МОУ СОШ 1 г.п.п. Чистые Боры Костромской области ТЮФ ГСР Задача «Гейзер». Выполнил: ученик 7 класса Бойцов Александр Руководитель: учитель физики Кутузова Светлана Николаевна 2008 год

Задача Установите вертикально длинную трубку с водой. Нагрейте нижний торец трубки, и вы увидите, что происходит извержение воды. Если оборудовать сток воды обратно в трубку, можно наблюдать повторяющиеся извержения. Исследуйте параметры, которые влияют на то как этот процесс развивается во времени.

Что такое гейзер ? Гейзер -(geyser- «хлынуть» от исланд.) -это источник, который периодически, через определенное время выбрасывает фонтан горячей воды и пара. Гейзеры – явление редкое. Они встречаются в Исландии,США, Новой Зеландии, Японии. В России сосредоточены в большом количестве на Камчатке. Извержение гейзера удивительно красивое зрелище.

Так выглядит природный гейзер

Визуальное наблюдение Мощная струя кипящей воды, окутанная паром, с грохотом вырывается вверх, рассыпаясь на большой высоте мириадами брызг. Фонтан бьёт некоторое время, затем струя исчезает, рассеивается пар и всё успокаивается. Вокруг гейзера есть небольшой природный бассейн. Земля вокруг гейзеров тёплая, даже горячая. Периодичность извержения гейзеров варьирует от нескольких минут до месяца.

Виртуальное исследование гейзера «Заглянем» в бассейн гейзера после извержения – воды в нём нет. В центре бассейна видно отверстие – канал, уходящий в глубь земли. Его называют трубкой гейзера. Перед началом извержения вода поднимается по трубке, заполняет бассейн, бурлит, выплёскивается, а затем взлетает фонтан кипятка. После окончания извержения вода из бассейна снова уходит в трубку.

На основе поставленной проблемы и изучения литературы мы решили создать такой искусственный гейзер чтобы он удовлетворял следующим условиям: 1.извержение жидкости из гейзера периодически повторялись 2.высота выброса жидкости была максимальной 3.выбрасываемую жидкость можно было собирать обратно 4.величины которые влияют на выше перечисленное могли быть определены

Оборудование Стеклянная трубка длиной 80 см Спиртовка Часы Термометр Барометр Металлическая труба: диаметр 2.5см, длина-1.3м из алюминия и стальная длиной 2м Пластмассовая канистра Банка из жести Ведро для воды

Наблюдение 1

Испытание установки для получения гейзера

В результате… В первом случае наблюдается нагревание воды за счёт теплопередачи конвекцией и выбрасывание её в верхней части в результате расширения и закипания воды в нижней части. Чтобы извержения повторялись, воду нужно возвращать в трубку. Для этого надо создать верхний бассейн. А на уровне примерно 3/5 высоты трубки – дополнительный нагреватель, например электроспираль. Трубка может быть как с дном, так и открытой при наличии нижнего бассейна

Поиск решения проблемы привёл к созданию второй установки Вторая установка конструировалась по рекомендациям, найденным в журнале «Квант»

Отрицательный результат – тоже результат Со стальной двухметровой трубой, которая есть в нашем распоряжении пока мы не справились, а собрали установку, как имелась возможность увидеть ранее, используя алюминиевую трубу длиной 1,3м. Но извержения гейзера по причине недостатков конструкции мы не дождались, хотя было увлекательно проводить даже это испытание. Возникла цель – летом довести «гейзер» до результата. Видеосъёмку и демонстрацию действующего гейзера можно использовать как наглядность на уроке географии при изучении темы «Вулканы и гейзеры»

Механизм действия гейзера по Г. Бунзену Г.Бунзен объяснил механизм действие гейзера еще в XIX веке. Он исследовал гейзеры в Исландии. Оказывается, что подземный бассейн совсем не нужен. Трубки, созданной источником, вполне достаточно для того, чтобы произошло извержение гейзера Бунзен измерял температуру воды в гейзере, опуская в трубку термометр и отмечая каждый раз глубину погружения термометра

Результаты измерений По мере погружения в глубь трубки гейзера температура повышается. У вершины гейзера она была 85,5град. У основания возросла до 125град. Но вода в гейзере не кипит, хотя температура больше 100град. Мы знаем, что температура кипения зависит от давления. В трубке гейзера она больше 100град, т.к. там давление больше атмосферного на величину давления столба воды в трубке. И ни в одном месте трубки температура воды не достигает температуры кипения, соответствующей давлению в этом месте.

Взрыв пара Перед извержением слышатся взрывы, которые сопровождаются сильным волнением в бассейне. Это происходит оттого, что по боковым протокам в трубку гейзера поступает горячая вода и перегретый пар. Пар, смешиваясь в трубке с более холодной отдаёт ей своё тепло водой. Происходит быстрое испарение какого-то количества воды и из-за резкого расширения пара происходит взрыв. Часть воды, перетекая в бассейн вызывает в нём волнение.

Завершение жизни гейзера Извержения природного гейзера продолжаются очень долго и прекращаются, когда трубка достигает такой длины,что температура воды в нижних слоях из-за очень большого давления не может дойти до точки кипения. Источник же продолжает откладывать кремнезём и превращается в глубокий водоём.

Наша цель создать действующий гейзер Так как температура воды в трубке гейзера во время «отдыха» нигде не достигает точки кипения, пар, производящий взрывы и поднимающий водяной столб, должен образовываться в боковых каналах, питающих трубку. Но гейзер может работать и без этих каналов, если ниже середины трубки есть дополнительный приток тепла. Модель такого гейзера уже приводилась выше Наша попытка сделать такой гейзер пока не удалась, но у нас есть цель, есть двухметровая труба и мы добьёмся положительного результата

Что отличает гейзеры от других горячих источников В случае обычных термальных источников существует постоянный баланс между теплоотводом и теплоподводом. В гейзерах же баланса нет. Теплоподвод больше теплоотвода и поэтому происходит постепенное нагревание воды в трубке гейзера, а на стадии извержения гейзера теплоотвод существенно больше теплоподвода. Установлено что гейзеру всегда предшествует обычный термальный источник. При некоторых условиях баланс нарушается, и источник пере ходит в гейзерный режим т.е. превращается в гейзер. Отметим, что важную роль играет в данном случае изменение в процессах конвекций, происходящих в водной массе источника, а также препятсвие свободному выходу пара Гейзеры представляют собой редкое явление

Литература Тарасов Л. В. Физика в природе.; - М., «Просвещение», 1988 Журнал «Квант»,1979год,