Физические свойства ткани

Конкурс научного творчества

«Делай науку»

Номинация: «Занимательные опыты»

Возрастная категория: до 16 лет включительно

Физические свойства ткани

                                                         Автор: Скоробогатько Софья Владимировна

МБОУ Лицей № 185

8 М класс

Руководитель: учитель физики

Тимченко Ирина Александровна

г. Новосибирск, 2018

Содержание

Введение

1. Требования к школьной форме

2. Виды костюмных тканей

3. Теплофизические свойства тканей

4. Практическая часть

        4.1.  Проверка ткани на воздухопроницаемость.

        4.2.  Проверка ткани на гигроскопичность.

        4.3. Проверка ткани накапливать на своей поверхности статическое электричество.

        4.4. Проверка ткани на теплопроводность.

Заключение

Используемая литература

Введение

         Школьная форма — обязательная повседневная форма одежды для учеников во время их нахождения в школе и на официальных школьных мероприятиях. Одежда учащихся должна соответствовать санитарно-эпидемиологическим и гигиеническим нормам, месту проведения занятий, погоде, температурному режиму помещения.  По мнению психологов и педагогов, одежда для школы организует школьников и настраивает их на учебный процесс, повышает дисциплину, способствует уменьшению социальных различий, развивает у детей опрятность.

        Гигиенические свойства школьной формы весьма важны для теплового комфорта и самочувствия ребенка. Ребенок носит школьную одежду в течение нескольких часов ежедневно. Если школьная форма сшита из некачественных тканей, то школьники приобретают предрасположенность к простудным и аллергическим заболеваниям.

        Поэтому цель моего проекта - исследовать теплофизические свойства тканей, из которых можно сшить школьную форму.

        Задачи:

1. Подобрать и изучить литературу по данной теме.
2. Провести исследования по определению теплофизических свойств тканей, и представить результаты в виде графиков и таблиц.
3. Дать сравнительную характеристику образцов тканей.

Требования к школьной форме

        C 1 сентября 2013 года Госдумой РФ был принят закон «Об образовании РФ», согласно которому школы получили право устанавливать требования к одежде школьников. Форма учащегося общеобразовательного учреждения должна соответствовать климатическим условиям региона, а также температурному режиму в помещении. Она должна быть сшита из тканей, соответствующих нормам СанПиН, согласно которым ткань должна «дышать», не иметь специфического запаха, хорошо впитывать пот, не электризоваться. 

 Виды костюмных тканей

        Для пошива школьной формы используют костюмную ткань. Современные  виды костюмных тканей становятся все разнообразнее.  

Особое предпочтение отдают следующим материалам: шерсть, хлопок, полиэстер.

        В таблице 1 представлены виды костюмных  тканей и их свойства.

Таблица 1

        Таким образом, рассмотрев 3 вида тканей, я пришла к выводу, что у разных тканей существуют как положительные, так и отрицательные свойства.

Теплофизические свойства тканей

         Идеальную ткань для школьной формы найти очень сложно. Ведь она должна отвечать многим критериям, которые не учитываются в «обычной» одежде. К основным теплофизическим свойствам тканей относятся: гигроскопичность, воздухопроницаемость, электризуемость, теплопроводность.

         Воздухопроницаемость -  способность ткани пропускать через свои волокна воздух. Благодаря этому свойству ткани обеспечивается обмен воздуха в пододежном пространстве, удаляются вредные  газы. Воздухопроницаемость зависит от характера плетения волокон и пористости ткани.         

        Гигроскопичность – это способность материала поглощать и отдавать влагу. При поглощении влаги волокна увеличиваются в объеме, размеры их изменяются. Оценивают степень гигроскопичности по величине влажности. Она показывает процентное содержание влаги по отношению к сухой ткани в имеющихся условиях и рассчитывается  по формуле:

φ=((m1- m2)/ m1)*100%

φ –степень гигроскопичности, m1- масса образца ткани при комнатной влажности, m2- масса образца ткани при 100 % влажности.  

        Электризация - это свойство тканей накапливать на своей поверхности статическое электричество, которое возникает при неизбежном трении и соприкосновении текстильных материалов с кожей человека и другими предметами. Высокая электризация материалов способствует их быстрому загрязнению (частички пыли буквально «прилипают» к наэлектризованной ткани). Кроме того, электрические разряды вызывают у человека неприятные ощущения при носке одежды, и даже могут оказывать отрицательное влияние на нервную и сердечно-сосудистую системы.

         Теплопроводность - способность тела к переносу энергии (теплообмену) от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела. Теплопроводность определяет способность передать тепловую     энергию через материал. О теплопроводности материала можно судить по коэффициенту теплоизоляции. Коэффициент теплоизоляции – это количество теплоты, проходящее за единицу времени через 1 м3 материала при разности температур на его противоположных поверхностях равном 1 0С.

        Коэффициент теплоизоляции  определяется по формуле:

                        К = P h /S ΔT     

Р- полная мощность тепловых потерь, S- площадь поверхности ткани,

∆T=(t1- t2) - разность температур с обеих сторон, h- толщина ткани.

        В своем эксперименте мощность тепловых потерь я рассчитывала по формуле:

                            Р= (Q1- Q2)/t

Q1- количество теплоты, отданное водой в мензурке без ткани за время t,  Q2 - количество теплоты, отданное водой в мензурке вместе с тканью за время t. Количество теплоты определяла по формуле:

                           Q =сm(t1- t2)

с- удельная теплоемкость воды, m- масса воды, t1-температура воды в начальный момент времени, t2- температура воды в конечный мосент времени.

        Чем больше коэффициент теплоизоляции, тем лучшей теплопроводностью обладает ткань.

Практическая часть

1. Проверка ткани на воздухопроницаемость.

        Я пинцетом выдернула из кусочка ткани несколько волокон и рассмотрела с помощью лупы их форму. Пропускают ткани воздух или нет – это определяется общим строением волокон и состоянием поверхности. Результаты исследования представила в таблице 2.

Таблица 2

        Я увидела, что  волокна с гладкой поверхностью (костюмная ткань  на основе полиэстера) прилегают друг к другу плотнее, чем извитые волокна костюмной ткани с содержанием хлопка, которые могут закручиваться в клубок или завиваться спиралью. В тканях с гладкой поверхностью, не может содержаться много воздуха, то есть они будут менее тёплыми. Среди представленных образцов наибольшая воздухопроницаемость у костюмной ткани с содержанием хлопка.

2. Проверка ткани на гигроскопичность.

        Используя весы, я определила массу образцов тканей. Затем налила в кастрюлю, в которой на дне расположена решетка,  воду и поместила на решетку кусочки тканей. Поставила кастрюлю на слабый огонь. Через несколько минут вытащила образцы тканей и снова определила их массу на весах. Результаты этого опыта представила в таблице 3.

Таблица 3

Провела расчеты степени гигроскопичности:

1. φШЕРСТЬ =(( 7,7-7,5)/7,5)*100 %= 2,66 %

2. φхлопок =(( 8,0-6,0)/6,0)*100 %= 33,33 %

3. φПОЛИЭСТЕР=(( 5,0-4,7)/4,7)*100 %= 6,38 %

        По результатам опыта я  сделала вывод: для школьной формы подходит ткань с содержанием хлопка.                            

        Эта ткань легко впитывает влагу, выделяемую кожей человека, и испаряет ее в окружающую среду, тем самым поддерживая тело в гигиеничном состоянии.

3. Проверка тканей накапливать на своей поверхности статическое электричество.

        Я сделала из фольги гильзу и подвесила ее на нити. Затем наэлектризовав с помощью эбонитовой палочки по очереди образцы тканей, подносила их к гильзе. Заметила, что больше всего электризуется ткань с содержанием шерсти. Ткань с содержанием  хлопка по результатам опыта совсем не взаимодействовала с гильзой.

4. Проверка тканей на теплопроводность.

        В ходе эксперимента я определила коэффициент теплоизоляции представленных образцов тканей. Известно, что теплоизоляционная способность ткани зависит от ее толщины независимо от волокна, из которого она выработана. Из моих трех образцов костюмная ткань с содержанием полиэстера в два раза тоньше ткани с содержанием шерсти. Поэтому я сделала из ткани с содержанием полиэстера двойной слой. Так же большое значение имеет влажность. Влажность воздуха на протяжении эксперимента не менялась, атмосферное давление тоже.

        Я взяла четыре мензурки, три из которых обернула тканями,  и налила в них теплую воду. Опустила термометры в каждую  мензурку и измеряла температуру охлаждения воды в течение 20 мин. Внесла результаты эксперимента в таблицы 4 и 5 и построила график.

Таблица 4

Таблица 5

Расчеты коэффициента теплоизоляции для трех образцов ткани.

Q1= 4200*0,15(60-47)= 8190 Дж- количество теплоты, отданное водой в мензурке без ткани за  1200 с.

1. Костюмная ткань с содержанием шерсти.

Q2= 4200*0,15(60-52)=5040 Дж - количество теплоты, отданное водой в мензурке вместе с тканью за 1200 с.

Р=(8190-5040)/1200= 2,625 Вт- полная мощность тепловых потерь.

К=(2,625*0,0007) / (0,021942*(60-52))=0,0104 Вт/(м• 0С)- коэффициент теплоизоляции.

2. Костюмная ткань с содержанием хлопка.

Q2= 4200*0,15(60-49)=6930 Дж - количество теплоты, отданное водой в мензурке вместе с тканью за 1200 с.

Р=(8190-6930)/1200= 1,050 Вт- полная мощность тепловых потерь.

К=(1,050*0,0008) / (0,020150*(60-49))=0,0038 Вт/(м• 0С)- коэффициент теплоизоляции.

3. Костюмная ткань на основе полиэстера.

Q2= 4200*0,15(60-50)=6300 Дж - количество теплоты, отданное водой в мензурке вместе с тканью за 1200 с.

Р=(8190-6300)/1200= 1,575 Вт- полная мощность тепловых потерь.

К=(1,575*0,0008) / (0,02233*(60-50))=0,0056 Вт/(м• 0С)- коэффициент теплоизоляции.

График зависимости температуры охлаждения воды от  времени

        Анализируя результаты эксперимента и график зависимости температуры охлаждения воды от времени, я сделала вывод, что лучшая теплоизоляция у ткани, содержащей шерсть. Ткань с содержанием хлопка обладает хорошей теплопроводностью.  Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру  тела, передаётся другому телу при их взаимодействии. Следовательно, ткань с содержанием хлопка «дышит», что соответствует СанПин. Полиэстер тоже обладает хорошей  теплопроводностью, поэтому в  костюме из такой ткани в холод легко  замерзнуть,  а в жаркую погоду перегреться.

Заключение

                Работая над данным проектом, я убедилась, что для школьной формы надо очень тщательно выбирать ткань, чтобы тело ребенка свободно дышало, ткань не имела специфического запаха, хорошо впитывала пот, не электризовалась.

        Из трех образцов ткани по физическим свойствам для пошива школьной формы лучше подходит ткань с содержанием хлопка. Именно из этой ткани шьют костюмы для учащихся лицея №185.

        В настоящее время в текстильной промышленности применяются нанотехнологии.  Ткани  приобретают уникальные по своим показателям свойства: водонепроницаемость, грязеотталкивание, теплопроводность и т.д.        

        Я надеюсь, что в будущем ученики  будут носить удобную и  комфортную школьную форму, выполненную из самых качественных тканей.

Используемая литература

1. https://textile.life/svojstva-tkanej-i-poloten/gigroskopichnost-tkani-chto-eto-za-harakteristika-i-na-chto-ona-vliyaet.html

2. http://www.moda-mali.ru/tkani/fizicheskie-svojstva-tkani.html

3. http://www.justlady.ru/articles-147166-kak-snyat-staticheskoe-elektrichestvo-na-odezhde