Vi lærer fysikk og lærer barn uten å forlate kjøkkenet

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

Vi bruker 1-2 timer på kjøkkenet hver dag. Noen mindre, noen mer. Når det er sagt, tenker vi sjelden på fysiske fenomener når vi lager frokost, lunsj eller middag. Men det kan ikke være større konsentrasjon av dem i hverdagsforhold enn på kjøkkenet, i leiligheten. En god mulighet til å forklare fysikk for barn!

1. Diffusjon

Vi blir stadig møtt med dette fenomenet på kjøkkenet. Navnet er avledet fra det latinske diffusio - interaksjon, spredning, distribusjon.

Dette er prosessen med gjensidig penetrasjon av molekyler eller atomer av to tilstøtende stoffer. Diffusjonshastigheten er proporsjonal med tverrsnittsarealet av kroppen (volum), og forskjellen i konsentrasjoner, temperaturer til de blandede stoffene. Hvis det er en temperaturforskjell, setter den forplantningsretningen (gradient) - fra varmt til kaldt. Som et resultat oppstår spontan justering av konsentrasjonene av molekyler eller atomer.

Dette fenomenet kan observeres på kjøkkenet når lukt sprer seg. Takket være diffusjon av gasser, sitter i et annet rom, kan du forstå hva som er matlaging. Naturgass er som kjent luktfri og det tilsettes et tilsetningsstoff for å gjøre det lettere å oppdage lekkasje av husholdningsgass.

Et luktstoff som etylmerkaptan tilfører en skarp lukt. Hvis brenneren ikke tennes første gang, kan vi lukte en bestemt lukt, som vi kjenner fra barndommen som lukten av husholdningsgass.

Og hvis du kaster tekorn eller en tepose i kokende vann og ikke rører, kan du se hvordan teinfusjonen sprer seg i volumet av rent vann.

Dette er diffusjon av væsker. Et eksempel på diffusjon i et fast stoff vil være salting av tomat, agurk, sopp eller kål. Saltkrystaller i vann brytes ned til Na- og Cl-ioner, som beveger seg kaotisk, trenger inn mellom molekylene av stoffer i sammensetningen av grønnsaker eller sopp.

2. Endring av aggregeringstilstand

De færreste av oss la merke til at i et venstreglass med vann, etter noen dager, fordamper den samme delen av vannet ved romtemperatur som ved koking i 1-2 minutter. Og når vi fryser mat eller vann til isbiter i kjøleskapet, tenker vi ikke på hvordan dette skjer.

I mellomtiden er disse vanligste og vanlige kjøkkenfenomenene lett forklart. En væske har en mellomtilstand mellom faste stoffer og gasser.

Ved andre temperaturer enn koking eller frysing er tiltrekningskreftene mellom molekyler i en væske ikke like sterke eller svake som i faste stoffer og gasser. Derfor, for eksempel, bare mottar energi (fra solens stråler, luftmolekyler ved romtemperatur), går væskemolekylene fra den åpne overflaten gradvis over i gassfasen, og skaper et damptrykk over væskeoverflaten.

Fordampningshastigheten øker med en økning i væskens overflateareal, en økning i temperatur og en reduksjon i ytre trykk. Hvis temperaturen økes, når damptrykket til denne væsken det ytre trykket. Temperaturen som dette skjer ved kalles kokepunktet. Kokepunktet synker med synkende ytre trykk. Derfor, i fjellområder, koker vann raskere.

Motsatt, når temperaturen synker, mister vannmolekyler sin kinetiske energi til nivået av tiltrekningskreftene seg imellom. De beveger seg ikke lenger kaotisk, noe som tillater dannelsen av et krystallgitter som for faste stoffer. Temperaturen på 0 ° C som dette skjer ved kalles frysepunktet for vann.

Når det er frosset, utvider vannet seg. Mange kunne bli kjent med dette fenomenet når de la en plastflaske med drikke i fryseren for rask avkjøling og glemte det, og så var flasken i ferd med å sprekke. Når den avkjøles til en temperatur på 4 ° C, observeres først en økning i vanntettheten, hvor dens maksimale tetthet og minimumsvolum nås. Deretter, ved temperaturer fra 4 til 0 ° C, oppstår en omorganisering av bindinger i vannmolekylet, og strukturen blir mindre tett.

Ved en temperatur på 0 ° C endres væskefasen av vann til fast stoff. Etter at vannet fryser helt og blir til is, vokser volumet med 8, 4%, noe som fører til at plastflasken sprekker. Væskeinnholdet i mange produkter er lavt, så de øker ikke i volum så merkbart når de fryses.

3. Absorpsjon og adsorpsjon

Disse to nesten uatskillelige fenomenene, kalt fra latin sorbeo (å absorbere), observeres for eksempel ved oppvarming av vann i en kjele eller kasserolle. En gass som ikke virker kjemisk på en væske kan likevel absorberes av den ved kontakt med den. Dette fenomenet kalles absorpsjon.

Når gasser absorberes av faste finkornede eller porøse legemer, samler de fleste seg tett opp og holdes tilbake på overflaten av porer eller korn og blir ikke fordelt over hele volumet. I dette tilfellet kalles prosessen adsorpsjon. Disse fenomenene kan observeres når du koker vann - bobler skiller seg fra veggene i en kjele eller vannkoker når de varmes opp.

Luften som frigjøres fra vann inneholder 63 % nitrogen og 36 % oksygen. Generelt inneholder atmosfærisk luft 78 % nitrogen og 21 % oksygen.

Bordsalt i en utildekket beholder kan bli våt på grunn av dets hygroskopiske egenskaper - absorpsjon av vanndamp fra luften. Og natron fungerer som en adsorbent når den plasseres i kjøleskapet for å fjerne lukt.

4. Manifestasjon av Arkimedes lov

Når vi er klare til å tilberede kyllingen, fyller vi gryten med vann omtrent halvparten eller ¾, avhengig av størrelsen på kyllingen. Ved å dyppe slaktet i en gryte med vann, merker vi at vekten av kyllingen i vannet reduseres merkbart, og vannet stiger til kantene av gryten.

Dette fenomenet forklares av oppdriftskraften eller Arkimedes lov. I dette tilfellet virker en flytende kraft på en kropp nedsenket i en væske, lik vekten av væsken i volumet til den nedsenkede delen av kroppen. Denne kraften kalles Archimedes kraft, det samme er loven selv, som forklarer dette fenomenet.

5. Overflatespenning

Mange husker eksperimentene med filmer av væsker, som ble vist i fysikktimene på skolen. En liten trådramme med én bevegelig side ble dyppet i såpevann og deretter trukket ut. Overflatespenningskreftene i filmen dannet langs omkretsen løftet den nedre bevegelige delen av rammen. For å holde den ubevegelig ble en vekt hengt opp fra den når eksperimentet ble gjentatt.

Dette fenomenet kan observeres i et dørslag - etter bruk blir det igjen vann i hullene i bunnen av disse kjøkkenredskapene. Det samme fenomenet kan observeres etter vask av gaflene - det er også vannstriper på den indre overflaten mellom noen av tennene.

Fysikken til væsker forklarer dette fenomenet som følger: væskemolekyler er så nær hverandre at tiltrekningskreftene mellom dem skaper overflatespenning i den frie overflatens plan. Hvis tiltrekningskraften til vannmolekylene i væskefilmen er svakere enn tiltrekningskraften til overflaten av dørslaget, brytes vannfilmen.

Dessuten er overflatespenningskreftene merkbare når vi heller frokostblandinger eller erter, bønner i en kjele med vann, eller tilsetter runde pepperkorn. Noen korn vil forbli på overflaten av vannet, mens de fleste vil synke til bunnen under vekten av resten. Trykker du lett på de flytende kornene med fingertuppen eller en skje, vil de overvinne overflatespenningen i vannet og synke til bunnen.

6. Fukting og spredning

Sølt væske kan danne små flekker på en fettbelagt komfyr, og en enkelt sølepytt på bordet. Saken er at væskemolekylene i det første tilfellet er mer tiltrukket av hverandre enn til overflaten av platen, hvor det er en fettfilm som ikke er fuktet av vann, og på et rent bord tiltrekkes vannmolekyler til molekylene av bordflaten er høyere enn tiltrekningen av vannmolekyler til hverandre. Som et resultat sprer vannpytten seg.

Dette fenomenet er også relatert til væskens fysikk og er relatert til overflatespenning. Som du vet har en såpeboble eller væskedråper en sfærisk form på grunn av overflatespenningskrefter.

I en dråpe tiltrekkes væskemolekyler sterkere til hverandre enn til gassmolekyler, og har en tendens til innsiden av væskedråpen, og reduserer overflaten. Men hvis det er en fast fuktet overflate, strekkes en del av dråpen ved kontakt langs den, fordi molekylene til det faste stoffet tiltrekker seg væskens molekyler, og denne kraften overstiger tiltrekningskraften mellom væskens molekyler..

Graden av fukting og spredning over en fast overflate vil avhenge av hvilken kraft som er størst - tiltrekningskraften til molekyler av en væske og molekyler av et fast stoff mellom seg eller tiltrekningskraften til molekyler inne i en væske.

Siden 1938 har dette fysiske fenomenet vært mye brukt i industrien, i produksjon av husholdningsvarer, da Teflon (polytetrafluoretylen) materiale ble syntetisert i DuPont-laboratoriet.

Egenskapene brukes ikke bare til produksjon av non-stick kokekar, men også i produksjon av vanntette, vannavstøtende stoffer og belegg for klær og sko. Teflon er anerkjent av Guinness rekordbok som verdens mest glatte stoff. Den har svært lav overflatespenning og vedheft (klebing), den er ikke fuktet med vann, fett eller mange organiske løsemidler.

7. Termisk ledningsevne

Et av de vanligste fenomenene på kjøkkenet som vi kan observere er oppvarming av en vannkoker eller vann i en kjele. Termisk ledningsevne er overføring av varme gjennom bevegelse av partikler når det er en forskjell (gradient) i temperatur. Blant typene termisk ledningsevne er det også konveksjon.

Når det gjelder identiske stoffer, er den termiske ledningsevnen til væsker mindre enn for faste stoffer, og høyere enn for gasser. Den termiske ledningsevnen til gasser og metaller øker med økende temperatur, og væsker avtar. Vi står stadig overfor konveksjon, enten vi rører suppe eller te med skje, eller åpner et vindu, eller slår på ventilasjonen for å lufte ut kjøkkenet.

Konveksjon - fra latin convectiō (overføring) - en type varmeoverføring når den indre energien til en gass eller væske overføres av stråler og strømmer. Skille mellom naturlig konveksjon og tvungen. I det første tilfellet blir lag av væske eller luft selv blandet når de varmes eller avkjøles. Og i det andre tilfellet er det en mekanisk blanding av en væske eller gass - med en skje, vifte eller på annen måte.

8. Elektromagnetisk stråling

En mikrobølgeovn kalles noen ganger en mikrobølgeovn, eller mikrobølgeovn. Hovedelementet i hver mikrobølgeovn er en magnetron, som konverterer elektrisk energi til elektromagnetisk mikrobølgestråling med en frekvens på opptil 2,45 gigahertz (GHz). Stråling varmer opp maten ved å samhandle med dens molekyler.

Produktene inneholder dipolmolekyler som inneholder positive elektriske og negative ladninger på deres motsatte deler.

Dette er molekyler av fett, sukker, men mest av alt er dipolmolekyler i vann, som finnes i nesten alle produkter. Mikrobølgefeltet, som hele tiden endrer retning, får molekylene til å vibrere med høy frekvens, som stiller seg opp langs kraftlinjene slik at alle de positivt ladede delene av molekylene "ser" i den ene eller den andre retningen. Molekylær friksjon oppstår, energi frigjøres, som varmer opp maten.

9. Induksjon

På kjøkkenet kan du i økende grad finne induksjonskomfyrer, som er basert på dette fenomenet. Den engelske fysikeren Michael Faraday oppdaget elektromagnetisk induksjon i 1831, og siden den gang har det vært umulig å forestille seg livet vårt uten.

Faraday oppdaget forekomsten av en elektrisk strøm i en lukket sløyfe på grunn av en endring i den magnetiske fluksen som passerer gjennom denne sløyfen. En skoleopplevelse er kjent når en flat magnet beveger seg inne i en spiralformet krets av en ledning (solenoid), og en elektrisk strøm vises i den. Det er også en omvendt prosess - en elektrisk vekselstrøm i en solenoid (spole) skaper et vekslende magnetfelt.

En moderne induksjonskomfyr fungerer etter samme prinsipp. Under et glasskeramisk varmepanel (nøytrale til elektromagnetiske oscillasjoner) til en slik ovn er det en induksjonsspole som en elektrisk strøm flyter gjennom med en frekvens på 20-60 kHz, og skaper et vekslende magnetfelt som induserer virvelstrømmer i et tynt lag (hudlag) av bunnen av en metallskål.

Den elektriske motstanden varmer opp oppvasken. Disse strømmene er ikke farligere enn rødglødende retter på vanlige komfyrer. Kokekar bør være stål eller støpejern med ferromagnetiske egenskaper (tiltrekke seg en magnet).

10. Bryting av lys

Lysets innfallsvinkel er lik refleksjonsvinkelen, og forplantningen av naturlig lys eller lys fra lamper forklares av en dobbel bølgepartikkelnatur: på den ene siden er dette elektromagnetiske bølger, og på den andre, partikler-fotoner, som beveger seg med maksimal hastighet mulig i universet.

På kjøkkenet kan du observere et slikt optisk fenomen som lysbrytning. For eksempel, når det er en gjennomsiktig vase med blomster på kjøkkenbordet, ser stilkene i vannet ut til å forskyve seg ved grensen til vannoverflaten i forhold til deres fortsettelse utenfor væsken. Faktum er at vann, som en linse, bryter lysstrålene som reflekteres fra stilkene i vasen.

En lignende ting observeres i et gjennomsiktig glass te, der en skje dyppes. Du kan også se et forvrengt og forstørret bilde av bønner eller frokostblandinger i bunnen av en dyp gryte med klart vann.