Ons leer fisika en leer kinders sonder om die kombuis te verlaat

2024 Outeur: Seth Attwood | [email protected]. Laas verander: 2023-12-16 15:56

Ons spandeer elke dag 1-2 ure in die kombuis. Iemand minder, iemand meer. Dit gesê, ons dink selde aan fisiese verskynsels wanneer ons ontbyt, middagete of aandete kook. Maar daar kan geen groter konsentrasie daarvan in alledaagse toestande wees as in die kombuis, in die woonstel nie. 'n Goeie geleentheid om fisika aan kinders te verduidelik!

1. Diffusie

Ons word voortdurend met hierdie verskynsel in die kombuis gekonfronteer. Sy naam is afgelei van die Latynse diffusio - interaksie, verspreiding, verspreiding.

Dit is die proses van wedersydse penetrasie van molekules of atome van twee aangrensende stowwe. Die diffusietempo is eweredig aan die deursnee-area van die liggaam (volume), en die verskil in konsentrasies, temperature van die gemengde stowwe. As daar 'n temperatuurverskil is, stel dit die voortplantingsrigting (gradiënt) - van warm na koud. As gevolg hiervan vind spontane belyning van die konsentrasies van molekules of atome plaas.

Hierdie verskynsel kan in die kombuis waargeneem word wanneer reuke versprei. Danksy die verspreiding van gasse, in 'n ander kamer, kan jy verstaan wat kook. Soos u weet, is aardgas reukloos en 'n bymiddel word daarby gevoeg om dit makliker te maak om die lekkasie van huishoudelike gas op te spoor.

’n Reukmiddel soos etielmerkaptaan voeg’n skerp reuk by. As die brander nie die eerste keer brand nie, kan ons 'n spesifieke reuk ruik, wat ons van kleins af ken as die reuk van huishoudelike gas.

En as jy teekorrels of 'n teesakkie in kookwater gooi en nie roer nie, kan jy sien hoe die tee-aftreksel in die volume suiwer water versprei.

Dit is die verspreiding van vloeistowwe. 'n Voorbeeld van diffusie in 'n vaste stof sou die sout van tamatie, komkommer, sampioen of kool wees. Soutkristalle in water breek af in Na- en Cl-ione, wat chaoties beweeg, deurdring tussen die molekules van stowwe in die samestelling van groente of sampioene.

2. Verandering van toestand van samevoeging

Min van ons het opgemerk dat in 'n linkerglas water, na 'n paar dae, dieselfde deel van die water by kamertemperatuur verdamp as wanneer dit vir 1-2 minute gekook word. En wanneer ons kos of water vir ysblokkies in die yskas vries, dink ons nie aan hoe dit gebeur nie.

Intussen word hierdie mees algemene en algemene kombuisverskynsels maklik verduidelik. 'n Vloeistof het 'n tussentoestand tussen vaste stowwe en gasse.

By temperature anders as kook of vries, is die aantrekkingskragte tussen molekules in 'n vloeistof nie so sterk of swak soos in vaste stowwe en gasse nie. Daarom, byvoorbeeld, net die ontvangs van energie (van die son se strale, lugmolekules by kamertemperatuur), gaan die vloeistofmolekules van die oop oppervlak geleidelik oor in die gasfase, wat 'n dampdruk bo die vloeistofoppervlak skep.

Die verdampingstempo neem toe met 'n toename in die oppervlakte van die vloeistof, 'n toename in temperatuur en 'n afname in eksterne druk. As die temperatuur verhoog word, bereik die dampdruk van hierdie vloeistof die eksterne druk. Die temperatuur waarteen dit plaasvind, word die kookpunt genoem. Die kookpunt neem af met dalende eksterne druk. Daarom kook water vinniger in bergagtige gebiede.

Omgekeerd, wanneer die temperatuur daal, verloor watermolekules hul kinetiese energie tot die vlak van die aantrekkingskragte tussen mekaar. Hulle beweeg nie meer chaoties nie, wat die vorming van 'n kristalrooster soos dié van vaste stowwe moontlik maak. Die 0 ° C temperatuur waarteen dit plaasvind, word die vriespunt van water genoem.

Wanneer dit gevries word, sit water uit. Baie mense kon met hierdie verskynsel kennis maak as hulle 'n plastiekbottel met 'n drankie in die vrieskas gesit het vir vinnige afkoeling en daarvan vergeet het, en toe bars die bottel. Wanneer dit afgekoel word tot 'n temperatuur van 4 ° C, word eers 'n toename in die digtheid van water waargeneem, waarby die maksimum digtheid en minimum volume daarvan bereik word. Dan, by temperature van 4 tot 0 ° C, vind 'n herrangskikking van bindings in die watermolekule plaas, en die struktuur daarvan word minder dig.

By 'n temperatuur van 0 ° C verander die vloeistoffase van water na vaste stof. Nadat die water heeltemal vries en in ys verander, groei die volume daarvan met 8, 4%, wat lei tot die bars van die plastiekbottel. Die vloeistofinhoud in baie produkte is laag, dus neem hulle nie so merkbaar in volume toe wanneer dit gevries word nie.

3. Absorpsie en adsorpsie

Hierdie twee byna onafskeidbare verskynsels, genoem uit die Latyn sorbeo (om te absorbeer), word byvoorbeeld waargeneem wanneer water in 'n ketel of kastrol verhit word. 'n Gas wat nie chemies op 'n vloeistof inwerk nie, kan nietemin daardeur geabsorbeer word by kontak daarmee. Hierdie verskynsel word absorpsie genoem.

Wanneer gasse deur soliede fynkorrelige of poreuse liggame geabsorbeer word, versamel die meeste van hulle dig en word dit op die oppervlak van porieë of korrels vasgehou en word nie deur die volume versprei nie. In hierdie geval word die proses adsorpsie genoem. Hierdie verskynsels kan waargeneem word wanneer water gekook word - borrels skei van die wande van 'n kastrol of ketel wanneer dit verhit word.

Die lug wat uit water vrygestel word, bevat 63% stikstof en 36% suurstof. In die algemeen bevat atmosferiese lug 78% stikstof en 21% suurstof.

Tafelsout in 'n onbedekte houer kan nat word as gevolg van sy higroskopiese eienskappe - die absorpsie van waterdamp uit die lug. En koeksoda dien as 'n adsorbens wanneer dit in die yskas geplaas word om reuke te verwyder.

4. Manifestasie van Archimedes se wet

Wanneer ons gereed is om die hoender gaar te maak, vul ons die pot met water omtrent die helfte of ¾, afhangend van die grootte van die hoender. Deur die karkas in 'n pot water te dompel, merk ons dat die gewig van die hoender in die water merkbaar verminder word, en die water styg tot by die kante van die pot.

Hierdie verskynsel word verklaar deur die dryfkrag of Archimedes se wet. In hierdie geval werk 'n dryfkrag op 'n liggaam wat in 'n vloeistof gedompel is, gelyk aan die gewig van die vloeistof in die volume van die onderwater deel van die liggaam. Hierdie krag word die krag van Archimedes genoem, net soos die wet self, wat hierdie verskynsel verklaar.

5. Oppervlakspanning

Baie mense onthou die eksperimente met films van vloeistowwe, wat in fisika-lesse op skool gewys is.’n Klein draadraam met een beweegbare kant is in seepwater gedoop en toe uitgetrek. Die kragte van oppervlakspanning in die film wat langs die omtrek gevorm is, het die onderste beweegbare deel van die raam opgelig. Om dit roerloos te hou, is 'n gewig daaraan gehang toe die eksperiment herhaal is.

Hierdie verskynsel kan in 'n vergiettes waargeneem word - na gebruik bly water in die gate in die bodem van hierdie kombuisgereedskap agter. Dieselfde verskynsel kan waargeneem word nadat die vurke gewas is – daar is ook strepe water op die binneoppervlak tussen sommige van die tande.

Die fisika van vloeistowwe verklaar hierdie verskynsel soos volg: vloeistofmolekules is so naby aan mekaar dat die aantrekkingskragte tussen hulle oppervlakspanning in die vlak van die vrye oppervlak skep. As die aantrekkingskrag van watermolekules van die vloeistoffilm swakker is as die aantrekkingskrag na die oppervlak van die vergiettes, dan breek die waterfilm.

Die kragte van oppervlakspanning is ook merkbaar wanneer ons graankos of ertjies, boontjies in 'n kastrol met water gooi, of ronde peperkorrels byvoeg. Sommige korrels sal op die oppervlak van die water bly, terwyl die meeste onder die gewig van die res sal sink. As jy liggies op die drywende korrels met die punt van jou vinger of’n lepel druk, sal hulle die oppervlakspanning van die water oorkom en na onder sak.

6. Benat en versprei

Gemorste vloeistof kan klein vlekke op 'n vetbedekte stoof vorm, en 'n enkele plas op die tafel. Die ding is dat die vloeistofmolekules in die eerste geval meer na mekaar aangetrek word as na die oppervlak van die plaat, waar daar 'n vetfilm is wat nie deur water benat is nie, en op 'n skoon tafel die aantrekking van watermolekules na die molekules van die tafeloppervlak is hoër as die aantrekking van watermolekules na mekaar. Gevolglik versprei die plas.

Hierdie verskynsel hou ook verband met die fisika van vloeistowwe en hou verband met oppervlakspanning. Soos u weet, het 'n seepborrel of vloeistofdruppels 'n sferiese vorm as gevolg van oppervlakspanningskragte.

In 'n druppel word vloeistofmolekules sterker na mekaar aangetrek as na gasmolekules, en neig na die binnekant van die vloeistofdruppel, wat die oppervlakte daarvan verklein. Maar as daar 'n soliede nat oppervlak is, dan word 'n deel van die druppel by kontak daarlangs gestrek, want die molekules van die vaste stof trek die molekules van die vloeistof aan, en hierdie krag oorskry die aantrekkingskrag tussen die molekules van die vloeistof.

Die mate van benatting en verspreiding oor 'n vaste oppervlak sal afhang van watter krag groter is - die aantrekkingskrag van molekules van 'n vloeistof en molekules van 'n vaste stof tussen mekaar of die aantrekkingskrag van molekules binne 'n vloeistof.

Sedert 1938 is hierdie fisiese verskynsel wyd gebruik in die industrie, in die vervaardiging van huishoudelike goedere, toe Teflon (polytetrafluoroethylene) materiaal in die DuPont-laboratorium gesintetiseer is.

Die eienskappe daarvan word nie net gebruik in die vervaardiging van kleefvrye kookgerei nie, maar ook in die vervaardiging van waterdigte, waterafstotende materiaal en bedekkings vir klere en skoene. Teflon word deur die Guinness Book of Records erken as die wêreld se glibberigste stof. Dit het baie lae oppervlakspanning en adhesie (kleef), dit word nie benat met water, ghries of baie organiese oplosmiddels nie.

7. Termiese geleidingsvermoë

Een van die mees algemene verskynsels in die kombuis wat ons kan waarneem, is die verhitting van 'n ketel of water in 'n kastrol. Termiese geleidingsvermoë is die oordrag van hitte deur die beweging van deeltjies wanneer daar 'n verskil (gradiënt) in temperatuur is. Onder die tipes termiese geleidingsvermoë is daar ook konveksie.

In die geval van identiese stowwe is die termiese geleidingsvermoë van vloeistowwe minder as dié van vaste stowwe, en hoër as dié van gasse. Die termiese geleidingsvermoë van gasse en metale neem toe met toenemende temperatuur, en dié van vloeistowwe neem af. Ons word voortdurend met konveksie in die gesig gestaar, of ons sop of tee met 'n lepel roer, of 'n venster oopmaak, of die ventilasie aanskakel om die kombuis te ventileer.

Konveksie - van die Latynse convectiō (oordrag) - 'n tipe hitte-oordrag wanneer die interne energie van 'n gas of vloeistof deur strale en strome oorgedra word. Onderskei tussen natuurlike konveksie en gedwonge. In die eerste geval word lae vloeistof of lug self gemeng wanneer dit verhit of afgekoel word. En in die tweede geval is daar 'n meganiese vermenging van 'n vloeistof of gas - met 'n lepel, waaier of op 'n ander manier.

8. Elektromagnetiese straling

'n Mikrogolfoond word soms 'n mikrogolfoond, of mikrogolfoond genoem. Die hoofelement van elke mikrogolfoond is 'n magnetron, wat elektriese energie omskakel in mikrogolf-elektromagnetiese straling met 'n frekwensie van tot 2,45 gigahertz (GHz). Straling verhit voedsel deur interaksie met sy molekules.

Die produkte bevat dipoolmolekules wat positiewe elektriese en negatiewe ladings op hul teenoorgestelde dele bevat.

Dit is molekules van vette, suiker, maar die meeste van alle dipoolmolekules is in water, wat in byna enige produk gevind word. Die mikrogolfveld, wat voortdurend sy rigting verander, laat die molekules met hoë frekwensie vibreer, wat langs die kraglyne in lyn staan sodat al die positief gelaaide dele van die molekules in die een of die ander rigting "kyk". Molekulêre wrywing ontstaan, energie word vrygestel, wat die kos verhit.

9. Induksie

In die kombuis kan jy toenemend induksie-kookpanne vind wat op hierdie verskynsel gebaseer is. Die Engelse fisikus Michael Faraday het elektromagnetiese induksie in 1831 ontdek en sedertdien was dit onmoontlik om ons lewe daarsonder voor te stel.

Faraday het die voorkoms van 'n elektriese stroom in 'n geslote lus ontdek as gevolg van 'n verandering in die magnetiese vloed wat deur hierdie lus gaan. 'n Skoolervaring is bekend wanneer 'n plat magneet binne 'n spiraalvormige stroombaan van 'n draad (solenoïde) beweeg en 'n elektriese stroom daarin verskyn. Daar is ook 'n omgekeerde proses - 'n wisselende elektriese stroom in 'n solenoïde (spoel) skep 'n wisselende magneetveld.

’n Moderne induksiestoof werk op dieselfde beginsel. Onder 'n glaskeramiekverwarmingspaneel (neutraal tot elektromagnetiese ossillasies) van so 'n stoof is daar 'n induksiespoel waardeur 'n elektriese stroom met 'n frekwensie van 20-60 kHz vloei, wat 'n afwisselende magnetiese veld skep wat werwelstrome in 'n dun laag veroorsaak (vellaag) van die bodem van 'n metaalskottel.

Die elektriese weerstand verhit die skottelgoed. Hierdie strome is nie gevaarliker as rooiwarm geregte op gewone stowe nie. Kookgerei moet staal of gietyster wees met ferromagnetiese eienskappe (trek 'n magneet aan).

10. Breking van lig

Die invalshoek van lig is gelyk aan die weerkaatsingshoek, en die voortplanting van natuurlike lig of lig van lampe word verklaar deur 'n dubbele golf-deeltjie-aard: aan die een kant is dit elektromagnetiese golwe, en aan die ander kant, deeltjies-fotone, wat teen die maksimum spoed moontlik in die Heelal beweeg.

In die kombuis kan jy so 'n optiese verskynsel waarneem soos die breking van lig. Byvoorbeeld, wanneer daar 'n deursigtige vaas met blomme op die kombuistafel is, lyk dit of die stingels in die water by die grens van die wateroppervlak skuif relatief tot hul voortsetting buite die vloeistof. Die feit is dat water, soos 'n lens, die ligstrale wat deur die stingels in die vaas weerkaats word, breek.

'n Soortgelyke ding word waargeneem in 'n deursigtige glas tee, waarin 'n lepel gedoop word. Jy kan ook 'n verwronge en vergrote beeld van bone of graan aan die onderkant van 'n diep pot helder water sien.