327
з історії

164
учня

97
для 11 классу

303
відкореговано


Вашій увазі

510
кейсів
Останнє оновлення:
27.03.2017


Кейс - урок «Стеклянная эпоха»
Кейс - урок «Стеклянная эпоха»

Раздел: Науки, природа и человек

Уровень (класс): 9

Тема: Прикладная наука

Цель: Узнать особенности производства стекла и изделий из него.

Какая информация меня здесь ждет?

  • Что собой представляет стекло и где его применяют?
  • Почему стекло относится к веществу?
  • Когда человек научился изготавливать стекло?
  • Какими физическими свойствами обладает стекло?
  • Какое преимущество можно получить при переработке отходов из стекла?
6 разверток по предметам, явлениям и практикам:
Вступление

 

Вряд ли существует в современном мире более популярный материал, чем стекло. Стеклянные окна и двери, стеклянная посуда, стеклянные зеркала. На улице вы видите стеклянные витрины магазинов и даже целые небоскребы из стекла. И это, несмотря на то, что стекло - очень хрупкое. Просто исходный материал очень распространен – это песок, а а в химической терминологии – кремний.

 

Химия

Несмотря на то, что стекло очень хрупко, оно в то же время прочный материал. Его очень просто разбить, но сложно разрезать. К тому же стекло прозрачное и имеет своеобразную структуру. Вернее, сказать, что структура у него отсутствует.

 

Все дело в том, что если стекло сравнивать с твердыми материалами, то в стекле кристаллическая решетка отсутствует. А так как стекло имеет аморфную структуру, то поэтому его приравнивают к жидкости.

Из этого можно сделать вывод, что стекло – это:

• во-первых, переохлажденная жидкость, которая не успела перейти в кристаллическое строение;

• во-вторых, жидкость, которая имеет большую вязкость;

• в-третьих, твердый, прозрачный и хрупкий материал, который имеет аморфное строение, и полученный при охлаждении минеральных расплавов, содержащих стеклообразующие компоненты и оксиды металлов.

Известно что, любое вещество движущееся, с достаточной скоростью, во избежание кристаллизации, после расплава и переохлаждения, переходит в твердое аморфное «стеклообразоное» состояние. Такое состояние является чем-то средним между твердым кристаллом или металлом и вязкой жидкостью. И если и присутствуют кристаллические структуры, то только в отдельных, не связанных между собой участках, а вот цельная кристаллическая структура отсутствует.

Самым распространенным видом стекла, которое используется в быту, является силикатное. Его получают в результате расплава таких кремниевых (силикатных) отложений SiO2, как песок, кварц и кремнезем.

 

А теперь давайте рассмотрим классификацию стекол:

 

Любому изделию из стекла можно придать форму только в том случае, если оно имеет жидкое агрегатное состояние. В зависимости от компонентов стеклообразующих расплавов температура варки стёкол может быть от 300 до 2500°C.

 

Вы знаете, что стекло может быть не только бесцветным или прозрачным, но и цветным. Чтобы получилось цветное стекло, необходимо к расплавленной массе добавить такие химические соединения, как оксиды разных металлов. Если добавить оксид железа, то получится красное стекло, при добавлении оксида урана стекло будет желтым, а оксид никеля окрасит стекло в фиолетовый или коричневый цвет. Зеленый цвет разных оттенков можно получить при добавлении меди или хрома. Иллюминаторы в космических кораблях изготавливают из стекла с добавлением свинца (Pb) для предотвращения проникновения избыточной радиации.

Физика

Стекло сочетает в себе целый набор физических и химических свойств, которые не свойственны другим материалам. Так современное электрическое освещение, оптические элементы микроскопов, телескопов, видеокамер, фотоаппаратов и т.д. без стекла представить невозможно, так как сложно найти материал, который бы смог объединить в себе прозрачность, теплостойкость, хорошую свариваемость с металлами, механическую прочность и в тоже время дешевизну.

 

Какими физическими свойствами обладает стекло?

Одним из основных свойств, которым обладает стекло, является то, что оно способно пропускать свет. Но, следует обратить ваше внимание на то, что в природе не существует стекол, которые бы на 100% пропускали свет. Обычные оконные стекла пропускают свет на 87%.

Также, не менее важным свойством стекла, является его теплопроводность. Это значит, что способность стекла проводить тепло от более нагретых участков к менее нагретым, очень мала и поэтому его, возможно, применять в духовках и каминах.

Третьим свойством этого материала является его твердость. Под твердостью, в данном случае подразумевается способность сопротивляться проникновению иных материалов. По шкале Мооса твердость стекла равна приблизительно 6 баллов. Если для сравнения взять алмаз, то его показатель равен 10 баллам.

 

Обратив внимание на то, что стекло в изогнутом виде способно рассеивать или концентрировать световой луч, человек научился делать линзы. Такие линзы нашли широкое применение в различных оптических приборах, начиная от обычных очков, микроскопов, телескопов и т.д.

Ход лучей в собирающей линзе:

 

Ход лучей в рассевающей линзе:

 

Классификация линз и особенности преломления лучей; а - собирающая линза; б - рассеивающая линза.

 

На рисунке вверху мы видим, что лучи, вначале идут параллельно оптической оси собирающей линзы и, проходя через точку F – расходятся. А на нижнем рисунке показано, как проходят лучи света через рассеивающую линзу и следуют параллельно её главной оптической оси.

Технологии

Теперь вам уже известно, что в основной состав стекла входят такие компоненты, как кварцевый песок, сода и известь.

 

Тем ни менее, просто смешав кварцевый песок, соду, известь, стекло, вряд ли получится, так как его необходимо выплавлять в специальных печах.

Чтобы расплавить кварцевый песок, необходимо применение очень высоких температур, ведь он плавится при температуре 1700 градусов. В этом может помочь сода, так как благодаря ней температуру плавления можно уменьшить в два раза. А вот такой компонент, как известь, добавляют для того, чтобы стекло не боялось воды.

В былые времена, для создания стеклянных плоских листов использовали ролики, между которыми эти листы прокатывали. Современный способ производства такого стекла имеет совершенно другие технологии, которые называют техникой флоат-стекла:

 

Теперь давайте с вами рассмотрим технологию производства стекла. Она выглядит следующим образом: вначале все компоненты отправляются в гигантскую печь, и там при температуре в 1600° С превращаются в единую массу. Далее, из этой массы удаляются пузырьки газа и она становится однородной. Потом расплав стекла равномерно распределяется на расплавленном олове и благодаря этому стекло получается очень гладким и имеет одинаковую толщину по всей поверхности. Теперь остается лишь резко охладить стекло и нарезать на листы стандартных размеров.

 

После того, как стеклянное волокно покидает оловянную ванну, его температура понижается до 600 °С. Но, чтобы стекло затвердело, необходимо его охладить до температуры 250 °С. Чтобы материал не треснул, охлаждение стекла должно происходить постепенно.

А теперь давайте посмотрим, какие процессы и материалы, используют при производстве стекла:

 

Кроме этого, стекло не должно иметь никакой деформации. Если же на его поверхности обнаружены дефекты, то их удаляют при помощи шлифования и полировки. Хотя в последние годы появились и такие новые методы, как процесс горячего формования по принципу «плавающей ленты». Благодаря такому методу появилась возможность сочетать преимущества листового и полированного стекла, и такое стекло не содержит дефектов.

История

Первым стеклом можно считать нечто непрозрачное и черное, которое было рождено самой природой. Оно образовалось благодаря извержению раскаленной лавы, которая вырвалась из недр Земли еще миллионы лет назад. Это вулканическое стекло использовали для обработки режущих инструментов, и называли его обсидиан.

 

Как же появилось на свет первое стекло, и кто его изобрел?

Если обратиться к историческим фактам, то известно, что человек научился изготавливать стекло уже около 55 веков назад.

А вот как выглядела стеклодувная печь в Древнем Египте:

 

При археологических раскопках самые древние образцы из стекла были обнаружены в Египте. В гробницах, которые относятся к 7000 году до н. э. были обнаружены различные амулеты, и бусы из стекла. Для изготовления стекла, египтяне использовали смесь измельчённой кварцевой гальки и песка. Египетские умельцы стекольного дела плавили стекло на открытом огне в глиняной посуде.

Приблизительно 1200 года до н. э. египтяне уже умели отливать стекло в стеклянных формах.

 

Но трубки для выдувания стекла появились с началом христианской эры, а изобрели их финикийцы.

 

Римляне славились тем, что они были первыми умельцами, которые начали делать тонкие оконные стекла.

В 13 веке центром художественных изделий из стекла была Венеция. Но из-за частых пожаров, которые были вызваны круглосуточной работой стекловаренных печей, заводы по изготовлению стекла пришлось переместить на остров Мурано. Этот остров до сих пор является центром, где изготавливают стеклянные изделия вручную, знаменитое «муранское стекло».

А уже в 16 веке производство стекла распространилось на всю Европу. Чехия славится изготовлением богемского стекла, а высококачественную хрустальную посуду производят в таких странах, как Швеция, Англии и Ирландия.

Экология

Ежегодно в мире появляются миллионы тонн отходов из стекла. Горы бутылок остаются после недобросовестных отдыхающих в парках, лесах, на берегах водоемов. Выброшенное стекло попадает на мусорные полигоны, захламляя тем самым окружающую среду, так как оно не перегнивает. И если посуда из пластика может разлагаться на протяжении нескольких десятилетий, то стекло без вмешательства человека на простейшие элементы разложиться не сможет никогда.

 

Но так как стекло является экологически чистым продуктом и производится из такого природного материала, как песок, то оно поддается 100% переработке. Это значит, что разбитое стекло можно расплавить и изготовить новое.

 

Разбитое стекло является ценным вторичным ресурсом, так как его можно переработать

без каких-либо отходов или побочных продуктов.

 

В чем же преимущество повторной переработки стекла?

• Во-первых, экономия энергии, так как при изготовлении стекла из стеклобоя уменьшаются энергетические затраты на 20-30%.

• Во-вторых, при такой переработке отсутствуют побочные продукты и не создаются дополнительные отходы.

• В-третьих, при использовании стеклобоя снижается объем вредных выбросов.

• В-четвертых, использование битого стекла позволяет экономить сырье. Так, например, каждая тонна вторсырья стекла экономит около 650 кг песка, 186 кг соды и около 200 кг известняка.

• В-пятых, благодаря переработке стекла снижается его поступление на полигоны, что позволяет сохранить тысячи гектаров земли.

 

На сегодняшний день очень остро стоит вопрос экологии нашей планеты. Каждый человек, не зависимо от места проживания, должен научится заботиться об окружающей среде и, отдыхая на природе, не забывать убирать за собой мусор и подавать положительный пример другим. Защита экологии должна стать нормой будничной жизни для каждого.

Искусство

Стекло служит человеку уже много веков, а процесс его создания все также таинственен, многообразен, привлекателен и загадочен. Оно защищает наши дома, украшает наш интерьер, создает уют и дает огромную свободу для творчества. Из стекла создают всевозможные предметы. И хотя работа со стеклом довольно сложная, но

результат стоит затраченных усилий.

В Монреальском музее изящных искусств благодаря новой инсталляции Utterly Вreathtaking американского художника и скульптора Дэйла Чихули, можно было увидеть огромные скульптуры цветов и растений, которые были выполненные из разноцветного стекла и украшены специальной подсветкой:

 

Распускающиеся кувшинки, бирюзовые камыши и другие работы художника позволили посетителям музея расширить представление о стекольном искусстве.

 

Оригинально смотрятся и стеклянные фигурки осьминога и ящерицы:

 

Стекло имеет много необычных и чудесных свойств. Его можно окрашивать в различные цвета, но в тоже время добиваться того, чтобы оно оставалось прозрачным изнутри.

 

Благодаря оригинальным стеклянным предметам можно украсить интерьер, придать ему стильности и неповторимости.

 

Подведение итогов урока:

Наименование

Содержание

1

Результаты кейс - урока можно дополнить такими находками учеников

 

2

Какие 3 сайта помогли найти важную информацию?

http://edufuture.biz/

http://www.slideshare.net/kasinoru/11-2012-80

http://www.samomudr.ru/d2/Reshebnik%20pod%20uchebnik%20Ximii%20-%20Gabrieljan,%20Bazovyj%20-11kl.%20.pdf

3

В помощь ученику и коучу:

http://edufuture.biz/

http://thekievtimes.ua/lifestyle/249902-steklyannaya-skazka-dejla-chixuli.html

http://kharkovsteklo.at.ua

4

Где брать информацию для кейса:

http://edufuture.biz/

http://ya-uznayu.ru/izobreteniya/iz-chego-delayut-steklo.html

https://ru.wikipedia.org/wiki/Стекло

http://mastter.ru/225-iz-chego-delajut-steklo.html

http://www.xumuk.ru/nekrasov/x-03.html

 

5

Локация проведения кейс - урока:

Кейс - урок проходит в классе. Возможно проведение в музее, библиотеке.

6

Соревновательность:

Команды мальчиков и девочек.

Счет составил:….

Задания для них:

1. Чтобы произошло, если бы в производство стекла не добавляли известь?

2. Как вы думаете, почему на стекле зимой появляются морозные рисунки?

3. Когда на Руси стали производить стекло?

4. Какую роль к производству стеклянных изделий имеет М.В.Ломоносов?

7

Домашнее задание:

Сформулировать по пять вопросов к материалу кейса (индивидуальное задание).

8

Продолжительность:

90 мин (спаренный урок)

 

9

Возможность схемы проведения с учеником-дублером

 

возможно

10

Полученные знания и наработанные компетенции:

 Знание о значении личности в исторических процессах.

Умение быстро найти необходимую информацию по теме.

Получение практических навыков применения полученной информации.

Получение конкретных знаний химия, физика, история и других разделов (приведены в развертках).

11

Теги:

 стекло, структура стекла, силикатное стекло, твердость, теплопроводимость, линза, кварцевый песок, сода, известь, обсидиан, переработка стекла.

12

Авторы:

 Паутинка Светлана Анатольевна

13

Принимали участие в апгрейде кейса:

 

 

 

The End

«Знання завжди повинні бути свіжими!»

Цікаві факти

Протягом життя у людини виділяється така кількість слини, що нею можна заповнити два басейни середнього розміру.

Знайшли помилку? Виділіть текст та натисніть Ctrl + Enter, ми будемо Вам дуже вдячні!

Знайшли помилку? Виділіть текст та натисніть Ctrl + Enter, ми будемо Вам дуже вдячні!