Научно - практическая конференция "Эффект лотоса"

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа пгт Зарубино Хасанского муниципального района»

«Эффект лотоса»

Выполнила: ученица 10 класса Балаева Елизавета.

Руководитель: учитель физики Бернацкая Евгения Владимировна.

Цель: объяснить «Эффект лотоса» на основе свойств поверхности и определить, где можно эти свойства использовать в технике и наблюдать в природе.

Гипотеза : смачиваемость зависит от структуры поверхности и формы объекта.

Методы исследования: изучение литературы, сайты сети интернет, информация СМИ, сравнение, наблюдение, анализ.

Задачи:

• Сбор литературы о теории явления.
• Изучение причин гидрофобности и гидрофильности, сравнение с эффектом лотоса.
• Физическое и физико-химическое обоснование явления.
• Поиск проявлений эффекта лотоса в природе.
• Получение образцов поверхностей с эффектом лотоса.
• Анализ возможностей практического использования «Эффекта лотоса».

Актуальность темы

Посёлок Зарубино, в котором я живу, расположен на берегу залива Посьета Японского моря. Климат умеренный муссонный. Летом выпадает около 70% годового количества осадков. Из-за большой влажности воздуха (70-80%) возникает проблема разрушения и гниения различных сооружений. В связи с этим, я решила изучить физико–химические свойства покрытия листа лотоса, для сохранения и очищения построек, сооружений.

Данный эффект, до конца не изучен и в будущем может быть полезным для человечества.

Нет ничего более изобретательного, чем природа. Марк Цицерон

История Открытия «Эффекта Лотоса»

Заслуга в открытии и изучении «Эффекта лотоса» принадлежит немецкому ботанику, профессору Вильгельму Бартлотту . В 1975г профессор активно исследовал эффект самоочищения. Только в 1990 г. ему удалось технически воспроизвезти этот физико-химический процесс, который позже был запатентован как «Эффект Лотоса».

Строение листа лотоса

Поверхность листа покрыта микропупырышками высотой 10 мкм

Микроворсинки еще меньших размеров

Состоят из воска

Понятие эффекта с точки зрения физики

Капиллярность

Смачивание

Поверхностное натяжение

СМАЧИВАНИЕ

Смачивание - явление, возникающее вследствие взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердых тел.

Иммерсионное

Смачивание при полном погружении твердого тела в жидкость

Контактное

состоит из трёх фаз — твердая, жидкая, газообразная.

Иммерсионная

Смачивание при полном погружении твердого тела в жидкость

Гидрофильность - способность хорошо впитывать воду, а также высокая смачиваемость поверхностей водой.

Поверхностное натяжение

Краевой угол — это угол между плоскостью поверхности твердого тела, и жидкостью

когда 0°

угол ниже 5°

когда 90°

КАПИЛЛЯРНОСТЬ

Капилля́рность — явление подъема или опускания жидкости в капиллярах (узких каналах произвольной формы, пористых телах)

УПРАВЛЕНИЕ СМАЧИВАНИЕМ

Изменение температуры

Воздействие электрических и магнитных полей

Использование поверхностно-активных веществ

Обработка поверхности твердых тел ионизирующими излучениями

«Эффект лотоса» в природе

• Поверхность крыльев бабочек и многих других насекомых покрыта рядами крошечных волосков, формирующих воздушную прослойку, которая не даёт проникать влаге.

• На листьях многих растений, таких как капуста, камыш, тюльпан, тростник, водосбор, эвкалипт и многих других наблюдается «Эффект лотоса»

• Защитные водоотталкивающие свойства оперения водоплавающих птиц обусловлены их особой ребристой структурой

«ЭФФЕКТ ЛОТОСА» В БЫТУ

Самоочищающиеся стекла автомобиля. Капля воды, собирая грязь, отталкивает влагу, прилипших насекомых и т.д.

Самоочищающиеся покрытия защищают и очищают кожу, текстиль, пластик, стекла, керамику от грязи, влаги, жирных субстанций.

Также появляются самоочищающиеся краски, которыми покрывают фасады зданий.

Лакокрасочные покрытия; защитная водоотталкивающая и антибактериальная пропитка внутренней обивки и тентов; и т. п.

Практическая работа 1

Цель: выявить зависимость явления смачиваемости от капиллярности.

Ход работы:

• Взяли две полоски бумаги (10х4) (№1, №2), воск, два стакана воды одинаковой температуры (≈20˚С).

2. Растопили воск, опустили в него одну полоску бумаги (№2), высушили.

Полоска, обработанная воском

• Капнули на полоски окрашенную воду.
• Сравнили полоски №1, №2

Вывод: Полоска №1 намокла за счет капилляров в ней. Полоска бумаги №2, предварительно опущенная в воск, осталась сухой, так как воск закрыл капилляры и не пропустил воду.

Практическая работа 2

Цель: выявить, как смачиваемость поверхности зависит от угла наклона капли к поверхности.

Ход работы:

• Взяли две полоски бумаги (10х4) (№1, №2), спрей «Salton защита от влаги» для обуви.
• Обработали полоску №2 спреем Salton.

Капнули на полоски №1, №2 воду под разными углами

Угол

10 

Обрабо

танная

Вид сбоку

30 

Необрабо

танная

Вид сверху

Обрабо

танная

90 

Необра

ботанная

Обрабо

танная

Необрабо

танная

10%

100%

0%

10%

5%

20%

Процент смачиваемости обработанной поверхности меньше, чем у необработанной поверхности.

Вывод: Из практической работы видно, что смачиваемость поверхности зависит от угла между поверхностью и направлением движения капли. Чем больше угол, тем больше процент смачиваемости поверхности.

Практическая работа 3

Цель: пронаблюдать поверхностное натяжение.

Ход работы:

• Взяли иглу и опустили в спирт
• Затем в масло

3. Аккуратно пинцетом положили иглу на «пленку» воды

.

Вывод: Иголка не тонет в воде, а лежит на поверхности, благодаря поверхностному натяжению воды. Это происходит потому, что молекулы масла не поляризованы и вода отталкивает их.

Практическая работа 4

Цель: получить в домашних условиях гидрофобную поверхность.

Ход работы:

• Растопили воск и опустили в него полоску бумаги.
• Снова растопили воск, добавили туда перемолотый мел, перемешали и опустили вторую полоску бумаги. (№2)
• На каждую полоску насыпаем мел.

4. Затем капаем на каждую полоску воду и наблюдаем.

Вывод: На образце №1 осталось больше мела, чем на образце №2. Это объясняется тем, что воск с мелом подобен поверхности листа лотоса, что определяет его гидрофобные свойства.

Практическая работа 5

Цель: выявить, как ведут себя капли воды на несмачиваемой поверхности.

Ход работы:

1. У нас есть два предметных стекла. Одно из этих стекол покрыли спреем, действие которого приблизительно воспроизводит «эффект лотоса».

А) Обработанное стекло

Б) Необработанное стекло

2. На каждое стекло капнули подкрашенной воды.

А

Б

Вывод: На необработанном стекле вода растеклась. На обработанном капли воды собрались и не растекались.

Заключение

По результатам проведенного анализа собранной информации пришла к выводу, что использование «эффекта лотоса» в виде специальных красок и покрытий, может увеличить срок эксплуатации различных поверхностей и при этом уменьшить расходы на их восстановление.

Мои предложения по использованию «Эффекта лотоса»:

• При постройке зданий покрывать крышу и фасады зданий краской с «эффектом лотоса»;
• Для увеличения срока использования одежды и обуви следует покрывать их специальными спреями;
• Для защиты от ржавчины и загрязнения поверхностей автомобилей нужно покрывать растворами с «эффектом лотоса»;
• С целью сохранения формы прически можно использовать лаки для волос на водоотталкивающей основе.

СПАСИБО

ЗА

ВНИМАНИЕ!