Ne mësojmë fizikën dhe mësojmë fëmijët pa lënë kuzhinë

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-16 16:16

Ne kalojmë 1-2 orë në kuzhinë çdo ditë. Dikush më pak, dikush më shumë. Thënë kjo, ne rrallë mendojmë për fenomene fizike kur gatuajmë mëngjes, drekë apo darkë. Por nuk mund të ketë përqendrim më të madh të tyre në kushtet e përditshme sesa në kuzhinë, në apartament. Një mundësi e mirë për t'u shpjeguar fëmijëve fizikën!

1. Difuzioni

Ne vazhdimisht përballemi me këtë fenomen në kuzhinë. Emri i saj rrjedh nga latinishtja diffusio - ndërveprim, shpërndarje, shpërndarje.

Ky është procesi i depërtimit të ndërsjellë të molekulave ose atomeve të dy substancave fqinje. Shkalla e difuzionit është në përpjesëtim me zonën e prerjes tërthore të trupit (vëllimit), dhe ndryshimin në përqendrime, temperatura të substancave të përziera. Nëse ka një ndryshim në temperaturë, atëherë vendos drejtimin e përhapjes (gradient) - nga e nxehta në të ftohtë. Si rezultat, ndodh rreshtimi spontan i përqendrimeve të molekulave ose atomeve.

Ky fenomen mund të vërehet në kuzhinë kur përhapen aromat. Falë përhapjes së gazrave, duke u ulur në një dhomë tjetër, mund të kuptoni se çfarë po gatuhet. Siç e dini, gazi natyror është pa erë dhe atij i shtohet një aditiv për ta bërë më të lehtë zbulimin e rrjedhjes së gazit shtëpiak.

Një aromatike si etil mercaptan shton një erë të fortë. Nëse djegësi nuk ndizet herën e parë, atëherë mund të nuhasim një erë specifike, të cilën e njohim që nga fëmijëria si erën e gazit shtëpiak.

Dhe nëse hidhni kokrra çaji ose një qese çaji në ujë të vluar dhe nuk i përzieni, mund të shihni se si shpërndahet infuzioni i çajit në vëllimin e ujit të pastër.

Ky është difuzioni i lëngjeve. Një shembull i difuzionit në një lëndë të ngurtë do të ishte kriposja e domates, kastravecit, kërpudhave ose lakrës. Kristalet e kripës në ujë shpërbëhen në jone Na dhe Cl, të cilët, duke lëvizur në mënyrë kaotike, depërtojnë midis molekulave të substancave në përbërjen e perimeve ose kërpudhave.

2. Ndryshimi i gjendjes së grumbullimit

Pak prej nesh vumë re se në një gotë me ujë të mbetur, pas disa ditësh, e njëjta pjesë e ujit avullon në temperaturën e dhomës si kur zihet për 1-2 minuta. Dhe kur ngrijmë ushqimin ose ujin për kube akulli në frigorifer, ne nuk mendojmë se si ndodh kjo.

Ndërkohë, këto dukuri më të zakonshme dhe më të zakonshme të kuzhinës shpjegohen lehtësisht. Një lëng ka një gjendje të ndërmjetme midis trupave të ngurtë dhe gazrave.

Në temperatura të ndryshme nga vlimi ose ngrirja, forcat e tërheqjes midis molekulave në një lëng nuk janë aq të forta ose të dobëta sa në trupat e ngurtë dhe gazrat. Prandaj, për shembull, vetëm duke marrë energji (nga rrezet e diellit, molekulat e ajrit në temperaturën e dhomës), molekulat e lëngshme nga sipërfaqja e hapur kalojnë gradualisht në fazën e gazit, duke krijuar një presion avulli mbi sipërfaqen e lëngshme.

Shkalla e avullimit rritet me një rritje të sipërfaqes së lëngut, një rritje të temperaturës dhe një ulje të presionit të jashtëm. Nëse temperatura rritet, atëherë presioni i avullit të këtij lëngu arrin presionin e jashtëm. Temperatura në të cilën ndodh kjo quhet pika e vlimit. Pika e vlimit zvogëlohet me uljen e presionit të jashtëm. Prandaj, në zonat malore uji vlon më shpejt.

Në të kundërt, kur temperatura bie, molekulat e ujit humbasin energjinë e tyre kinetike në nivelin e forcave tërheqëse ndërmjet tyre. Ata nuk lëvizin më në mënyrë kaotike, gjë që lejon formimin e një rrjete kristalore si ajo e trupave të ngurtë. Temperatura 0 ° C në të cilën ndodh kjo quhet pika e ngrirjes së ujit.

Kur ngrihet, uji zgjerohet. Shumë njerëz mund të njiheshin me këtë fenomen kur vendosnin një shishe plastike me një pije në frigorifer për ftohje të shpejtë dhe e harruan atë dhe më pas shishja po shpërthej. Kur ftohet në një temperaturë prej 4 ° C, vërehet fillimisht një rritje në densitetin e ujit, në të cilën arrihet dendësia maksimale dhe vëllimi minimal i tij. Pastaj, në temperatura nga 4 në 0 ° C, ndodh një rirregullim i lidhjeve në molekulën e ujit dhe struktura e tij bëhet më pak e dendur.

Në një temperaturë prej 0 ° C, faza e lëngshme e ujit ndryshon në të ngurtë. Pasi uji ngrin plotësisht dhe kthehet në akull, vëllimi i tij rritet me 8, 4%, gjë që çon në plasjen e shishes plastike. Përmbajtja e lëngshme në shumë produkte është e ulët, kështu që ato nuk rriten në vëllim aq dukshëm kur ngrihen.

3. Absorbimi dhe adsorbimi

Këto dy dukuri pothuajse të pandashme, të quajtura nga latinishtja sorbeo (për të thithur), vërehen, për shembull, kur ngrohni ujin në një kazan ose tenxhere. Një gaz që nuk vepron kimikisht në një lëng, megjithatë mund të absorbohet prej tij në kontakt me të. Ky fenomen quhet absorbim.

Kur gazrat përthithen nga trupa të ngurtë me kokrriza të imta ose poroze, shumica e tyre grumbullohen dendur dhe mbahen në sipërfaqen e poreve ose kokrrave dhe nuk shpërndahen në të gjithë vëllimin. Në këtë rast, procesi quhet adsorbim. Këto dukuri mund të vërehen kur zien uji - flluska ndahen nga muret e një tenxhere ose kazan kur nxehen.

Ajri i çliruar nga uji përmban 63% nitrogjen dhe 36% oksigjen. Në përgjithësi, ajri atmosferik përmban 78% nitrogjen dhe 21% oksigjen.

Kripa e tryezës në një enë të pambuluar mund të laget për shkak të vetive të saj higroskopike - thithjes së avullit të ujit nga ajri. Dhe soda e bukës vepron si një absorbues kur vendoset në frigorifer për të hequr aromat.

4. Manifestimi i ligjit të Arkimedit

Kur jemi gati të gatuajmë pulën, e mbushim tenxheren me ujë rreth gjysmë ose ¾, në varësi të madhësisë së pulës. Duke e zhytur trupin e pajetë në një tenxhere me ujë, vërejmë se pesha e pulës në ujë zvogëlohet dukshëm dhe uji ngrihet deri në skajet e tenxhere.

Ky fenomen shpjegohet me forcën e lëvizshmërisë ose ligjin e Arkimedit. Në këtë rast, një forcë lëvizëse vepron në një trup të zhytur në një lëng, e barabartë me peshën e lëngut në vëllimin e pjesës së zhytur të trupit. Kjo forcë quhet forca e Arkimedit, siç është vetë ligji, i cili shpjegon këtë fenomen.

5. Tensioni sipërfaqësor

Shumë njerëz kujtojnë eksperimentet me filma të lëngjeve, të cilat u shfaqën në mësimet e fizikës në shkollë. Një kornizë e vogël teli me një anë të lëvizshme u zhyt në ujë me sapun dhe më pas u nxorr jashtë. Forcat e tensionit sipërfaqësor në filmin e formuar përgjatë perimetrit ngritën pjesën e poshtme të lëvizshme të kornizës. Për ta mbajtur atë të palëvizur, një peshë u pezullua nga ajo kur eksperimenti u përsërit.

Ky fenomen mund të vërehet në një kullesë - pas përdorimit, uji mbetet në vrimat në fund të këtyre enëve të kuzhinës. I njëjti fenomen mund të vërehet pas larjes së pirunëve - ka edhe vija uji në sipërfaqen e brendshme midis disa dhëmbëve.

Fizika e lëngjeve e shpjegon këtë fenomen si më poshtë: molekulat e lëngshme janë aq afër njëra-tjetrës sa forcat e tërheqjes ndërmjet tyre krijojnë tension sipërfaqësor në rrafshin e sipërfaqes së lirë. Nëse forca e tërheqjes së molekulave të ujit të filmit të lëngshëm është më e dobët se forca e tërheqjes në sipërfaqen e kullesës, atëherë filmi i ujit prishet.

Gjithashtu, forcat e tensionit sipërfaqësor bien në sy kur hedhim drithërat ose bizelet, fasulet në një tenxhere me ujë, ose shtojmë kokrra të rrumbullakëta piper. Disa kokrra do të mbeten në sipërfaqen e ujit, ndërsa shumica do të zhyten në fund nën peshën e pjesës tjetër. Nëse shtypni lehtë mbi kokrrat lundruese me majën e gishtit ose me një lugë, ato do të kapërcejnë tensionin sipërfaqësor të ujit dhe do të zhyten në fund.

6. Lagja dhe përhapja

Lëngu i derdhur mund të formojë njolla të vogla në një sobë të lyer me yndyrë dhe një pellg të vetëm në tryezë. Puna është se molekulat e lëngshme në rastin e parë tërhiqen më shumë nga njëra-tjetra sesa nga sipërfaqja e pllakës, ku ka një shtresë yndyrore të pa lagur nga uji, dhe në një tryezë të pastër tërheqja e molekulave të ujit ndaj molekulave të sipërfaqja e tryezës është më e lartë se tërheqja e molekulave të ujit me njëra-tjetrën. Si rezultat, pellgu përhapet.

Ky fenomen lidhet edhe me fizikën e lëngjeve dhe lidhet me tensionin sipërfaqësor. Siç e dini, një flluskë sapuni ose pika të lëngshme kanë një formë sferike për shkak të forcave të tensionit sipërfaqësor.

Në një pikëz, molekulat e lëngshme tërhiqen nga njëra-tjetra më fort sesa nga molekulat e gazit dhe priren në brendësi të pikës së lëngshme, duke zvogëluar sipërfaqen e saj. Por, nëse ka një sipërfaqe të ngurtë të lagur, atëherë një pjesë e pikës gjatë kontaktit shtrihet përgjatë saj, sepse molekulat e lëndës së ngurtë tërheqin molekulat e lëngut dhe kjo forcë tejkalon forcën e tërheqjes midis molekulave të lëngut..

Shkalla e njomjes dhe përhapjes mbi një sipërfaqe të ngurtë do të varet nga cila forcë është më e madhe - forca e tërheqjes së molekulave të një lëngu dhe molekulave të një të ngurtë ndërmjet tyre ose forca e tërheqjes së molekulave brenda një lëngu.

Që nga viti 1938, ky fenomen fizik është përdorur gjerësisht në industri, në prodhimin e mallrave shtëpiake, kur materiali Teflon (politetrafluoroetilen) u sintetizua në laboratorin DuPont.

Karakteristikat e tij përdoren jo vetëm në prodhimin e enëve të gatimit që nuk ngjiten, por edhe në prodhimin e pëlhurave të papërshkueshme nga uji, të papërshkueshëm nga uji dhe veshjeve për rroba dhe këpucë. Teflon njihet nga Libri i Rekordeve Guinness si substanca më e rrëshqitshme në botë. Ka tension dhe ngjitje (ngjitje) shumë të ulët sipërfaqësore, nuk laget me ujë, yndyrë ose shumë tretës organikë.

7. Përçueshmëri termike

Një nga fenomenet më të zakonshme në kuzhinë që mund të vëzhgojmë është ngrohja e një kazan ose uji në një tenxhere. Përçueshmëria termike është transferimi i nxehtësisë përmes lëvizjes së grimcave kur ka një ndryshim (gradient) në temperaturë. Ndër llojet e përçueshmërisë termike, ekziston edhe konvekcioni.

Në rastin e substancave identike, përçueshmëria termike e lëngjeve është më e vogël se ajo e trupave të ngurtë dhe më e lartë se ajo e gazeve. Përçueshmëria termike e gazeve dhe metaleve rritet me rritjen e temperaturës dhe ajo e lëngjeve zvogëlohet. Ne vazhdimisht përballemi me konvekcionin, nëse trazojmë supën ose çajin me lugë, ose hapim një dritare, ose ndezim ajrimin për të ajrosur kuzhinën.

Konvekcioni - nga latinishtja convectiō (transferim) - një lloj transferimi i nxehtësisë kur energjia e brendshme e një gazi ose lëngu transferohet nga avionët dhe rrjedhat. Dalloni midis konvekcionit natyror dhe të detyruar. Në rastin e parë, shtresat e lëngut ose të ajrit përzihen vetë kur nxehen ose ftohen. Dhe në rastin e dytë, ka një përzierje mekanike të një lëngu ose gazi - me një lugë, tifoz ose në një mënyrë tjetër.

8. Rrezatimi elektromagnetik

Një furrë me mikrovalë quhet ndonjëherë një furrë me mikrovalë, ose furrë me mikrovalë. Elementi kryesor i çdo furre me mikrovalë është një magnetron, i cili konverton energjinë elektrike në rrezatim elektromagnetik mikrovalor me një frekuencë deri në 2.45 gigahertz (GHz). Rrezatimi ngroh ushqimin duke ndërvepruar me molekulat e tij.

Produktet përmbajnë molekula dipole që përmbajnë ngarkesa pozitive elektrike dhe negative në pjesët e tyre të kundërta.

Këto janë molekula të yndyrave, sheqerit, por mbi të gjitha molekulat dipole janë në ujë, i cili gjendet pothuajse në çdo produkt. Fusha e mikrovalës, duke ndryshuar vazhdimisht drejtimin e saj, i bën molekulat të vibrojnë me frekuencë të lartë, të cilat rreshtohen përgjatë vijave të forcës në mënyrë që të gjitha pjesët e ngarkuara pozitive të molekulave të "duken" në një drejtim ose në tjetrin. Shfaqet fërkimi molekular, lirohet energji, e cila ngroh ushqimin.

9. Induksioni

Në kuzhinë, gjithnjë e më shumë mund të gjeni soba me induksion, të cilat bazohen në këtë fenomen. Fizikani anglez Michael Faraday zbuloi induksionin elektromagnetik në 1831 dhe që atëherë është e pamundur të imagjinohet jeta jonë pa të.

Faraday zbuloi shfaqjen e një rryme elektrike në një lak të mbyllur për shkak të një ndryshimi në fluksin magnetik që kalon nëpër këtë lak. Një përvojë shkollore njihet kur një magnet i sheshtë lëviz brenda një qarku në formë spirale të një teli (solenoid) dhe në të shfaqet një rrymë elektrike. Ekziston edhe një proces i kundërt - një rrymë elektrike alternative në një solenoid (spiral) krijon një fushë magnetike alternative.

Një tenxhere moderne me induksion funksionon në të njëjtin parim. Nën një panel ngrohjeje qelqi-qeramike (neutral ndaj lëkundjeve elektromagnetike) të një sobë të tillë ka një spirale induksioni përmes së cilës rrjedh një rrymë elektrike me një frekuencë prej 20-60 kHz, duke krijuar një fushë magnetike alternative që shkakton rryma vorbull në një shtresë të hollë. (shtresë lëkure) e pjesës së poshtme të një ene metalike.

Rezistenca elektrike ngroh enët. Këto rryma nuk janë më të rrezikshme se pjatat e nxehta në soba të zakonshme. Enët e gatimit duhet të jenë prej çeliku ose gize me veti feromagnetike (të tërheqin një magnet).

10. Përthyerja e dritës

Këndi i incidencës së dritës është i barabartë me këndin e reflektimit, dhe përhapja e dritës natyrore ose e dritës nga llambat shpjegohet nga një natyrë e dyfishtë, grimca valore: nga njëra anë, këto janë valë elektromagnetike, dhe nga ana tjetër, grimca-fotone, të cilat lëvizin me shpejtësinë maksimale të mundshme në Univers.

Në kuzhinë, mund të vëzhgoni një fenomen të tillë optik si thyerja e dritës. Për shembull, kur ka një vazo transparente me lule në tryezën e kuzhinës, kërcelli në ujë duket se zhvendoset në kufirin e sipërfaqes së ujit në lidhje me vazhdimin e tyre jashtë lëngut. Fakti është se uji, si një lente, thyen rrezet e dritës të reflektuara nga kërcellet në vazo.

Një gjë e ngjashme vërehet në një gotë çaji transparent, në të cilin është zhytur një lugë. Ju gjithashtu mund të shihni një imazh të shtrembëruar dhe të zmadhuar të fasuleve ose drithërave në fund të një tenxhere të thellë me ujë të pastër.