Загальна інформація
Застосування
Рис. 1: схема досліду
Артезіанська свердловина - це свердловина в западині нижче рівня ґрунтових вод, де вода перебуває під надлишковим тиском. Цей „гідравлічний потенціал“ такий великий, що вода сама, тобто без насосів, піднімається до поверхні землі або вище.
Артезіанські свердловини бурили ще за багато століть до нашої ери в Китаї, Північній Африці та Передній Азії. У Європі перша така свердловина стала відомою 1126 року в місцевості Артезія - області Артуа на півночі Франції, у департаменті Па-де-Кале, - і дістала назву від неї.
Артезіанські свердловини мають багато застосувань: постачання питної води, зрошення сільськогосподарських угідь, виробництво енергії та видобуток мінеральної води.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Учням потрібні попередні знання про артезіанські свердловини, а також знання про гідростатичний тиск.
Принцип
Треба продемонструвати принцип артезіанської свердловини.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
Цим дослідом учні мають опанувати основи артезіанської свердловини. Вони мають також зрозуміти, яку роль тут відіграє гідравлічний потенціал.
Завдання
Учням показують демонстрацію артезіанської свердловини. Учні мають спостерігати за водою, що витікає з "артезіанської свердловини".
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія
Артезіанська свердловина - це свердловина нижче рівня ґрунтових вод, з якої вода витікає сама. Артезіанські свердловини можливі лише в западинах рельєфу.
Найважливіша умова для артезіанської свердловини - напірні ґрунтові води під гідростатичним тиском. Якщо водоносний шар порід згори перекритий водонепроникним шаром і водночас великомасштабна геологічна будова водоносного горизонту дає змогу накопичитися гідростатичному тиску, артезіанська свердловина можлива. Коли пробурити або прокопати водоносний горизонт із напірними ґрунтовими водами, ґрунтова вода за принципом сполучених посудин піднімається у свердловині чи шахті щонайбільше до висоти вільної (ненапірної) поверхні ґрунтових вод у водоносному шарі. Якщо цей рівень лежить вище за поверхню землі біля свердловини, ґрунтова вода під тиском б'є з-під землі вгору.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Магнітна демонстраційна дошка PHYWE зі штативом, демо з фізики | 02150-00 | 1 |
| 2 | Масштабна лінійка для демонстраційної дошки | 02153-00 | 1 |
| 3 | Затискний тримач, d = 0..13 мм, на магнітному тримачі | 02151-07 | 1 |
| 4 | Лоток для зберігання, 413 x 120 x 100 мм | 47325-01 | 1 |
| 5 | Зливна посудина для демонстраційної дошки | 02158-00 | 1 |
| 6 | Мірний кухоль із ручкою, пластик (PP), 1000 мл | 36640-00 | 1 |
| 7 | Лабораторний стакан, пластик (PP), 100 мл | 36011-01 | 1 |
| 8 | Струбцина | 02014-01 | 2 |
Складання та виконання
Складання та виконання (1/2)
Рис. 2
- Постав зливну посудину біля верхнього краю демонстраційної дошки, надінь і затягни затискач для шланга безпосередньо перед скляною насадкою.
- Налий у посудину близько 1000 мл води і видави бульбашки повітря зі шланга.
- Постав лоток на стіл під дошкою.
- Установи затискний тримач із насадкою зливної посудини біля нижнього краю дошки і спрямуй насадку так, щоб вона стояла не зовсім вертикально.
Складання та виконання (2/2)
- Поклади масштабну лінійку на дошку на висоті рівня води (рис. 2).
- Відпусти затискач для шланга і спостерігай за водою, що витікає з "артезіанської свердловини".
- Під час досліду рівномірно доливай мірним кухлем воду в зливну посудину, щоб рівень води змінювався якомога менше.
Опрацювання результатів
Опрацювання результатів
Вода, що витікає з насадки, піднімається на висоту, нижчу за рівень води у зливній посудині.
Зливна посудина, трубка з насадкою і з'єднувальний шланг утворюють систему сполучених посудин. Якби не було тертя, вода, що витікає з насадки, мала б підніматися до висоти рівня води у зливній посудині.
Гідростатичний тиск води - причина того, що артезіанська свердловина працює; сили тертя - причина того, що фонтан не може дістати висоти рівня води.
Зауваження
Трубка з насадкою має стояти не зовсім вертикально тому, що інакше струмінь води падає сам на себе і піднімається нижче.
Перед дослідом варто додатково підкласти під лоток більший вбирний рушник, щоб зібрати бризки.
Якщо між двома водонепроникними шарами ґрунту може накопичуватися ґрунтова вода і ці шари утворюють улоговину, то після пробурювання верхнього шару в улоговині (у долині) вода може виходити з-під землі під тиском. Такі свердловини називають артезіанськими - за французьким графством Артуа, де, як засвідчують документи того часу, свердловини такого типу були вже у XII столітті.