Презентация "Мыльный мотор" (9 класс) по физике – проект, доклад

ОТДЕЛ ОБРАЗОВАНИЯ СПОРТА И ТУРИЗМА СОЛИГОРСКОГО РАЙОННОГО ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО КОМИТЕТА «Гимназия №2 г.Солигорска»

Выполнили: Снежко Вадим Александрович и Бушило Олег Александрович, учащиеся 9 «В» класса Руководитель: Шубин Анатолий Николаевич, Учитель физики ГУО «Гимназии №2 г. Солигорска»

2015 год «Мыльный мотор»

Научно-исследовательская работа

Актуальность темы

Иранские физики провели эксперимент, в котором наблюдали вращение плёнки жидкости под действием приложенного к ней напряжения и внешнего электрического поля, величины которых превышают некоторые пороговые значения. Устройство, которое ученые назвали «Пленочным двигателем», может найти промышленное применение в жидкостных центрифугах и разнообразных смешивающих приспособлениях.

Цель: объяснить и исследовать явление вращения плёнки

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

изучить научную литературу по данному вопросу; изучить явление вращения плёнки; изучить, как влияет на вращение внешнее электрическое поле; изучить, как влияет на вращение напряжение на рамке; рассмотреть влияние повышения; проводимости на вращение плёнки.

Динамические процессы мыльной пленки в электрическом поле.

Мыльная плёнка.

Предмет исследования

Объект исследования

Практическая значимость

«Пленочный двигатель» может найти применение в жидкостных центрифугах и разнообразных смешивающих приспособлениях, используя двухмерную турбулентность, т.е. различие скоростей вращения пленки в зависимости от приложенного напряжения к ней и внешнего электрического поля.

Методы исследования:

Теоретический Экспериментальный Сравнительный

Теоретическая часть работы

Изучение плёнок жидкости – это раздел физики, именуемый физика поверхности. Если же на плёнку ещё действуют химическиеиэлектрические факторы, то плёночная система может проявлять необычные свойства , связанные с динамическими процессами в ней. Если значения напряжения U на рамке с мыльной плёнкойи напряжённости электрического поля E конденсатора превышают некоторые пороговые значения ? ?ℎ и ? ?ℎ , плёнка начинает вращаться. При этом скорость и направление её вращения можно контролировать, увеличивая или уменьшая внешнее электрическое поле и напряжение, но не опускаясь ниже пороговых значений U и E.

Эксперимент показал, что пороговые значения электрического поля и напряжения связаны между собой. Для проверки этой гипотезы было зафиксировано значение одного из параметров и плавно увеличивалось значение другого до тех пор, пока плёнка не начинала вращаться. ? ?ℎ ? ?ℎ =const

Угловая скорость вращения плёнки пропорциональна векторному произведению плотности электрического тока j и напряжённости электрического поля E. угловая скорость вращения плёнки неоднородна – в центре вихря она больше, чем на краях.

На графике показано уменьшение угловой скорости вращения с увеличением расстояния от оси вращения. Красные кружки – изменение угловой скорости через 45с после начала вращения плёнки.

Поскольку плёнка не содержит никаких магнитных примесей, возникает логичный вопрос о механизме вращения жидкости. Предположение о том, что за образование вихревой природы вращения плёнки, возможно, ответственны ионы , не получает подтверждения, так как добавление соли(и, тем самым, повышение проводимости) лишь незначительно увеличивает угловую скорость вращения, хотя электропроводность при этом повышается на порядок. Возможное объяснение вращения , связанное с электрохимическими эффектами на границе медных электродов и плёнки, также маловероятно. Угловая скорость вращения вихрей в центральных ячейках ничуть не отличается от аналогичного показателя вблизи электродов. Вращение плёнки связано с молекулярным устройством вещества. Каждую молекулу абсолютно любого вещества можно представить в виде диполя.

Несмотря на различие в плотностях, коэффициентах вязкости, удельной проводимости разных по составу полярных жидкостей, пороговые значения напряжения и электрического поля у них приблизительно одного порядка. Это ещё один аргумент в пользу “дипольной” гипотезы вращения плёнки. Однако чёткой и грамотной теоретической модели , способной объяснить наблюдаемое явление пока что нет.

Экспериментальная установка

Оборудование: Электрофорная машина. Штатив универсальный. Источник питания (постоянный ток). Вольтметр. Амперметр. Конденсатор. Медные электроды.

U·E=const U=3кВ=3· 10 3 В ? ? =60 В ? э = 3· 10 3 В d=8· 10 −2 мE= ? э ? = 310 3 В 8· 10 −2 м =0,375· 10 5 В м =37,5 кВ м K= ? ? ·E=60 В·37,5· 10 3 ? м =2,25· 10 6 В 2 м При увеличении ? э , увеличивается скорость вращения.

Выводы

Вращение плёнки происходит только при напряжении на рамке более 60 В, и на конденсаторе порядком 3 кВ , создающее электрическое поле 37,5 кВ м , при константе более 2,25· 10 6 В 2 м угловая скорость вращения плёнки неоднородна – в центре вихря она больше, чем на краях. В результате вращения толщина плёнки становится неоднородной. В центре она становится тоньше, через промежуток времени Δt=45 – 60(с) плёнка лопается. Цветная поверхность мыльной плёнки, которая меняется в результате её вращения, объясняется интерференцией света на тонких плёнках, т.к. их толщина изменяется. В начале вращения образуется два вихрят.е.используется двухмерная турбулентность- различие скоростей вращения пленки в зависимости от приложенного напряжения к ней и внешнего электрического поля. Вращение начинается по краям пленки. Вращение пленки не является иллюзией, т.к. при добавлении частиц муки на поверхность пленки мы можем наблюдать их круговое вращение вместе с пленкой.

Заключение

Т.О. вращение мыльной плёнки в однородном электростатическом поле возможно использовать в создании совершенно нового типа стиральных машин без барабанов, где вращение будет только за счёт мыльных потоков.

Спасибо за внимание!