Из чего состоит грифель простого карандаша: Непростые характеристики простого карандаша

Содержание

Исследование физических свойств простого карандаша

Авторы
Руководители
Файлы работы
Наградные документы

Мельникова З.В. 1

1Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №154 г. Челябинска»

Быкова И.В. 1

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Вам приходилось когда-нибудь сравнивать себя с простым карандашом? Это получилось очень тонко и верно у бразильского прозаика и поэта Пауло Коэльо в книге «Подобно реке…». Бабушка беседует с внуком и дает ему советы. Вот некоторые из них:

Чтобы писать, мне приходится время от времени затачивать карандаш. Эта операция немного болезненна для него, но зато после этого карандаш пишет более тонко. Следовательно, умей терпеть боль, помня, что она облагораживает тебя.

Если пользоваться карандашом, всегда можно стереть резинкой то, что считаешь ошибочным. Запомни, что исправлять себя — не всегда плохо. Часто это единственный способ удержаться на верном пути.

В карандаше значение имеет не дерево, из которого он сделан, и не его форма, а графит, находящийся внутри. Поэтому всегда думай о том, что происходит внутри тебя.

Карандаш всегда оставляет за собой след. Так же и ты оставляешь после себя следы своими поступками, и поэтому обдумывай каждый свой шаг[3].

Прочтение этой книги вызвало у меня желание узнать больше интересных фактов о простом карандаше.

Да и графит, который входит в состав грифеля простого карандаша, является основой для производства графена – перспективного материала как основы наноэлектроники. Поэтому изучение физических свойств простого карандаша является актуальным.

Объект исследования: простой карандаш и материал для его изготовления – графит.

Предмет исследования: физические свойства графита, который входит в состав карандаша.

Цель работы: раскрыть свойства и возможности простого карандаша, исследовать физические свойства грифелей простых карандашей.

Задачи: изучить различные источники информации о карандашах; изучить виды, свойства карандаша и материала – графита.

Гипотеза: стержень простого карандаша обладает многими замечательными свойствами, которые имеют большое значение в промышленности, повседневной жизни, нанотехнологиях: можно рисовать под водой, на морозе, проводит электрический ток, не электризуется.

Методы: работа с научной литературой, наблюдение, эксперимент, анализ результатов эксперимента.

Для выполнения работы использованы приборы и материалы: вольтметр учебный с пределом измерений 6В, батарейки 2х1,5 В, соединительные провода, простые карандаши разной твердости, рычажные весы с разновесами, штангенциркуль, динамометр, штатив, электрометр, лоскуты шелковой, шерстяной ткани.

Новизна и практическая значимость работы заключается в следующем: подобраны экспериментальные задачи, которые формируют метапредметные умения и навыки; теоретические положения и результаты экспериментальной работы, проделанной мной, могут быть взяты за основу при разработке курса внеурочной деятельности или элективного курса.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Происхождение современного карандаша

В «Толковом словаре русского языка» Д. Н. Ушакова про карандаш написано так: «Карандаш – это тонкая палочка графита, сухой краски и т. п., обычно вделанная в дерево, для письма, черчения и рисования» [6].

С начала XIII века, история карандаша знает «серебряный карандаш», которым художники пользовались при рисовании. Он представлял собой тонкую серебряную проволоку, припаянную к ручке. Этот карандаш имел свои характерные особенности – написанное им нельзя было стереть, а его штрихи серого цвета, через некоторое время, приобретали коричневый оттенок.

История карандаша знает и «свинцовый карандаш», который часто использовался для наброска портрета потому, что он давал четкий, но едва заметный штрих.

Карандаш под названием «итальянский» стал известен в XIV веке. Его стержень был изготовлен из глинистого чёрного сланца. Чуть позже, его стали изготавливать другим способом — порошок жжёной кости скрепляли растительным клеем. «Итальянский карандаш» давал интенсивные и насыщенные линии.

Что интересно, в наше время иногда применяются художниками такие карандаши, для придания рисунку определённого эффекта. Первый документ, упоминающий о деревянном карандаше, датируется 1683 годом. А в 1719 году, в Германии, началось производство графитных карандашей. Путем смешивания графита с серой и клеем, немцы получали стержень не очень высокого качества, но его цена была не высокой.

История карандаша говорит, что изобретателями современного карандаша, независимо друг от друга, стали венский мастер Йозеф Хардмут и французский ученый Никола Жак Конте.

В 1790 году, смешав три компонента: пыль графита, глину и воду, Йозеф Хардмут получил смесь, которую обжог в печи. Изменяя в составе количество глины, он получал материал разной твердости. Подобным образом, получил стержень из пыли графита Никола Жак Конте в 1795 году. Он разработал технологию, по которой графит смешивался с глиной, и получался материал для производства качественного стержня. При помощи высоких температур достигалась высокая прочность, а различная твердость стержней достигалась изменением пропорций графита и глины.

Шестигранную форму карандаша придумал граф Лотар фон Фаберкастлв XIX веке, когда заметил, что карандаш круглой формы часто скатывается с наклонных поверхностей.

Механический карандаш был придуман в 1869 году американцем Алонсо Таунсенда Кроссом. Он заметил, что затачивая карандаш, мы попросту отправляем его две трети в отходы – это и натолкнуло его на мысль создать «безотходный» металлический карандаш. Такой карандаш состоял из металлической трубки и графитного стержня, который, по необходимости, выдвигался на нужную длину [4].

Свойства графита

Графит — аллотропная модификация углерода, наиболее устойчивая при обычных условиях. Графит — распространенный в природе минерал. Встречается обычно в виде отдельных чешуек, пластинок и скоплений, разных по величине и содержанию графита.

Свойства графита хорошо изучены и находят широкое применение. Образуется графит в результате вулканической деятельности при высоких температурах, поэтому и находят его в природе в магматических горных породах, где содержание кристаллического графита может доходить до 50%. Крупное графитовое месторождение находится в Тунгусском каменноугольном бассейне, образовавшееся в результате высокотемпературного воздействия на уголь – так называемая скрытокристаллическая форма графита, содержание которого лежит в пределах от 60 до 80%.

Цвет графита варьирует от железо-черного до стального серого с характерным металлическим блеском. На ощупь минерал жирный, скользкий, пачкает пальцы и бумагу, при механическом воздействии расслаивается на отдельные чешуйчатые частицы. Именно это свойство графита позволяет применять его в карандашах.

По сравнению с алмазом графит обладает меньшей твердостью и плотностью, а также графит электропроводен.

Его теплопроводность зависит от степени нагрева. Графит обладает чрезвычайной огнеупорностью, его температура сгорания — 38500С. Графит не плавится, а возгоняется при температуре 3500⁰С, т.е. из твердого состояния переходит в газообразное, минуя жидкое состояние.

Применение графита

Он также служит для изготовления электродов и нагревательных элементов электрических печей, скользящих контактов для электрических машин, анодов и сеток в ртутных выпрямителях, самосмазывающихся подшипников и колец электромашин, вкладышей для подшипников скольжения, втулок для поршневых штоков, уплотнительных колец для насосов и компрессоров, как смазка для нагретых частей машин и установок.

Даже в атомной энергетике замечательные свойства графита находят свое применение, в первую очередь, это его способность замедлять нейтроны в реакторах.

После облучения графита нейтронами его физические свойства изменяются: удельное электрическое сопротивление увеличивается, а прочность, твердость, теплопроводность уменьшаются на порядок. После отжига при 1000-2000°С свойства восстанавливаются до прежних значений.

В ракетостроении сопла ракетных двигателей и многие элементы теплозащиты также производятся с применением графита.

Его используют в химическом машиностроении – для изготовления теплообменников, трубопроводов, запорной арматуры, деталей центробежных насосов и для работы с активными средами. Графит используют также как наполнитель пластмасс, компонент составов для изготовления стержней для карандашей, при получении алмазов.

Перспективы использования графита. Графен.

Еще несколько десятилетий назад, заинтересовавшись особой структурой графита, ученые задумались о том, какими свойствами мог бы обладать тончайший — отдельный — его слой. Этот гипотетический слой и получил название «графен». Графен – ультратонкий, механически очень прочный, прозрачный, гибкий и электропроводящий материал.

Теплопроводность графена в 10 раз выше, чем у меди. Доля поглощенного света в широком интервале не зависит от длины волны.

За создание графена выходцам из России Константину Новоселову и Андрею Гейму была присуждена Нобелевская премия 2010 года по физике.
Он-то как раз не так уж и экзотичен. На любом письменном столе, если хорошенько поскрести, отыщется немножко графена. Точнее говоря, если взять в руки лежащий на столе карандаш и поскрести его графитовый грифель, то в отслоившихся чешуйках графита непременно найдутся тончайшие графеновые пленки. Они настолько тонки, что, сложив в стопку три миллиона таких пленок, мы получим слой графита толщиной в миллиметр.

Сам графит по своей структуре — это множество таких пленок, сложенных одна на другую. Каждая пленка состоит из бессчетных атомов углерода, расположенных в виде правильных шестиугольников. Соединяясь друг с другом, эти шестиугольники образуют кристаллическую решетку. Подобная структура обуславливает необычные свойства графита. Например, он проводит электрический ток в одном направлении – параллельно пленкам, и не пропускает в другом — перпендикулярно им [7].

Практическая часть

Эксперимент № 1. Изучение механических свойств грифеля при различной температуре.

Мы решили проверить, будет ли простой карандаш писать при низкой температуре. Для этого в морозильную камеру (где температура -18˚С) положили на 1 час простой карандаш, предварительно сделав рисунок. Когда мы достали из камеры холодильника простой карандаш, он оставлял на бумаге след, но чуть светлее, чем до испытания.

В кристаллической решетке графита атомы углерода располагаются в виде параллельных плоских слоев, которые относительно далеко находятся друг от друга, при этом атомы углерода в каждой плоскости имеют прочные межатомные связи. Поэтому связь между слоями значительно слабее, чем внутри слоя, и под воздействием внешних сил происходит скольжение – смещение одних слоев относительно других. Но при низкой температуре, расстояние между атомами сокращается, межмолекулярное притяжение увеличивается, слои решетки становятся ближе друг к другу, поэтому слои не так легко отрываются друг от друга, и карандаш пишет чуть светлее, чем при комнатной температуре [1].

Эксперимент № 2. Изучение механических свойств грифеля простого карандаша под водой.

В ёмкость с водой мы опустили кусок фанеры и в воде попробовали написать на нем простым карандашом. Когда мы вытащили из воды мокрый лист фанеры, то на нём хорошо видна надпись, которая была четкая и не растекалась.

Графит – твёрдое вещество, притяжение между частицами большое, а диффузия между твёрдым и жидким веществами проходит с небольшой скоростью. Поэтому молекулы воды не смогли разрушить кристаллическую решётку графита.

Эксперимент № 3. Определение плотности грифеля простого карандаша.

Масса грифеля, г	Длина грифеля, см	Диаметр сечения, см	Площадь сечения, см²	Объем грифеля, см³	Плотность грифеля, г/см³
0,2000	5,5	0,1500	0,0177	0,0974	2,0534

Отделили грифель простого карандаша от деревянной оболочки. Форму грифеля считаем цилиндрической. Массу грифеля определяем с помощью рычажных весов, длину грифеля с помощью линейки, а его толщину определяем с помощью штангенциркуля. По результатам эксперимента плотность грифеля равна 2,0534 г/см3. Из справочника: плотность графита 2,10 – 2,52 г/см³ [2].

Эксперимент № 4. Изучение электропроводности простого карандаша.

Собрали установку, состоящую из источника постоянного тока (батарейки), вольтметра, соединительных проводов, простого карандаша. В ходе выполнения работы использовались различные по твердости-мягкости простые карандаши.

№ п/п	Вид карандаша	Диаметр карандаша, см	Длина карандаша, см	Напряжение, В
	М	0,6	18	1,6
	2М	0,6	18	2,4
	ТМ	0,6	18	1,6
	2Т	0,6	18	1,4
	Т	0,6	18	1,2
	ТМ	0,6	8,7	1,8
	ТМ	0,8	18	2,6
	ТМ	0,8	14	2,8
	Цветной карандаш	0,6	18	0

Графит является проводником электрического тока, напряжение в цепи меняется в зависимости от длины и площади сечения грифеля: чем короче грифель, тем напряжение больше, и наоборот, чем грифель длиннее – тем напряжение меньше. Если площадь сечения больше, то и напряжение больше, значит, грифель является сопротивлением. Чем мягче карандаш, тем больше напряжение на участке цепи, содержащем карандаш. Грифель цветного карандаша не проводит электрический ток, так как в грифеле цветного карандаша графита нет, он выполнен из смеси белой глины и пигментов, или красителей.

При исследовании электрических свойств грифеля простого карандаша необходимо соблюдать элементарные правила техники безопасности:

— измерения проводить сухими руками;

— источник тока электрической цепи подключать в последнюю очередь;

— не включать собранную цепь без проверки и разрешения учителя;

— не касаться руками мест соединений;

— не использовать провода с нарушенной изоляцией;

— не допускать предельных нагрузок измерительных приборов.

Эксперимент № 5. Определение сопротивления грифеля механическим нагрузкам.

Измеряем длину грифеля – 5 см. Закрепляем его в лапке штатива и подвешиваем к его концу динамометр. Грифель сломался при нагрузке 2,4 Н.

Предел прочности грифеля составляет: σ = F/S; σ = 2,4 Н / 0,00000177 м²= 1355930 Па

Эксперимент № 6. Исследование электризации грифеля простого карандаша.

Для того, чтобы проверить электризуется грифель простого карандаша или нет, мы взяли различные материалы: шёлк, шерсть, бумагу. Мы натерли грифель шелком и поднесли к электроскопу. На приборе стрелка не отклонилась, следовательно грифель не электризуется при натирании шелком. Затем опыт повторили с лоскутом шерстяной ткани и бумаги. Грифель не наэлектризовался.

Грифель простого карандаша не является проводником.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных экспериментов я выяснила:

— простой карандаш пишет при низкой температуре чуть светлее, чем при комнатной температуре;

— грифель простого карандаша не электризуется;

— грифель простого карандаша пишет под водой;

— грифель простого карандаша проводит электрический ток; напряжение в цепи меняется в зависимости от длины и площади сечения грифеля;

— плотность грифеля простого карандаша 2,05 г/см³;

— предел прочности грифеля простого карандаша 1355930 Па

В ходе изучения литературы по данной теме и выполнения экспериментов моя гипотеза полностью подтвердилась: грифель простого карандаша обладает многими замечательными свойствами, которые имеют большое значение в промышленности, повседневной жизни, нанотехнологиях: можно рисовать под водой, на морозе, проводит электрический ток, не электризуется.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

Бокштейн, Б.С., Бокштейн С.3., Жуховицкий А.А. Термодинамика и диффузия в твердых телах / Б.С. Бокштейн, С.З. Бокштейн, А.А. Жуховицкий – М.: Металлургия, 1974.

Енохович, А.С. Справочник по физике / А.С. Енохович. – М.: Просвещение, 1978.

Коэльо, П. Подобно реке… / П. Коэльо. – Клуб семейного досуга, 2014.

Осипенко, В. И. История карандаша / В.И. Осипенко // Юный художник. – 2005. — № 2. — С. 12-14.

Перышкин, А.В. Учебное пособие. Физика 7 / А.В. Перышкин. – М.: Просвещение, 2017.

Ушаков, Д.Н. Большой толковый словарь современного русского языка: 180000 слов и словосочетаний / Д. Н. Ушаков. – М.: Альта-Принт, 2008.

Графен. [Электронный ресурс]. Статья. URL: //hi-news.ru/tag/grafen

Просмотров работы: 3046

Исследовательская работа, «Карандаш так ли он прост»

Муниципальный конкурс исследовательских и реферативных работ

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Бардымская средняя общеобразовательная школа № 2

Бардымского муниципального района Пермского края

Естественнонаучное направление: физика

Автор: Максиев Арсен,

учащийся 8Б класса

Руководитель: Халитова Г. Ф.,

учитель физики, МБОУ «Бардымская СОШ №»

Барда, 2020

Оглавление

Введение——————————————————————————————-3

1. Основная часть——————————————————————————-5

2. Поисковая часть ——————————————————————————9

Заключение—————————————————————————————12

Список использованной литературы——————————————————13

Приложения ————————————————————————————-14

“Знаешь почему у карандаша есть ластик?

Потому что каждый имеет право на ошибку. ”

Введение

Простой карандаш. Вот он лежит перед нами на столе. В нём нет ничего необычного или непостижимого, но, тем не менее, без него в повседневной жизни не обойтись. Он нужен всем и всегда, им можно писать, штриховать, обводить, линовать, рисовать, а главное – с ним можно проводить эксперименты!

В основе карандаша лежит графит. Графит является основой для производства графена — перспективного материала как основы наноэлектроники. И электрические свойства графита являются очень даже актуальной темой для изучения.

Актуальность:

Однажды на досуге, когда мне стало скучно, я решил посмотреть какие-нибудь интересные ролики на всем известном “YouTube”. Во время просмотра я наткнулся на один интересный ролик, он назывался “Так ли прост простой карандаш? ” В этом видеоролике автор показывал различные опыты, которые можно проделать с обыкновенным простым карандашом. Самыми интересными мне показались опыты с грифелем карандаша в качестве проводника электричества.

И, конечно же, я решил проверить, действительно ли грифель карандаша можно использовать в качестве проводника электрического тока.

Цели работы: исследовать свойства грифеля простого карандаша.

Объект исследования: грифель простого карандаша (графит).

Предмет исследования: физические и химические свойства графита, который входит в состав карандаша.

Задачи исследования:

— научиться работать с научной литературой, отбирать, анализировать, систематизировать информацию;

-научиться правильно пользоваться мультиметром;

— исследовать свойства грифеля простого карандаша;

— собрать электрическую цепь, в которой присутствует грифель простого карандаша;

— найти практическое применение графиту в работах с электричеством.

Гипотеза:

Графит является проводником электрического тока и может заменить некоторые части самой электрической цепи.

Методы исследования:

1. Теоретическое изучение информации.

2. Практические:

наблюдение,
опыты,
анализ.

1. Основная часть

История простого карандаша

Далеким предком карандаша можно считатьголовешку из костра, которой первобытный человек делал рисунки на стенах пещер.

В XII веке накопленные знания и умения позволили изобрести специальные инструменты для рисования или письма – тонкие свинцовые и серебряные палочки. Чтобы они не пачкали руки, их помещали в специальные деревянные держатели. Писать такими инструментами было тяжело, так как нельзя было исправить уже сделанное, да и линии выходили не особо четкими. Первые карандаши оставляли на бумаге темно-серый или коричневый цвет.

Наиболее близок современному карандашу инструмент для письма, который начали изготавливать в Англии. В начале 1500 годов в Англии были обнаружены залежи графита – «черного мела». Сначала его использовали пастухи для пометки овец. Про полезные свойства графита скоро узнали предприниматели, и началось изготовление карандашей.

Первый карандаш представлял собой графитовую палочку, которую точили вручную. При письме, чтобы графит не пачкал руки, его обертывали бумагой или зажимали между двух деревянных дощечек.

Графит был редок и потому дорог. Английская королева издала специальный закон, разрешающий добычу графита в течение не более 45 дней в году, чтобы не выработать месторождение и оставить редкий элемент потомкам.

Немецкий графитовый карандаш значительно уступал английскому, поскольку залежей графита в Германии не было и стержень изготавливали из смеси графитового порошка и серы.

Первое документальное описание карандаша датируется 1565 годом. В трактате, изданном в Цюрихе, карандаш описан как предмет, состоящий из деревянной трубочки, куда вставлен графитовый стержень.

Серийное производство карандашей начал француз Никола Жак Конте. Ему удалось подобрать такое сочетание глины, графитового порошка, сажи и воды, чтобы получать стержни из искусственного графита. Приготовленный раствор заливался в деревянные формы, из которых затем выпаривали воду. Количество добавленной в раствор глины определяло степень твердости графитового стержня. Уже тогда различались мягкие, твердые и твердо-мягкие карандаши [3].

Изготовление каждого карандаша осуществлялось вручную и длилось до пяти дней. Поэтому первые карандаши были очень дороги.

В России карандаши появились только в XVIII веке при Петре Первом. Их привозили купцы из разных стран. В России производство карандашей наладил Михаил Васильевич Ломоносов. Именно он ввел в мировой обиход термин «гросс» — дюжина дюжин, что являлось нормой выработки для одного мастера и одного подмастерья. И сейчас во всем мире производители исчисляют свою продукцию в гроссах.

Появление карандаша по достоинству оценили современники. Надо сказать, это был настоящий прорыв. Карандаши позволяли делать записи и наброски в любом месте и положении, тогда как чернила и тушь требовали горизонтальной

поверхности, а также немалой аккуратности. Именно с появлением грифеля в деревянной «рубахе» стало возможным моментально что-то зафиксировать, или как говорят «взять на карандаш».

За время истории существования карандаша постоянно совершенствовалась и его оболочка. Так, чтобы он не скатывался со стола, форму его сделали шестигранной. Потом в верхний конец поместили ластик. После изобретения пластмассы нашлась достойная замена древесине. А создание механического карандаша в металлической оболочке довершило его облик.

Простой (графитовый) карандаш — это наиболее распространенные типы карандашей, которые заключены в дерево. Они сделаны из смеси глины и графита, и их темнота варьируется от светло-серого до черного. Их состав позволяет делать самые гладкие штрихи.

Простой карандаш состоит из графита- минерал из класса самородных элементов, одна из аллотропных модификаций углерода. Структура слоистая. Слои кристаллической решётки могут по-разному располагаться относительно друг друга.Слои слабоволнистые, почти плоские, состоят из шестиугольных слоёв атомов углерода. Кристаллы пластинчатые, чешуйчатые. Свойства графита хорошо изучены и находят широкое применение. Образуется графит в результате вулканической деятельности при высоких температурах, поэтому и находят его в природе в магматических горных породах, где содержание кристаллического графита может доходить до 50%. Крупное графитовое месторождение находится в Тунгусском каменноугольном бассейне, образовавшееся в результате высокотемпературного воздействия на уголь – так называемая скрытокристаллическая форма графита, содержание которого лежит в пределах от 60 до 80%.

Физические свойства графита

Хорошо проводит электрический ток. Обладает низкой твердостью. Относительно мягкий. После воздействия высоких температур становится немного более твёрдым и очень хрупким. Плотность 2,08—2,23 г/см3. Цвет тёмно-серый, блеск металлический. Неплавкий, устойчив при нагревании в отсутствие воздуха. Жирный (скользкий) на ощупь. Природный графит содержит 10—12 % примесей глин и окислов железа. При трении расслаивается на отдельные чешуйки (это свойство используется в карандашах).

Карандаши различаются по твёрдости грифеля, которая, как правило, указана на карандаше и обозначается буквами М (или B — от англ. blackness (букв. чернота) — мягкий и Т (или H — от англ. hardness (твёрдость) — твёрдый. Стандартный (твёрдо-мягкий) карандаш обозначается сочетаниями ТМ или HB. Буква F (от англ. finepoint (тонкость) – это средний тон между НВ и Н.

Интересные примочки
Многие карандаши сегодня снабжаются ластиком на конце, точилкой на колпачке, колпачком из ластика, колпачком с игрушкой и т. д. Но, как известно, все дополнительные элементы удорожают товар, а значит, делают его менее популярным.
Кроме того, стоит оговориться, что ластиками снабжаются только карандаши массового потребления, как правило, степени твердости HB. Поскольку для разных степеней твердости ластики должны быть различны. Кроме того, ластиком на конце карандаша особенно долго не постираешь: он заканчивается гораздо быстрее, чем карандаш, иногда выпадает.
Одна из модных новинок в сегменте простых карандашей в деревянном корпусе – это эргономичная грип-зона. Особую популярность она приобрела с выведением на рынок серебристого карандаша компании Faber-Castell – Grip 2001, получившего четыре награды за дизайн и одну как продукт года. На грип-зону (зону захвата) этого карандаша по специальной запатентованной технологии наносятся шашечки из краски, которые не позволяют пишущему инструменту скользить в руке.

Применение графита

Техническое применение минерала чрезвычайно разнообразно и обусловлено свойствами графита, главным образом его огнеупорностью и электропроводностью. Так, в металлургии графит используется для производства тугоплавких тиглей, чехлов для термопар, емкостей для кристаллизации. В литейном производстве графитовый порошок используется в качестве антипригарной присыпки, а также для смазывания литейных форм. Он также служит для изготовления электродов и нагревательных элементов электрических печей, скользящих контактов для электрических машин, анодов и сеток в ртутных выпрямителях, самосмазывающихся подшипников и колец электромашин, вкладышей для подшипников скольжения, втулок для поршневых штоков, уплотнительных колец для насосов и компрессоров, как смазка для нагретых частей машин и установок.

Даже в атомной энергетике замечательные свойства графита находят свое применение, в первую очередь, это его способность замедлять электроны в реакторах. После облучения графита нейтронами его физические свойства изменяются: удельное электрическое сопротивление увеличивается, а прочность, твердость, теплопроводность уменьшаются на порядок. После отжига при 1000-2000 °С свойства восстанавливаются до прежних значений.

Его используют в химическом машиностроении — для изготовления теплообменников, трубопроводов, запорной арматуры, деталей центробежных насосов и для работы с активными средами. Графит используют также как наполнитель пластмасс, компонент составов для изготовления стержней для карандашей, при получении алмазов.

Свойство графита проводить электрический ток используется давно, например, в электродвигателях используются графитовые щетки. Грифель современного карандаша имеет малое сопротивление и через него может проходить ток достаточный для свечения лампочки.

Простейший резистор можно изготовить самому. Возьмем бумагу и простой карандаш, желательно с мягким грифелем. Нарисуем прямоугольник и равномерно закрасим его карандашом- резистор готов.

2. Поисковая часть

Опыт №1 «Изучение твёрдости простых карандашей»

Я взял три карандаша различной твёрдости М, 2М, ТМ. Начертил каждым линию, а затем стёр линии ластиком. Лучше всех стирается карандаш 2Т, а хуже всех – карандаш 2М(мягкий), так как он глубже проникает в волокна бумаги из-за своей мягкости.

Вывод: грифель карандаша — это специально обработанная смесь графита, глины, воска. Твёрдость грифелю обеспечивает глина. Когда мы рисуем, происходит расслоение кристаллической решётки графита и его атомы ложатся на поверхность шестиугольными плоскостями, чем больше в стержне графита, тем мягче грифель карандаша. В самих слоях атомы находятся близко друг к другу и поэтому очень тесно связаны. А вот между слоями расстояние больше, и держатся они друг за дружку не так сильно. Поэтому, когда проведешь карандашом по бумаге, слои легко отрываются и остаются на листе. Стереть карандаш резиновым ластиком легко потому, что при механическом воздействии (трении) возникают силы взаимодействия между молекулами резины и графита и, в то же время, разрываются силы, сцепляющие частички графита. В результате ластик просто-напросто вытаскивает молекулы графита из бумаги (приложение рис. 4).

Опыт №2 «Исследование зависимости электрической проводимости грифеля от его мягкости».

Я собрал цепь состоящую из амперметра, вольтметра, источника тока, карандаша и нескольких проводов.

В данную цепь я подключил 5 простых карандашей разной твердости, затем измерил их напряжение и силу тока. Зная напряжение и силу тока нашел сопротивление.

Вывод:

Сила тока в грифеле карандаша зависит от мягкости карандаша. Карандаши которые были тверже обладали меньшей силой тока, т.к чем карандаш тверже, тем сильнее сопротивление в нем. Мягкие же карандаши имели хорошию силу тока, т.к их грифель был мягким(приложение таблица 1)

Опыт №3 «Исследование зависимости сопротивления грифеля от длины»

Я решил проверить, как зависит сопротивление грифеля карандаша от его длины.

Я измерил сопротивление грифелей разной длины с помощью мультиметра.

Вывод:чем больше длина грифеля, тем больше сопротивление(таблица 2 ).

Опыт №4 «Простой карандаш в воде»

В ёмкость с водой я опустил деревянный брусок и в воде попробовал написать на нем простым карандашом.

Когда я вытащил из воды мокрый брусок, то на нём четко была видна надпись, и не растекалась. Это свойство простого карандаша используют дайверы.

Вывод: графит – твёрдое вещество, притяжение между частицами большое, а диффузия между твёрдым и жидким веществами проходит с меньшей скоростью, чем между частицами пары жидкость (чернила фломастера) –жидкость (вода). Поэтому молекулы воды не смогли разрушить кристаллическую решётку графита (приложение рис.5).

Опыт №5«Пишущие способности карандаша при низких температурах»

Я решил проверить, будет ли простой карандаш писать при низкой температуре. Для этого в морозильную камеру (где температура -20˚С) положил на 1 час простые карандаши. Когда я достал из камеры холодильника простые карандаши, они оставляли на бумаге ровный след, но чуть светлее, чем до испытания.

Вывод: в кристаллической решетке графита атомы углерода располагаются в виде параллельных плоских слоев, которые относительно далеко находятся друг от друга, при этом атомы углерода в каждой плоскости имеют прочные межатомные связи. Поэтому связь между слоями значительно слабее, чем внутри слоя, и под воздействием внешних сил происходит скольжение — смещение одних слоев относительно других. Но при низкой температуре, расстояние между атомами сокращается, межмолекулярное притяжение увеличивается, слои решетки становятся ближе друг к другу, поэтому слои не так легко отрываются друг от друга, и карандаш пишет чуть светлее, чем при комнатной температуре.

Опыт № 6 «Изготовление грифельной лампочки»

Я захотел проверить, можно ли сделать грифельную лампочку?

Я взял две толстые медные проволоки, закрепил на концах тонкий грифель (TM). Другие концы пропустил через пластмассовую крышку и соединил проводами с источником тока. Закрыл этой крышкой стеклянный сосуд, пустил ток по проводам. Грифель стал накаляться и вначале задымился, а потом раскалился докрасна и стал светиться. К сожалению, мы не смогли откачать воздух из сосуда, поэтому грифель очень быстро перегорел.

Вывод: лампочку из грифеля сделать можно. Чем короче мы используем грифель, тем быстрее он накаляется и ярче горит. Но, к сожалению, такая лампочка не может гореть так долго, как обычная (приложение рис.6)

Опыт №7«Изучение электропроводности грифеля простого карандаша»

Я собрал электрическую цепь для того, чтобы выяснить, проводит ли грифель простого карандаша электрический ток. Последовательно соединил батарейку, ключ, лампочку, карандаш. Лампочка загорелась. Значит, грифель проводит электрический ток (приложение рис.7).

Вывод: грифель простого карандаша проводит электрический ток и им можно заменять некоторые части цепи, при резкой необходимости и редких случаях.

Заключение

В ходе проведения опытов я выяснил:

— диффузия между твёрдым и жидким веществами проходит с меньшей скоростью, поэтому молекулы воды не смогли разрушить кристаллическую решётку графита. Грифель простого карандаша пишет под водой;

— низкие температуры не влияют на пишущие способности карандаша;

— грифель простого карандаша проводит электрический ток;

— электрическое сопротивление карандаша зависит от его длины и мягкости;

— грифель простого карандаша можно использовать в качестве резистора в электрической цепи.

Я полностью смог подтвердить то, что простой карандаш не так уж и прост. Стержень простого карандаша обладает многими замечательными свойствами: можно рисовать под водой, на морозе, в космосе, а также графит, который входит в состав простого карандаша имеет большое значение в промышленности, повседневной жизни, нанотехнологиях.

Даже в современном мире, охваченном компьютеризацией, карандаш всегда под рукой у каждого человека любой профессии.

Список литературы

1. История мировой культуры. Справочник школьника. – М., 1996 г., 608 с.

2. Осипенко В. История карандаша.// «Юный художник».

3. Филонов М. Возьмите в руки карандаш.// Книжное обозрение. – 1998. – 23 июня. – с.4

4. Я познаю мир. История вещей. – М., «Издательство АСТ», 1998 г. –512 с.

5. Я познаю мир. Культура – М., «Издательство АСТ», 1995 г

Интернет – ресурсы

6. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D0%B0%D1%88

7. https://www.hudozhnik.online/blog/karandashi

8. http://www.modificator.ru/terms/graph.html

9. http://xn—-dtbjalal8asil4g8c.xn--p1ai/kantstovaryi/istoriya-karandasha.html

Приложения

Рисунок 1. Простой карандаш.

Рисунок 2. Грифель простого карандаша Рисунок 3. Графит

Рисунок 4. Изучение твёрдости простых карандашей

Рисунок 5а, 5б. Надпись сделана простым карандашом на дереве под водой

Рисунок 6а, 6б. Изготовление грифельной лампочки

Рисунок 7. Изучение электропроводности грифеля простого карандаша

Таблица 1

Исследование зависимости электрической проводимости и грифеля от его мягкости

Название карандаша (мягкость)	Длина карандаша (мм)	Сила тока, I (А)	Напряжение, U (В)	Сопротивление грифеля, R (Ом)
2H	175	0,10	8	80
H	175	0,15	7,76	51,7
HB	175	0,6	7,5	12,5
B	175	0,25	3,5	14
2B	175	0,35	3	8

Таблица 2

Исследование зависимости сопротивления и грифеля от длины

Длина грифеля, мм	Электрическое сопротивление R, Ом
40	115
30	80
20	70
10	60
7	40

Марки и твердость свинца – что вам нужно знать

На карандашах обычно есть буквы и цифры – HB, 2B, 4H, или даже просто цифры – 2, 2 ½ и т. д. маленькие коды на самом деле означают .

Грифель карандаша изготовлен из смеси графита и глины. Графит — это та часть, которая оставляет темный след на бумаге. Глина здесь потому, что графит сам по себе слишком мягкий и рассыпчатый, чтобы им писать или рисовать. Тонкие грифели для механических карандашей аналогичны, но вместо глины используется полимер или смола.

Деревянные грифели также покрыты небольшим количеством воска или смазки для дополнительной гладкости. В грифелях механических карандашей это заменено маслом.

Класс или твердость карандаша определяется пропорциями графита и глины (или полимера/смолы). Больше графита делает грифель более мягким, а больше глины делает грифель более твердым.

Когда вы на самом деле используете карандаш, вы хотите, чтобы он делал отметки на бумаге. Чем мягче свинец, тем темнее следы, которые он оставит. Художники часто используют разные карандаши для одного рисунка, переключаясь на более твердый грифель, когда им нужно легкое затенение, и на более мягкий грифель для более темных областей.

Недостатком более мягкого свинца является то, что вы получаете дополнительную темноту, нанося большее количество свинца на бумагу, поэтому он быстрее изнашивается. Это означает, что вы будете чаще затачивать механический карандаш или чаще щелкать грифелем. Вам также придется купить больше грифеля или другой карандаш раньше — отлично для нас, но, возможно, не очень хорошо для вас 😉

Здесь, в Европе и Великобритании, у нас есть одна система как для художественных карандашей, так и для офисных карандашей. Средний уровень обозначается как HB 9.0018 . Более мягкий грифель получает оценку B с числом , указывающим, насколько мягкий грифель. B сам по себе немного мягче, чем HB . 2B , 3B и 4B становятся все более мягкими. Далее в ассортименте находится 9B , самый мягкий из доступных грифелей, но настолько мягкий и рассыпчатый, что его редко используют. Все, что больше 4B , вероятно, слишком мягкое для повседневного использования большинством людей.

Более сложные лиды, чем HB получить рейтинги H . Точно так же, как и с рейтингами B , цифры доходят до 9H , но мало кому нужно что-то настолько сложное. Некоторые производители используют дополнительную марку между HB и H — марку F  для обозначения «прочности».

Американские карандаши

Для рисования и рисования американцы используют одну и ту же систему. Для офисного использования они часто используют другую систему, только с цифрами. А #2 9Карандаш 0018 такой же, как и HB , с меньшими номерами для более мягких карандашей и большими номерами для более твердых.

Эта пронумерованная система охватывает только диапазон от B до 2H — этого достаточно для большинства офисных работ, но недостаточно для рисования и набросков.

Доступны разные карандаши разной жесткости. Многие обычные карандаши доступны только в HB , в то время как некоторые специальные художественные карандаши доступны во всех возможных классах твердости.

Деревянные карандаши

Рукоятка Faber-Castell Grip 2001: доступна от 2B до 2H , с треугольным поперечным сечением и резиновыми точками для захвата.
Staedtler Mars Lumograph: доступны от 8B до 6H — самый широкий ассортимент карандашей, которые у нас есть. Карандаш отличного качества.

Механические карандаши

Поскольку грифель в механических карандашах должен быть прочнее, но не слишком ломким, он обычно не бывает очень мягким или очень твердым.

Свинец Pentel AIN Stein: довольно хороший диапазон твердости и отличная цена, так как вы получаете больше свинца в упаковке.
Свинец Pilot ENO: имеет более широкий диапазон твердости для некоторых размеров, включая стержни 2B толщиной 0,3 мм.

Интересный компромисс — грифель толщиной с деревянный карандаш, но со сменными грифелями, и при заточке они не укорачиваются.

Поводок Staedtler Mars Carbon 2 мм: от 4B до 4H , подходит для держателя грифеля Mars Technico 780C или других 2-миллиметровых карандашей-клатчов.

Дополнительную информацию о составе различных типов грифеля см. в превосходных механических карандашах Dave’s.
На странице Pencil Lead по адресу Everything2 есть больше информации об оценках и составе линеек.

Откуда взялся грифель карандаша?

27 марта 2023 г. 7 сентября 2009 г. by Midnight Indigo

Из чего сделан грифель и откуда берется грифель? Это те вопросы, над которыми вы начинаете размышлять посреди слишком жаркого дня, когда сидите за столом с карандашом в руке и работаете, когда вы бы предпочли быть где угодно, только не там.

В этом руководстве мы расскажем, из какого материала делают грифель, где берут сырье для изготовления карандашей и как делают грифель. Мы также углубимся в то, из чего сделан грифель цветного карандаша, поскольку для изготовления цветных карандашей используются разные материалы.

Содержание

1 Откуда берется грифель карандаша
2 Как изготавливается грифель для карандашей
3 Откуда берется графит
4 Из чего сделан грифель цветного карандаша
5 Грифель карандаша сделан из углерода
6 Легковоспламеняющийся грифель карандаша
7 Является ли грифель карандаша проводником или изолятором
8 Является ли грифель карандаша водонепроницаемым?
9 Какой самый темный грифель?

Грифель карандаша делается не из свинца, а из графита. Несмотря на то, что он жирный, черный и мягкий, как свинец, на самом деле это углеродный материал, называемый графит . Знаете ли вы, что самый большой карандаш в мире имеет длину 76 футов с 10-дюймовым свинцовым стержнем, который весит 4500 фунтов.

Графит добывают в виде чешуек или кусков и измельчают вместе с глиной, а затем обжигают в маленькие палочки, которые вы видите заключенными в дерево или внутри механических карандашей. Это основная причина, по которой грифель карандаша не ядовит .

(Посмотрите это видео от производителя карандашей Faber-Castell , показывающее, как производится грифель для карандашей. Довольно круто.)

Графит (грифель карандаша был впервые обнаружен в конце 1500-х годов в Borrowdale , в Озерном крае на севере Англии. Предположительно, буря пронеслась над некоторыми деревьями и обнажила тускло-черный материал, который местные жители начали использовать для обозначения своих овец. Слухи о находке распространились, и в конце концов люди обнаружили, что они могут разрезать материал и превращать его в палочки, чтобы писать.
Этот район стал центром изготовления карандашей, и теперь здесь находится Камберлендский музей карандашей .
Из-за того, что он был похож на свинец, материал для карандашей был известен как плюмбаго или свинцовая руда. Но в 1779 году химик Карл Шееле сделал открытие , что это форма углерода, не связанная со свинцом. Слово графит произошло от греческого глагола graphein, что означает «писать». Тем не менее, люди продолжали называть его свинцом.
Сначала месторождение Борроудейл было основным источником графита для карандашей по всей Европе. Однако во многих других частях мира были месторождения графита в менее твердых формах. В 1795, француз по имени Николя Жак Конте придумал способ смешать глину с графитовым порошком и обжечь его в печах, чтобы получился грифель для карандашей.
Это открытие в конечном итоге привело к упадку карандашных фабрик вокруг Борроудейла, потому что графит можно было так легко получить в другом месте. Теперь, согласно отчету Геологической службы США, крупнейшие месторождения графита находятся в Китае, Европе, США и Мексике. Китай является одним из основных экспортеров карандашных грифелей.
На самом деле журнал Discover недавно сообщил, что:
Более половины всех карандашей поступают из Китая. В 2004 году фабрики выпустили 10 миллиардов карандашей, которых достаточно, чтобы обогнуть Землю более 40 раз. По иронии судьбы, канадские чиновники здравоохранения пару лет назад отозвали некоторые китайские карандаши, потому что покрытие карандашей было загрязнено… да, свинцом.
Как и в графитных карандашах, в цветных карандашах нет грифеля, грифель сделан из других материалов. Грифель цветного карандаша изготавливается из комбинации цветного пигмента, связующего и наполнителя. У каждого производителя цветных карандашей есть свои особые комбинации, которые обычно держат в строжайшем секрете.
Цветной пигмент – от этого зависит цвет грифеля, более дорогие цветные карандаши имеют более качественный и чистый пигмент. Они обеспечивают более яркие цвета, а имеют лучшую светостойкость .
Связующие – это то, что скрепляет грифели карандаша, цветные пигменты и другие ингредиенты вместе, образуя твердое вещество, которое можно использовать в карандаше. Они также обеспечивают равномерное распределение пигмента в свинце. В зависимости от типа карандаша и свойств, которыми он должен обладать, связующие могут быть восковыми или масляными.
Пигменты-наполнители – в сочетании со связующими используются для изменения твердости или мягкости грифеля карандаша и его текстуры. Изменяя твердость и текстуру цветного графита, он влияет на то, как карандаш взаимодействует с бумагой. Аналогично графитным карандашам, но для цветных карандашей нет шкалы твердости, как для графитовых карандашей.
Грифель для карандашей изготавливается из углерода, называемого графитом, который смешивают с глиной, чтобы сделать современный грифель для карандашей.
Грифель для карандашей негорюч, так как сделан из комбинации графита и глины. Если бы карандаши были сделаны исключительно из графита, то вам все равно нужен был бы источник тепла свыше 1000 градусов, чтобы он загорелся.
Грифель карандаша изготовлен из двух материалов: графита и глины, графит является проводником, а глина — изолятором. Следовательно, карандашный грифель является проводником электричества, но имеет высокое сопротивление. Более мягкие грифели содержат меньшее количество глины по отношению к графиту и лучше проводят электричество. Карандаши с градацией грифеля от 9B-B проводит лучше, чем карандаши с грифелем HB-9H.
Грифель карандаша не является водонепроницаемым, но обладает определенной водостойкостью, а более твердые грифели более водостойкие, чем более мягкие грифели. Отчасти это связано с тем, что современные карандаши делают не только из графита и глины, но и из полимеров. Существует также разница между грифелем в деревянных карандашах и механических карандашах. Поскольку грифель механического карандаша не изготавливается из тех же комбинаций материалов, что и деревянные карандаши.
Есть два карандаша с грифелем высшего класса B и, следовательно, самые темные графитовые карандаши: это Staedtler Lumograph 12B и карандаши Mitsibushi Hi Uni 10B. Несмотря на то, что угольные карандаши пишут более темную линию, чем графитовый карандаш, ознакомьтесь с Полным руководством по самому темному грифелю карандаша для получения дополнительной информации.
Ознакомьтесь с The Ultimate Guide to 10B Pencils , чтобы увидеть примеры оттенков Staedtler 10B, 12B и Mitsibushi Hi-Uni 10B
Midnight Indigo
Мне посчастливилось внести свой вклад в The Pen Vibe, блог, который удовлетворяет мою страсть к ручкам, чернилам и их бесконечным возможностям. Я исследую увлекательный мир пишущих инструментов, экспериментирую с разными ручками и яркими чернилами, чтобы воплотить свои идеи на бумаге. Дж.Р.Р. Толкин однажды сказал: «Все, что нам нужно решить, это то, что делать со временем, которое нам дано». Эта цитата служит напоминанием о том, что важно учитывать каждое слово и использовать бесконечные возможности, которые дает писательство.
No related posts.