Творческая мастерская "Мы построим новый дом". Тема: "Тепловые явления" (8-й класс)

Цель:

• формирование компетентности в сфере самостоятельной познавательной деятельности:
• навыков самостоятельной работы с большими объемами информации
• навыков поиска информации в литературе и Интернете
• умений увидеть проблему и наметить пути ее решения
• навыков работы в группе
• составление презентаций

Цитата: “Инженер не может всё знать, он должен знать, где взять нужные сведения”

Цель проекта: Разработать проект дома, с учётом климатических условий и используя знания по теме “Тепловые явления”

Задачи:

• Объяснить целесообразность выбора материала для строительства дома, дать его физическое, экономическое и экологическое обоснование;
• Проанализировать национальные жилища с физической точки зрения;

Мотивация: Звучит песня “Родительский дом”. Что значит для вас дом?

Учащиеся: защита от природных явлений, тепло, уют, красота, семья.

Учитель: С древних времен человек строил кров, чтобы защищаться от холода, палящего солнца, пронизывающего ветра. На территории России найдены остатки жилища, сооруженного 25 тыс. лет назад, основанного на каркасе из костей животных. С тех пор как человек начал строить, его мысль работает над совершенствованием существующих и созданием новых материалов, над разработкой новых проектов сооружений, над сокращением материальных и трудовых затрат, над экологически чистыми компонентами, одновременно улучшая их теплопроводность. В доме, где живут люди должно быть тепло и уютно. Итак, приступаем к работе.

1-я группа “Историки”

Национально-исторические традиции. В Средней Азии жилые кварталы называются махаля (названия выписываются на ИД). Строя дом в пустыне, человек стремится отгородить себе кусочек оазиса. Дом словно заключает в объятия деревце и небольшой бассейн. Чинара создает тень, а испарение воды увлажняет воздух. Глухие глиняные стены, без окон, надежно защищают от знойных сухих ветров и песчаной пыли. Узкие тенистые улочки создают прохладу даже в 40⁰ жару.

Закавказье: в горных аулах строятся высокие двухэтажные сакли из камня (слайд1). Первый этаж без окон – это место для животных, кладовые, а второй этаж – жилые помещения. Зимой глубокий рыхлый снег заметает двери и жителям приходится несколько дней находится в сакле, где тепло и уютно. За счет конвекции, теплый воздух от животных подогревает пол.

Украина: хата – мазанка. На деревянный остов наложен слой глины, а крыша покрыта соломой или черепицей, у тех, кто – побогаче. Хата стоят белые и расписаны узорами.

Северные народности отличаются разнообразием жилищ: эскимосская иглу хижина из снега и льда, круглой формы. Чукотский чум, якутская яранга: (слайд 2, см. Приложение 1) Как построить ярангу?

Попробуйте – это не трудно!
Вот подсохнет на солнце за лето холодная тундра,
Привезу я для вас из тайги деревянные жерди –
Шалашом их поставьте и сами на прочность проверьте.
Чем ярангу покрыть? Тут железо совсем не годится,
Ни к чему и солома, холодна и тверда черепица.
Только шкуры оленьи, что сшиты надежно иглою,
Защитят вас в яранге от снега и стужи зимою.

Полярный дом в Антарктиде должен сохранять тепло как можно дольше, чем меньше поверхность дома, тем больше тепла сохранится. Самая малая поверхность у шара, поэтому полярный дом напоминает эскимосское иглу.

Алтайская юрта: (слайд 3) люди кочевали за табунами лошадей, и дом перевозили с собой. Выбрали пастбище, вбили в землю жерди, накрыли плотным войлоком из шерсти животных, получился теплый дом. В жару белый войлок отражает солнечные лучи. Сферическая форма купола придаёт устойчивость и не даёт солнечным лучам и дождевым потокам задерживаться на поверхности.

Сибирская деревня – под одной крышей избы укрыты жилые комнаты, хлев для скотины, сеновал, амбар. В основе избы – сруб бревенчатый, плотно сложенный венец к венцу. Такой дом надёжно сохраняет тепло. (слайд 4)

Традиции: Место для строительства дома должно быть сухим, высоким, светлым. Неудачным для строительства, считалось место кладбищ, дорога. Под первый венец укладывали: деньги, шерсть, зерно – символы богатства и семейного тепла. Окончание строительства отмечалось богатым угощением плотиков, впоследствии названным – новосельем.

Вопрос: почему по всему миру строятся дома разной архитектуры?

Вывод: климатические условия местности способствовали созданию жилья различной архитектуры, учитывались особенности быта и национальные традиции, подручный строительный материал.

Разработка проекта дома. Нам необходимо выбрать правильно строительный материал, ведь от этого зависит, будет ли дома тепло и комфортно, сколько средств уйдёт на отопление. Постройку дома начинают с закладки фундамента.(на листе ватмана поэтапно собирается проект дома: фундамент, деревянные стены, окна, крыша, труба, веранда).

Фундамент (слайд 5) – предназначен для уменьшения давления здания на грунт, гидроизоляции, устойчивости, для утепления пола, за счёт воздушной прослойки между землёй и полом. Для прочности в бетон укладывают камни, арматуру. Теплопроводность бетона меньше металла, но больше кирпича. Фундамент сверху покрывают битумом и рубероидом для гидроизоляции.

Стены дома ставят из сосны, ели, лиственницы, так как они имеют низкую теплопроводность, способны долго удерживать тепло и не гниют, между брёвнами прокладывают для утепления паклю, мох.

Окна – проемы в стене на все четыре стороны света закрыты стеклом, впускают дневной свет, за счет солнечного излучения обогревают дом. Пластиковые окна во много раз уменьшают потери тепла, так как более герметичны и между стеклами находится воздух.

Потолок для утепления засыпают теплоизоляторами – шлаком, опилками, мажут глиной.

Веранда: (слайд 6) чтобы не охлаждать помещение, лучше использовать для входа веранду, тамбур, двойную дверь. Эти приспособления служат тепловым шлюзом перед входом в дом.

Кровля (слайд 7) должна быть долговечной, экономичной, водонепроницаемой, прочной и соответствовать противопожарным требованиям. Кровлю выполняют из листовой стали, металлочерепицы, сайдинга, древесины покрытой рубероидом или шифером. В наших климатических условиях, при большом количестве осадков в виде дождя и снега используют двускатные крыши с уклоном в 50%. Летом жара достигает 40⁰, поэтому для отражения солнечного излучения крыши красят “серебрянкой”.

Труба (слайд 8). Рассматривая вопрос о тяге в печных трубах, мы говорим о зависимости тяги от длины и диаметра трубы. Проведённые опыты показали, что тяга лучше в длинной трубе большего диаметра. Трубы применяют кирпичные, железные или керамические. Самые эффективные кирпичные, т.к они дольше удерживают тепло, воздух внутри теплый – давление меньше, значит тяга лучше.

Вопросы:

1. Зимой проходя мимо окон дома, как можно определить – ленивая ли в доме хозяйка?
2. Почему в разных географических районах скаты крыш домов имеют разные углы?

3-я группа “Строители”

Утепление жилища. Деревянный дом для утепления можно обложить кирпичом. Лучше всего используют силикатный пористый кирпич – он имеет низкую теплопроводность, отражает солнечное излучение т.к. белого цвета. Между кирпичом и деревянным срубом пустоты заполняют пенопластом, стекловатой и другими теплоизоляторами (слайд 9). В нашем районе используют минеральное волокно Раздольнинского месторождения, имеющего теплопроводность 0,04Вт/м ⁰К. В строительстве широко применяется бетон с добавлением отходов древесины. Попадая в бетон древесина выделяет пузырьки воздуха, придавая ему хорошие теплоизоляционные свойства. Толщина кирпичных стен в наших домах в большинстве случаев делается значительно большей, чем требуется для прочности дома. Вызвано это, необходимостью сделать дома достаточно теплыми. Стены выкладываются толщиной в 2,5 кирпича, так как более тонкие стены в сильные холода могут промерзнуть. Сейчас кирпич делают пустотелым. Воздух, заключенный в его пустотах, плохо проводит тепло и предохраняет жилые помещения от охлаждения. Анализ таблицы.(слайд 10)

В Германии построен дом – термостат, где в помещениях поддерживается постоянная температура. В штукатурке стен введены пластиковые микрокапсулы, наполненные легкоплавким твердым веществом – парафин. Когда температура поднимется выше 24⁰, парафин начинает плавиться, поглощая теплоту. Если температура понижается, он, остывая и затвердевая, выделяет теплоту. Штукатурка с парафином обладает хорошими теплоизолирующими свойствами: её 2см слой эквивалентен 20см кирпича. Ученые Узбекистана предложили саморегулирующийся дом в пустыне. Стенки сделаны из полупрозрачных оболочек, промежуток наполнен голубым или розовым газом. Солнечные лучи увеличивают толщу между стенками, так как газ при нагревании расширяется. Таким образом, увеличивается теплоизоляция, что помогает поддерживать постоянную температуру внутри помещения даже в сильную жару.

Финские специалисты предложили новый строительный материал по теплоизоляционным свойствам превосходящий метровую кирпичную кладку. Толщина панели 10см, между двумя лакированными алюминиевыми листами проложен утеплитель – слой синтетического материала -пенополиуретана. Панели легкие и им не страшен любой мороз. Дайте характеристику теплопроводности строительных материалов по таблице (слайд 11).

Вывод: выгоднее использовать пенополистирол, у него ниже коэффициент теплопроводности, следовательно выше теплоизоляция.

Отопление: Современные дома обогревают, встраивая в систему отопления электронагреватели. А в Сибири традиционно использовали печь. (слайд 12) Количество тепла, поглощаемого печью при сгорании топлива и сохраняемого ею некоторое время, зависит от массы печи. Поэтому удобно использовать печь средней теплоемкости с облегченной кирпичной кладкой. В течении 12 часов она обеспечивает отдачу накопленного тепла, а топится 2 раза в сутки и имеет малый расход топлива. В качестве топлива можно использовать: уголь, дрова, природный газ.

Задание: проанализировать таблицу в учебнике “Удельная теплота сгорания топлива” и сделать вывод о количестве выделяемого различным топливом тепла.

Вопросы:

1. Перечислите способы изменения внутренней энергии в данной ситуации: в доме топили печь и стало тепло?
2. Печь дымит – это козни домового, или зная физику, всё можно исправить?
3. Как вы сохраняете тепло в доме?
4. Почему пористые строительные материалы обладают лучшими теплоизоляционными свойствами?

4-я группа “Экономисты”

В жилом доме должно быть тепло. Как этого добиться – строить теплые стены или тратиться на отопление? Утеплить стену можно двумя способами:

1. Увеличивая толщину стены, а это лишние затраты на материал, значит экономически невыгодно.
2. Предусмотреть в конструкции утеплитель стены внутренний или снаружи.

Древесина обладает высокими теплоизоляционными свойствами, но применение природных строительных материалов невосполнимо, значит, возникла необходимость создать новые искусственные материалы, обладающие низкой теплопроводностью: пенопласт, стекловата и др. Эковата – утеплитель из макулатуры со специальной пропиткой от вредителей, легкий и дешевый материал.

Применение теплоизоляторов обеспечивает облегчение строительных конструкций, уменьшение нагрузок на фундамент, толщины стен и кровли, сокращение финансовых затрат и сроков строительства. Дерево хорошо тем, что у него легкий вес, оно прочно, легко обрабатывается, конструкции из него недороги. Производство пустотелого кирпича более рационально, так как требует меньше глины. Используя пустотелые кирпичи и шлакоблоки, наружные стены можно выполнять более тонкими, что экономит материал и средства, но не уменьшает тепло в доме. Например: в крупно панельном строительстве масса стены площадью 1м² снижается на 60%, а стоимость на 20–25%. Для сравнения стоимости различных конструкций проанализируем таблицу. (слайд 13) В последние годы “пенополистирол” успешно применяется для каркасных зданий разной этажности, утепления фасадов, теплоизоляции кровли. По мнению строителей это самый современный материал с учётом норм по теплозащите. По расчетам экономистов сегодня это и самый дешевый строительный материал. но он пожароопасен. (слайд 14)

5-я группа “Экологи”

В ночном клубе “Хромая лошадь” люди погибли от угарного газа выделяемого при сгорании пенополистирола. Дом из древесины мы выбрали, потому что дерево является экологически чистым строительным материалом, положительно влияющим на организм человека. Если деревянный сруб обложить кирпичом, а пространство между ними заполнить теплоизоляционным материалом, т.о. создадим самый лучший санитарно- гигиенический режим для человека: тепло, сухо, нет перепада температур, нормальная влажность. Созданные человеком теплоизоляторы – пенопласт, стекловата не вредны для здоровья человека. Но не рекомендуется сруб изнутри обшивать деревоплитой, так как она пропитана химическими растворами и при нагревании выделяет яды. Применение строительных материалов включающих асбест, формальдегид, некоторые лакокрасочные материалы и предметы бытовой химии являются аллергенами и вызывают ряд заболеваний, при применении проявлять осторожность.

Одним из химических загрязнителей атмосферы является сернистый газ. Он выделяется при сжигании каменного угля, сланцев, нефти. Для уменьшения токсичных веществ в атмосфере в качестве топлива используют природный газ. Он выделяет большее количество теплоты, и экологически менее вреден. В Алтайском крае уже газифицировано 7 районов. Из дров лучше всего пользоваться ольхой, она почти не дает сажи и обладает большой теплопроводностью. Хороши дрова и березовые, но лес нужно беречь, заменяя другими видами топлива.

6-я группа “Дизайнеры”

Без оформления дом как безликий деревянный кубик, а в руках дизайнера домик заиграет. Изменить внешний вид дома можно оригинальной верандой, конструкцией крыши, окон; формой наличников и ставней, украсить резьбой.

В доску врезываясь резко
Кружева плетёт стамеска
Словно русские матрёшки
Разукрасились окошки
Гибкий лобзик и бурав
Вырезают стебли трав.
                            Г. Морозов

(Иллюстрации резьбы по дереву деревянных домов алтайских сел из книги “Красная книга ремесел”). Окно в окружении резного деревянного кружева наличников веселит наш взгляд. Наши предки считали, что нечистый дух проникает в дом через окно, и поэтому стали окружать его магической резьбой. Окно стало оком дома, впускающим солнечные лучи света и тепла. (слайд 15,16) Можно украсить и крышу дома: конек возвышается над челом избы. К нему взбегает узор резных досок. Карниз крыши выполняется в несколько ярусов, но это зависит от достатка семьи. Современные облицовочные материалы выпускают до 16 различных оттенков. (слайд17)

Вывод: При оформлении дома главное чтобы все сочеталось и соответствовало единому стилю, народным традициям данной местности, (дизайнеры дополняют рисунок дома: ставни, наличники, конек).

7-я группа “Конструкторы”

Проекты дома – будущего. Дом будет совсем маленький – минимум мебели, автоматизированная система бытовых услуг, на электронных носителях книги и фотографии. Комфортный микроклимат в квартире создадут оптически прозрачные и одновременно теплоизолирующие окна. Они представляют собой многослойные герметичные стеклопакеты с тонкими прозрачными полимерными пленками, созданными на основе нанотехнологий. Между ними находится газ, выполняющий роль теплоизолирующего наполнителя. Плёнки пропускают солнечный свет без потерь, а инфракрасные (тепловые) лучи отражают. В жарком климате в окна вставляют отражающие стёкла. Но такие окна стоят слишком дорого. Пол с электроподогревом уже используется при строительстве современных зданий в Сибири. Под линолеум стелют термоплёнку мощностью до 0,16 кВт. Архитектура домов будет самой разнообразной. (Демонстрация иллюстраций проектов дом – цветок, дом в коробке и др. слайд 18–20)

Итог: (на доске вывешивается полученный чертеж проекта дома, анализируется и обсуждается слайд 21). Затраты на отопление такого дома будут минимальны, выбранный строительный материал обеспечивает комфортный микроклимат, регулирует влажность в помещении, оформление радует глаз.

Домашнее задание

Каким вы видите свой будущий дом с учетом полученных на уроке знаний (рассказ, рисунок, макет).

Рефлексия:

1. Что нового вы узнали о строительстве домов?
2. Какой совет вы теперь можете дать родителям по благоустройству вашего дома?
3. Ваша роль в работе творческой мастерской?

Литература:

1. “АиФ-Алтай” газета. №15, 50. 2007г. Москва.
2. “А почему?” 9-1999 г. журнал. Москва
3. “Красная книга ремесел” Алтайское книжное издательство. 1990.
4. Кожевников В.Б. “Сто деревянных домов” Экология. 1993.
5. “Моя Родина”, Календарь. Москва. 1991.
6. Морозов Г. Дом принаряжается – вязью украшается. Дет.лит. Ленинград. 1989.
7. “Русская изба” энциклопедия. Искусство – СПБ. 2001.
8. “С добрым утром” М.: Детская литература. 1989.
9. “Физика в школе”. Методический журнал. М. 6-2003, 6-2004.
10. Яхнин И.А “Сколько братье у нашего дома”. Детская литература. 1989.