科学项目
航天飞机陶瓷
研究问题:
- 什么是陶瓷?引用陶瓷材料的例子。
- 粘土是如何变成陶瓷的?
- 陶瓷有哪些非常有用的特性?
- 如何将一些有用的属性应用于有用的目的?
- 什么是陶瓷工程?
- 美国国家航空航天局是如何在航天飞机太空计划中利用陶瓷的有用特性的?
- 丰田是如何尝试在汽车制造中使用陶瓷工程的?
在信息层面,学生将熟悉半导体和陶瓷工程领域。粘土和其他泥土材料经过高温加工和烧制,就形成了我们称之为陶瓷的材料。至于陶瓷的例子,我们可以列出精美的瓷器,陶瓷雕像和陶器花盆。由于这些材料的特殊性能,如良好的绝缘体,耐水和能够承受高温,在陶瓷工程领域已经开发了许多用途。具体来说,陶瓷具有耐热性,可以用于许多金属和聚合物等材料不适合的任务。
今天,陶瓷材料被用于采矿、航空航天、医药、食品和化学工业。航天飞机使用高科技陶瓷材料,以承受航天飞机重新进入大气层时由于摩擦引起的极端温度变化。目前,人们使用的是陶瓷砖,而建造陶瓷发动机的研究仍在继续。我们认识到,考虑到我们对化石燃料的有限使用,用陶瓷部件取代汽车的许多金属部件将是明智的,从而提高燃料效率。简而言之,许多学生对陶瓷工程感兴趣,并可能将其作为未来的职业选择。
在流程层面上,这个项目以扶手椅研究为中心,次要强调实验。实验部分重点比较了陶瓷磁体和铁磁体的磁性,以展示陶瓷非常有用和令人惊讶的超级导电性能。参考书目中提到并引用了冷却一个小磁铁,坐在一个装有液氮的黑色金属圆盘上,看着磁铁飞到空中,旋转啊旋转。处理液氮是危险的,必须由老师操作。
这里提供的具体实验是安全的。不过,请戴上护目镜、围裙和手套。学生使用科学方法,并准备一份报告,说明所述方法的使用。在这种情况下,可以拍摄过程的照片。它们很有趣,可以作为一种戏剧性的展示。
材料:
- 大型陶瓷马蹄铁磁铁
- 与陶瓷磁铁尺寸相同的大铁马蹄形磁铁
- 铁屑
- 一盒大回形针
- 相机
陶瓷磁铁可以从Radio Shack或xUmp Science Supplies购买。
实验过程:
- 收集你做这个实验需要的所有材料。其中包括一个大的陶瓷马蹄铁磁铁,一个相同大小的铁马蹄铁磁铁,铁屑,一盒大回形针和一个相机。
- 复制以下提供的数据图表,以便随时记录数据。准备好你的相机,用每个磁铁、铁屑和大回形针拍摄结果。
- 戴上护目镜,围裙和手套。首先,把普通的铁磁铁浸入铁屑中。把结果拍下来。在你的数据图表上记录你观察到的情况。
- 现在,去除碎屑,按照步骤3,但这次使用陶瓷磁铁。拍张照片,把你的观察记录在你的图表上。
- 这次用你的铁磁铁,看看你能捡起多少个大回形针。拍张照片,把你的观察记录在你的图表上。
- 使用陶瓷磁铁重复步骤5。拍照并在图表中记录观察结果。
- 清理锉屑和夹子。不要用手碰脸和眼睛。铁屑很容易移动。
- 写下你的结论并完成你的报告。一定要包括对研究问题的所有回答。不要忘记你的参考书目。
数据图表
磁铁类型 |
铁屑数量 |
回形针数目 |
照片 |
陶瓷 |
|||
铁 |
术语和概念:
- 陶瓷
- 玻璃陶瓷
- 半导体
- 超导体
引用:
- DiSpezio, M., Skoog G., Science Insights, Scott Foresman -Addson Wesley, Menlo Park, Ca, 1999
- http://www.stevespanglerscience.com/experiment/superconductors-the-floating-magnet
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