этом реактиве растворяется полностью, раствор получается прозрачным. Минеральные же воски, подмешанные к пчелиному воску, в этом реактиве не растворяются совершенно, образуя при кипячении «жировые шарики», которые тотчас после прекращения кипения всплывают на поверхность и образуют здесь слой «жира», отделяющийся от основного раствора. Выявление примеси смол (канифоли, прополиса и др.) основано на их растворимости в разбавленном спирте (на 2 части спирта 1 часть воды). После кипячения пробы воска в этом разбавленном спирте осторожно сливают прозрачный спиртовой раствор, и, если при разбавлении его водой образуется молочнообразная муть, значит, к воску подмешана какая-то смола.
Примесь стеарина определяют легким нагреванием восковых стружек с известковой водой, с которой стеарин образует муть.
Температура плавления парафина, технического воска (смесь парафина с нефтяным маслом) и стеарина ниже, чем натурального воска; канифоли и цезерина, наоборот, выше, чем воска. Поэтому воск, смешанный с одним из указанных веществ, будет иметь температуру плавления выше или ниже нормальной.
2.Сальные свечи.
 В России сальные свечи вошли во всеобщее употребление в XII веке. При их изготовлении фитиль несколько раз обмакивали в растопленное сало, поэтому назывались они «мокаными». Когда свеча горела, сало быстро плавилось и оплывало вниз, а фитиль оставался целым, поэтому свечу ежеминутно приходилось поправлять при помощи специальных щипцов для снятия нагара. Сальные свечи сильно коптили и засоряли воздух, но ничего лучшего долго не могли придумать. Лишь в конце XV столетия фитиль из пакли был заменен нитяным. Сальная свеча имеет множество недостатков, которые сделали ее символом бедности и безысходности. В отличие от восковой свечи, она неприятна на ощупь, оставляет на вещах жирные пятна, обладает весьма неприятным запахом.
    3.Спермацетные свечи.
Спермацет для свечей извлекали из полостей, находящихся в голове китов. Он освобождался от сопутствующих жидких масел выжиманием холодным или горячим прессованием. Если была необходимость, то проводилась очистка посредством мыльного щелока. Свечи, изготовленные из спермацета, отличались белизной и полупрозрачностью. Однако они имели и недостаток. При горении со временем оплывали.
4. Парафиновые свечи.   Парафиновые свечи вначале были довольно дорогими, так как парафин извлекали при перегонке дегтя растительных веществ. Затем в Англии его начали добывать из торфа. Однако и в том и другом случае он получался лишь в небольших количествах. Коренное изменение произошло с налаживанием крупномасштабной переработки нефти. Сейчас – это один из наиболее доступных нефтехимических продуктов.
 Парафины, в свою очередь делятся на очищенные, которые характеризуются отсутствием запаха и вредных веществ и неочищенные, которые характеризуются наличием канцерогенов. Современная очистка парафинов, при производстве исходного сырья для изготовления свечей, осуществляется на специальной установке гидроочистки. Процесс гидроочистки парафинов основан на химических реакциях гидрирования органических сернистых и азотистых соединений, кислородосодержащих соединений, смолистых веществ, непредельных углеводородов и других вредных веществ, присутствующих в исходном парафине - сырце. Процесс протекает в среде водорода при высокой температуре и давлении в реакторе со специальным катализатором.
Продолжая работу над проектом, я изучила физические свойства свечей и занесла их в таблицу (Приложение 1).

Глава II. Опытно-экспериментальная работа со свечами.
2.1. Создание парафиновой свечи.

Создавая собственную свечу, я придерживалась рекомендаций из Интернет-статей .

Для изготовления литых свечей подойдут как воск, так и парафин и стеарин. В настоящее время  для производства декоративных свечей используют в основном смесь парафина и стеарина либо стеариновой кислоты. Обычные свечи 70 процентов парафина, 20 процентов стеариновой кислоты и 10 процентов воска или 80 процентов парафина и 20 процентов стеарина, или   парафин, смешанный со стеарином 90% к 10% (стеарин придает свече мягкость, делает ее менее хрупкой). Для изготовления свечи я выбрала самый простой способ. Купила обычную парафиновую свечу. Осторожно разрезала её вдоль и вынула фитиль. Готовый фитиль закрепила в форме. Важно, чтобы фитиль располагался точно посередине формы и был бы натянут.   Далее познакомилась с тем, в чем можно плавить вещество для свечи и какую форму использовать. Плавить парафин или воск из соображений безопасности надо только на водяной бане.  Для этого потребуются две емкости: одна - для воска (весьма практично использовать для этого кувшин с носиком), другая (большая кастрюля) - для водяной бани. Для воска посуда должна быть эмалированной, чтобы при нагревании он не стал серым.
Формы могут быть круглые, квадратные, прямоугольные, цилиндры, конусы, треугольники, шестигранники или многоугольники.
Перед установкой фитиля в форму ее внутреннюю поверхность смазала веществом, которое обеспечит отделение воска от стенок (жидкостью для мытья посуды или вазелином).
Далее взяла кусок парафина, довела температуру до 75 –85 градусов Цельсия (температуру измеряли градусником до 100 градусов) и аккуратно залила парафин в горячую форму. Парафин плавится примерно при температуре 53-55 °С. Разливать его в формы лучше всего при температуре 70 °С в один прием во избежание образования швов. При этом можно использовать различные красители (лучше пищевые, химические красители плохо пахнут) и ароматизаторы (ванилин, ароматические масла).
После заливки парафин остывает в направлении от внешней поверхности к центру. При остывании парафин имеет свойство сжиматься, поэтому в центре вокруг фитиля образуются углубления, которые надо залить горячей свечной массой.
Затем я дождались, когда свечная масса остынет (несколько часов). Если форма одноразовая, её можно разрезать, разбить. Если форма многоразовая  и свеча плохо из неё выходит, можно поместить её на мороз или в холодильник, но только не на долго ( иначе свеча может лопнуть) и после этого извлечь  свечу. Иногда вынуть свечу бывает легче, если поместить форму со свечей под горячую воду.
Заключительным этапом изготовления моей свечи стало её декоративное украшение.


2.2. Постановка опытов по физике со свечами

Экспериментальная часть моей работы состоит в проведении сравнительного анализа физических свойств парафиновой и стеариновой свечей, а также в постановке опытов по физике со свечами, которые в дальнейшем можно продемонстрировать на уроках физике или внеклассных занятиях.
Микроисследование.
Для проведения первого микроисследования я выбрала два образца – стеариновую и парафиновую свечи одинаковых размеров.
Цель микроисследования: сравнить продолжительность и яркость горения данных образцов, выделение копоти, наличие запаха.

Полученные результаты занесла в таблицу 2, из которой видно, что стеариновая свеча при равных условиях горит дольше парафиновой и при этом меньше коптит. Неприятного запаха не выделяла ни одна из свечей. Яркость горения была примерно одинаковой.
Вывод: при выборе свечей в магазине предпочтение лучше отдать стеариновой свече.









Постановка опытов по физике со свечами

Опыт №1. Плавающая свеча
  Нальем в тарелку немного воды, зажжем свечу и накроем ее стаканом. Вода начнет втягиваться в стакан. Почему? Во-первых, объем воздуха, находящегося в стакане, стал заметно меньше, поскольку он частично замещен водой. Во-вторых, уровень воды в стакане выше, чем в тарелке. Если приподнять стакан, вода сразу же выльется.  Еще одна интересная деталь: если немного подождать, воздух в стакане начнет охлаждаться и уровень воды поднимется еще выше. Этот процесс особенно хорошо заметен, если вместо стакана взять сферическую колбу с узким длинным горлом. Свеча также должна быть длинной и входить в центр сферической части. Здесь, после того как свеча погаснет, в горловине колбы наблюдается «бурный поток» втекающей в нее воды. Объясняется это охлаждением воздуха и уменьшением его объема.

Опыт №2. Свеча и 2 стакана
  Поставим в стакан горящую свечу и прикроем его другим точно таким же стаканом, проложив между ними кольцо из мокрой промокашки. Свеча вскоре погаснет, а стаканы «присосутся» друг к другу с такой силой, что их будет трудно разнять. Опыт явно говорит о том, что какая-то часть, но не весь воздух нужен для горения. Мы-то знаем, что это кислород, но в давние времена опыт вызывал большие недоумения. Ученика Галилея Д. Б. Торричелли он навел на мысль о существовании атмосферного давления, а суть процесса горения выяснили только лишь два столетия спустя. 
Опыт №3. Две свечи.
 Поставим две свечи рядом на небольшом расстоянии друг от друга. Подуем в промежуток между ними, пламя свечей наклонится друг к другу. Это происходит потому, что струя воздуха проходит между свечами и создаёт в этом промежутке область пониженного давления, а воздух, устремляется сюда и справа и слева и наклоняет языки пламени.

Опыт № 4. Вертящаяся змейка.
Из плотной бумаги мы вырезали спираль, растянули её немного и посадили на конец проволоки. Держа эту спираль над свечкой, мы увидели, что в восходящем потоке воздуха змейка будет вращаться.
Объяснение опыта: вращаться змейку заставляют конвективные потоки тёплого воздуха, поднимающегося вверх.

Заключение
В ходе выполнения проекта я проделала следующую работу:
Изучила исторические сведения о происхождении свечи и развитии различных её видов в разных странах. Узнала, что прообразы свечей первых свечей появились 20 тысяч лет назад. Древние свечи значительно отличались от современных содержанием и внешним видом. Используя доступные природные ресурсы, человек придавал свечам довольно причудливые формы.
Затем я изучила физические свойства и химический состав свечей. Мною
было установлено, что свечи бывают: восковые (натуральные и технические), парафиновые, стеариновые, гелевые, жировые, глицериновые и др. Используя Интернет-статьи, я определила химический состав каждого вида свечей, плотность, яркость горения, возможность копоти.
Решая четвёртую задачу, я провела опыты по определению преимуществ стеариновой свечи перед парафиновой, которые можно в дальнейшем продемонстрировать на уроке физики и во внеурочной деятельности.
Моя работа над проектом не является завершённой. В дальнейшем мне хотелось бы продолжить разработку новых опытов по физике со свечами, чтобы продемонстрировать их во время внеклассных занятий и на уроках физики.





















Список использованных источников
Каспарова Т. Сделай свою свечу. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ]
Лидов А. Свечи и свечное производство. http://www.real-aroma.ru/Granat
Никол Г. Книга о свечах. - М.: Профиздат, 2000. - 151 с.
Новожилов Б.В. Фарадей и его «История свечи». [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
Свеча. Материалы из энциклопедии Википедия. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
Тит Т. Научные забавы: интересные опыты, самоделки, развлечения/ Пер. с франц. - М: Издательский Дом Мещерякова, 2007. - 224с.
Фарадей М. История свечи. - М.: Наука, 1980.- 130с.
8. Перельман Я.И. Занимательная физика- М.: Наука, 1981.






























Приложение .
Виды свечей и их свойства

Виды свечей
Состав
Температура
плавления
Плотность
при 200С
Яркость, продолжительность горения, проявление копоти

Восковые (воск
технический)
смесь воска с парафином с нефтяным маслом
55 0С
810 кг/м3
Парафин снижает мягкость пчелиного воска

Восковые (воск
технический)
смесь воска с канифолью и цезерином
78-88 0С
880-920
кг/м3


Восковые
натуральный пчелиный воск
68-75 0С
950-970 кг/м3
Натуральный пчелиный воск немного липкий и вязкий. Свечи из воска гнутся очень хорошо и не ломаются. Имеет тягучий медовый запах

Парафиновые
85-97 % парафина,
3-15 % стеарина
или церезина.
50-52 0С
900-950 кг/м3
Парафин материал хрупкий, твердый и не пластичный.

Стеариновые
88 г стеарина, 10-20 г парафина и 2-6 г воска.
50-56 0С
900-970 кг/м3
Стеариновые свечи не коптят

Гелевые
гелевый парафин
93 0С

При горении не оплывают, не дают копоти и не выделяют неприятного запаха. Горят в 5 раз дольше, чем парафиновые свечи.

Глицериновые
глицерин, танин, желатин
55°С
1150 кг/м3
Горят спокойно, не распространяя никакого запаха.

Жировые
5% алюмокалиевых квасцов, 5% натриевой селитры,
90 % жира
32 °С
930-940 кг/м3
Свечи горят чисто, без дыма и копоти с небольшим потрескиванием из-за присутствия влаги и нитрата натрия.

Таблица 1.

Стеариновая
Парафиновая

Размеры
l - длина
d - диаметр
l - длина
d - диаметр


20 см
2,5 см
20 см
2,5 см

Время полного сгорания
1 ч 20 мин
50 мин

Копоть при сгорании
Коптит меньше
Коптит больше

Запах
нет
нет

Яркость горения
одинаковая

Таблица 2.








HYPER13PAGE HYPER15


HYPER13PAGE HYPER1413HYPER15





Проект по физикеArial Black" Свеча горела..."Arial Black Заголовок 1©ђ Заголовок 2 Заголовок 3HYPER15Основной шрифт абзаца

Приложенные файлы

  • doc file2.doc
    Размер файла: 143 kB Загрузок: 8