Մենք սովորում ենք ֆիզիկա և երեխաներին սովորեցնում ենք առանց խոհանոցից դուրս գալու

2024 Հեղինակ: Seth Attwood | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-16 16:07

Մենք ամեն օր 1-2 ժամ ենք անցկացնում խոհանոցում։ Ինչ-որ մեկը պակաս, մեկը ավելի շատ: Ասված է, որ մենք հազվադեպ ենք մտածում ֆիզիկական երևույթների մասին, երբ պատրաստում ենք նախաճաշ, ճաշ կամ ընթրիք: Բայց կենցաղային պայմաններում դրանց ավելի մեծ կենտրոնացում չի կարող լինել, քան խոհանոցում, բնակարանում։ Երեխաներին ֆիզիկան բացատրելու լավ հնարավորություն։

1. Դիֆուզիա

Խոհանոցում մենք անընդհատ բախվում ենք այս երեւույթի հետ։ Նրա անունը ծագել է լատիներեն diffusio - փոխազդեցություն, ցրում, բաշխում:

Սա երկու հարակից նյութերի մոլեկուլների կամ ատոմների փոխադարձ ներթափանցման գործընթացն է։ Դիֆուզիայի արագությունը համաչափ է մարմնի խաչմերուկի տարածքին (ծավալին), և խառնած նյութերի կոնցենտրացիաների, ջերմաստիճանների տարբերությանը: Եթե կա ջերմաստիճանի տարբերություն, ապա այն սահմանում է տարածման ուղղությունը (գրադիենտ)՝ տաքից սառը։ Արդյունքում տեղի է ունենում մոլեկուլների կամ ատոմների կոնցենտրացիաների ինքնաբուխ հավասարեցում։

Այս երեւույթը կարելի է նկատել խոհանոցում, երբ հոտերը տարածվում են։ Գազերի դիֆուզիայի շնորհիվ մեկ այլ սենյակում նստած կարող ես հասկանալ, թե ինչ է եփում։ Ինչպես գիտեք, բնական գազն առանց հոտի է, և դրան ավելացվում է հավելում, որպեսզի հեշտացվի կենցաղային գազի արտահոսքը հայտնաբերելու համար:

Օդորանտը, ինչպիսին է էթիլ մերկապտանը, ավելացնում է սուր հոտ: Եթե այրիչը առաջին անգամ չի վառվում, ապա մեզ մոտ զգացվում է կոնկրետ հոտ, որը մանկուց գիտենք որպես կենցաղային գազի հոտ։

Իսկ եթե թեյի հատիկներ կամ թեյի տոպրակ գցեք եռման ջրի մեջ ու չխառնեք, ապա կտեսնեք, թե ինչպես է թեյի թուրմը տարածվում մաքուր ջրի ծավալով։

Սա հեղուկների դիֆուզիոն է։ Պինդ նյութում դիֆուզիայի օրինակ կարող է լինել լոլիկի, վարունգի, սնկի կամ կաղամբի աղը: Ջրի աղի բյուրեղները քայքայվում են Na-ի և Cl-ի իոնների, որոնք քաոսային շարժվելով ներթափանցում են բանջարեղենի կամ սնկերի բաղադրության մեջ գտնվող նյութերի մոլեկուլների միջև։

2. Ագրեգացման վիճակի փոփոխություն

Մեզանից քչերն են նկատել, որ ձախ բաժակ ջրի մեջ մի քանի օր անց ջրի նույն մասը գոլորշիանում է սենյակային ջերմաստիճանում, ինչ 1-2 րոպե եռալիս։ Եվ երբ մենք սառեցնում ենք սնունդը կամ ջուրը սառցաբեկորների համար սառնարանում, մենք չենք մտածում, թե ինչպես է դա տեղի ունենում:

Մինչդեռ խոհանոցային այս ամենատարածված և տարածված երեւույթները հեշտությամբ բացատրվում են։ Հեղուկն ունի միջանկյալ վիճակ պինդ և գազերի միջև։

Եռալուց կամ սառչելուց տարբեր ջերմաստիճաններում հեղուկի մոլեկուլների միջև ձգողական ուժերը այնքան ուժեղ կամ թույլ չեն, որքան պինդ մարմիններում և գազերում: Ուստի, օրինակ, միայն էներգիա ստանալով (արևի ճառագայթներից, օդի մոլեկուլներից՝ սենյակային ջերմաստիճանում), բաց մակերևույթից հեղուկ մոլեկուլները աստիճանաբար անցնում են գազային փուլ՝ ստեղծելով գոլորշիների ճնշում հեղուկի մակերեսից վեր։

Գոլորշիացման արագությունը մեծանում է հեղուկի մակերեսի մեծացմամբ, ջերմաստիճանի բարձրացմամբ և արտաքին ճնշման նվազմամբ: Եթե ջերմաստիճանը բարձրացվի, ապա այս հեղուկի գոլորշու ճնշումը հասնում է արտաքին ճնշմանը։ Ջերմաստիճանը, որում դա տեղի է ունենում, կոչվում է եռման կետ: Եռման կետը նվազում է արտաքին ճնշման նվազմամբ։ Հետեւաբար, լեռնային շրջաններում ջուրն ավելի արագ է եռում։

Եվ հակառակը, երբ ջերմաստիճանն իջնում է, ջրի մոլեկուլները կորցնում են իրենց կինետիկ էներգիան՝ հասնելով միմյանց միջև ձգողական ուժերի մակարդակին: Նրանք այլևս քաոսային չեն շարժվում, ինչը թույլ է տալիս ձևավորել պինդ մարմինների նման բյուրեղային ցանց։ 0 ° C ջերմաստիճանը, որում դա տեղի է ունենում, կոչվում է ջրի սառեցման կետ:

Երբ սառչում է, ջուրը ընդլայնվում է:Շատերը կարող էին ծանոթանալ այս երևույթին, երբ ըմպելիքով պլաստիկ շիշը դրեցին սառցախցիկի մեջ՝ արագ սառչելու համար և մոռացան դրա մասին, իսկ հետո շիշը պայթում էր։ Երբ սառչում է մինչև 4 ° C ջերմաստիճանում, առաջին հերթին նկատվում է ջրի խտության աճ, որի դեպքում հասնում է դրա առավելագույն խտությունը և նվազագույն ծավալը: Այնուհետև, 4-ից 0 ° C ջերմաստիճանում, ջրի մոլեկուլում տեղի է ունենում կապերի վերադասավորում, և դրա կառուցվածքը դառնում է ավելի քիչ խիտ:

0 ° C ջերմաստիճանի դեպքում ջրի հեղուկ փուլը փոխվում է պինդի: Այն բանից հետո, երբ ջուրն ամբողջությամբ սառչում է և վերածվում սառույցի, դրա ծավալն աճում է 8,4%-ով, ինչը հանգեցնում է պլաստիկ շշի պայթելուն։ Շատ ապրանքների մեջ հեղուկի պարունակությունը ցածր է, ուստի դրանք այնքան էլ նկատելի չեն մեծանում, երբ դրանք սառչում են:

3. Ներծծում և կլանում

Այս երկու գրեթե անբաժանելի երևույթները, որոնք կոչվում են լատիներեն սորբեո (կլանել), նկատվում են, օրինակ, թեյնիկում կամ կաթսայում ջուր տաքացնելիս։ Գազը, որը քիմիապես չի գործում հեղուկի վրա, այնուհանդերձ կարող է ներծծվել դրա հետ շփման ժամանակ: Այս երեւույթը կոչվում է կլանում:

Երբ գազերը ներծծվում են պինդ մանրահատիկ կամ ծակոտկեն մարմինների կողմից, դրանց մեծ մասը խիտ կուտակվում է և պահվում ծակոտիների կամ հատիկների մակերեսին և չի բաշխվում ամբողջ ծավալով։ Այս դեպքում գործընթացը կոչվում է adsorption: Այս երեւույթները կարելի է նկատել ջուրը եռացնելիս՝ կաթսայի կամ թեյնիկի պատերից պղպջակներ տաքացնելիս առանձնանում են։

Ջրից ազատված օդը պարունակում է 63% ազոտ և 36% թթվածին։ Ընդհանուր առմամբ, մթնոլորտային օդը պարունակում է 78% ազոտ և 21% թթվածին։

Սեղանի աղը չծածկված տարայի մեջ կարող է թրջվել իր հիգրոսկոպիկ հատկությունների շնորհիվ՝ օդից ջրի գոլորշիների կլանման: Իսկ խմորի սոդան սառնարանում դնելիս գործում է որպես ներծծող՝ հոտերը հեռացնելու համար:

4. Արքիմեդի օրենքի դրսեւորում

Երբ պատրաստ ենք հավի միսը եփել, կաթսան լցնում ենք ջրով մոտ կես կամ ¾՝ կախված հավի չափսից։ Դիակը ջրի կաթսայի մեջ ընկղմելով՝ նկատում ենք, որ ջրի մեջ հավի կշիռը նկատելիորեն նվազում է, և ջուրը բարձրանում է կաթսայի եզրեր։

Այս երեւույթը բացատրվում է լողացող ուժով կամ Արքիմեդի օրենքով։ Այս դեպքում հեղուկի մեջ ընկղմված մարմնի վրա գործում է լողացող ուժ, որը հավասար է հեղուկի քաշին մարմնի սուզված մասի ծավալում։ Այս ուժը կոչվում է Արքիմեդի ուժ, ինչպես և հենց օրենքը, որը բացատրում է այս երևույթը։

5. Մակերեւութային լարվածություն

Շատերը հիշում են հեղուկների ֆիլմերի փորձերը, որոնք ցուցադրվում էին դպրոցում ֆիզիկայի դասերին։ Մի շարժական կողմով փոքր մետաղական շրջանակը թաթախվել է օճառի ջրի մեջ, այնուհետև դուրս հանվել: Պարագծի երկայնքով ձևավորված ֆիլմի մակերևութային լարվածության ուժերը բարձրացրել են շրջանակի ստորին շարժական մասը։ Այն անշարժ պահելու համար, փորձը կրկնելիս նրանից քաշ են կախել:

Այս երևույթը կարելի է նկատել քամոցում. օգտագործելուց հետո ջուրը մնում է այս խոհանոցային պարագաների հատակի անցքերում: Նույն երեւույթը կարելի է նկատել պատառաքաղները լվանալուց հետո՝ որոշ ատամների արանքում կան նաև ջրի շերտեր։

Հեղուկների ֆիզիկան այս երևույթը բացատրում է հետևյալ կերպ՝ հեղուկի մոլեկուլներն այնքան մոտ են միմյանց, որ նրանց միջև ձգողական ուժերը ստեղծում են մակերևութային լարվածություն ազատ մակերեսի հարթությունում։ Եթե հեղուկ թաղանթի ջրի մոլեկուլների ձգողական ուժն ավելի թույլ է, քան քամոցի մակերեսին ձգող ուժը, ապա ջրի թաղանթը կոտրվում է:

Նաև մակերեսային լարվածության ուժերը նկատելի են, երբ հացահատիկները կամ ոլոռը, լոբին լցնում ենք ջրով կաթսայի մեջ կամ ավելացնում ենք պղպեղի կլոր հատիկներ։ Որոշ հատիկներ կմնան ջրի մակերեսին, մինչդեռ մեծ մասը կիջնի հատակը մնացածի ծանրության տակ: Եթե մատի ծայրով կամ գդալով թեթև սեղմեք լողացող հատիկների վրա, ապա դրանք կհաղթահարեն ջրի մակերեսային լարվածությունը և կիջնեն հատակը։

6. Թրջվելն ու տարածվելը

Թափված հեղուկը կարող է փոքր բծեր առաջացնել յուղապատ վառարանի վրա, իսկ սեղանի վրա՝ մեկ ջրափոս:Բանն այն է, որ հեղուկ մոլեկուլները առաջին դեպքում ավելի շատ են ձգվում միմյանց, քան ափսեի մակերեսը, որտեղ կա ջրով չթրջված ճարպային թաղանթ, իսկ մաքուր սեղանի վրա ջրի մոլեկուլների ձգումը դեպի մոլեկուլներ. սեղանի մակերեսը ավելի բարձր է, քան ջրի մոլեկուլների ձգումը միմյանց նկատմամբ: Արդյունքում ջրափոսը տարածվում է։

Այս երեւույթը կապված է նաեւ հեղուկների ֆիզիկայի հետ եւ կապված է մակերեւութային լարվածության հետ։ Ինչպես գիտեք, օճառի պղպջակը կամ հեղուկ կաթիլները մակերեսային լարվածության ուժերի պատճառով ունեն գնդաձև ձև:

Կաթիլում հեղուկի մոլեկուլները ավելի ուժեղ են ձգվում միմյանց, քան գազի մոլեկուլները, և հակված են դեպի հեղուկ կաթիլը ներս՝ նվազեցնելով դրա մակերեսը։ Բայց եթե կա պինդ խոնավ մակերես, ապա շփվելիս կաթիլի մի մասը ձգվում է դրա երկայնքով, քանի որ պինդի մոլեկուլները ձգում են հեղուկի մոլեկուլները, և այդ ուժը գերազանցում է հեղուկի մոլեկուլների միջև ձգողական ուժը։.

Պինդ մակերևույթի վրա թրջվելու և տարածվելու աստիճանը կախված կլինի նրանից, թե որ ուժն է ավելի մեծ՝ հեղուկի մոլեկուլների և պինդի մոլեկուլների ներգրավման ուժը միմյանց միջև, թե՞ հեղուկի ներսում մոլեկուլների ներգրավման ուժը:

1938 թվականից այս ֆիզիկական երևույթը լայնորեն կիրառվում է արդյունաբերության մեջ՝ կենցաղային ապրանքների արտադրության մեջ, երբ DuPont լաբորատորիայում սինթեզվել է տեֆլոն (պոլիտետրաֆտորէթիլեն) նյութ։

Դրա հատկությունները օգտագործվում են ոչ միայն չկպչող սպասքների, այլև անջրանցիկ, ջրակայուն գործվածքների և հագուստի և կոշիկի ծածկույթների արտադրության մեջ: Տեֆլոնը Գինեսի ռեկորդների գրքում ճանաչվել է որպես աշխարհի ամենասայթաքուն նյութ։ Այն ունի շատ ցածր մակերեսային լարվածություն և կպչունություն (կպչուն), այն չի թրջվում ջրով, քսուքով կամ շատ օրգանական լուծիչներով։

7. Ջերմահաղորդականություն

Խոհանոցում ամենատարածված երեւույթներից մեկը, որը մենք կարող ենք դիտարկել, կաթսայի մեջ թեյնիկի կամ ջրի տաքացումն է։ Ջերմային հաղորդունակությունը ջերմության փոխանցումն է մասնիկների շարժման միջոցով, երբ կա ջերմաստիճանի տարբերություն (գրադիենտ): Ջերմահաղորդականության տեսակների շարքում կա նաև կոնվեկցիա։

Նույն նյութերի դեպքում հեղուկների ջերմային հաղորդունակությունը պակաս է, քան պինդները, իսկ ավելի բարձր, քան գազերը։ Գազերի և մետաղների ջերմային հաղորդունակությունը մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, իսկ հեղուկներինը՝ նվազում։ Մենք անընդհատ բախվում ենք կոնվեկցիայի հետ՝ անկախ նրանից՝ մենք գդալով խառնում ենք ապուրը կամ թեյը, բացում ենք պատուհանը, կամ միացնում ենք օդափոխությունը՝ խոհանոցը օդափոխելու համար։

Կոնվեկցիա - լատիներեն convectiō (փոխանցում) - ջերմության փոխանցման տեսակ, երբ գազի կամ հեղուկի ներքին էներգիան փոխանցվում է շիթերի և հոսքերի միջոցով: Տարբերակել բնական կոնվեկցիան և հարկադիրը: Առաջին դեպքում հեղուկի կամ օդի շերտերն իրենք են խառնվում, երբ տաքանում կամ սառչում են: Իսկ երկրորդ դեպքում տեղի է ունենում հեղուկի կամ գազի մեխանիկական խառնում՝ գդալով, օդափոխիչով կամ այլ կերպ։

8. Էլեկտրամագնիսական ճառագայթում

Միկրոալիքային վառարանը երբեմն կոչվում է միկրոալիքային վառարան կամ միկրոալիքային վառարան: Յուրաքանչյուր միկրոալիքային վառարանի հիմնական տարրը մագնետրոնն է, որը էլեկտրական էներգիան փոխակերպում է մինչև 2,45 գիգահերց (ԳՀց) հաճախականությամբ միկրոալիքային էլեկտրամագնիսական ճառագայթման: Ճառագայթումը տաքացնում է սնունդը՝ փոխազդելով նրա մոլեկուլների հետ։

Ապրանքները պարունակում են դիպոլային մոլեկուլներ, որոնք պարունակում են դրական էլեկտրական և բացասական լիցքեր իրենց հակառակ մասերի վրա:

Սրանք ճարպերի, շաքարի մոլեկուլներ են, բայց ամենից շատ դիպոլային մոլեկուլները գտնվում են ջրի մեջ, որը կարելի է գտնել գրեթե ցանկացած ապրանքի մեջ: Միկրոալիքային դաշտը, անընդհատ փոխելով իր ուղղությունը, ստիպում է մոլեկուլներին բարձր հաճախականությամբ թրթռալ, որոնք շարվում են ուժի գծերի երկայնքով այնպես, որ մոլեկուլների բոլոր դրական լիցքավորված մասերը «նայում» են այս կամ այն ուղղությամբ: Առաջանում է մոլեկուլային շփում, ազատվում է էներգիա, որը տաքացնում է սնունդը։

9. Ինդուկցիա

Խոհանոցում դուք ավելի ու ավելի շատ կարող եք գտնել ինդուկցիոն կաթսաներ, որոնք հիմնված են այս երեւույթի վրա:Անգլիացի ֆիզիկոս Մայքլ Ֆարադեյը 1831 թվականին հայտնաբերեց էլեկտրամագնիսական ինդուկցիան, և այդ ժամանակվանից ի վեր անհնար է պատկերացնել մեր կյանքը առանց դրա:

Ֆարադեյը հայտնաբերել է էլեկտրական հոսանքի առաջացումը փակ հանգույցում այս օղակով անցնող մագնիսական հոսքի փոփոխության պատճառով: Դպրոցական փորձը հայտնի է, երբ հարթ մագնիսը շարժվում է մետաղալարի պարուրաձև շղթայի ներսում (էլեկտրամագնիս), և դրա մեջ հայտնվում է էլեկտրական հոսանք: Գոյություն ունի նաև հակադարձ պրոցես՝ էլեկտրամագնիսում (կծիկ) փոփոխական էլեկտրական հոսանքը ստեղծում է փոփոխական մագնիսական դաշտ։

Ժամանակակից ինդուկցիոն կաթսան աշխատում է նույն սկզբունքով։ Նման վառարանի ապակե-կերամիկական ջեռուցման վահանակի տակ (էլեկտրամագնիսական տատանումների նկատմամբ չեզոք) կա ինդուկցիոն կծիկ, որի միջով հոսում է էլեկտրական հոսանք 20-60 կՀց հաճախականությամբ՝ ստեղծելով փոփոխական մագնիսական դաշտ, որը բարակ շերտով առաջացնում է պտտվող հոսանքներ։ (մաշկի շերտ) մետաղյա սպասքի հատակի։

Էլեկտրական դիմադրությունը տաքացնում է սպասքը։ Այս հոսանքները ավելի վտանգավոր չեն, քան սովորական վառարանների շիկացած ուտեստները։ Խոհարարական սպասքը պետք է լինի պողպատե կամ չուգուն՝ ֆերոմագնիսական հատկություններով (գրավում է մագնիս):

10. Լույսի բեկում

Լույսի անկման անկյունը հավասար է անդրադարձման անկյան, իսկ բնական լույսի կամ լամպերից լույսի տարածումը բացատրվում է երկակի, ալիքային մասնիկային բնույթով. մի կողմից դրանք էլեկտրամագնիսական ալիքներ են, իսկ մյուս կողմից՝ մասնիկներ-ֆոտոններ, որոնք շարժվում են Տիեզերքում հնարավոր առավելագույն արագությամբ։

Խոհանոցում դուք կարող եք դիտարկել այնպիսի օպտիկական երևույթ, ինչպիսին է լույսի բեկումը։ Օրինակ, երբ խոհանոցի սեղանի վրա կա ծաղիկներով թափանցիկ ծաղկաման, ջրի մեջ ցողունները կարծես թե տեղաշարժվում են ջրի մակերևույթի սահմանին՝ հեղուկից դուրս իրենց շարունակության համեմատ: Բանն այն է, որ ջուրը, ինչպես ոսպնյակը, բեկում է ծաղկամանի մեջ գտնվող ցողուններից արտացոլված լույսի ճառագայթները:

Նման բան նկատվում է թեյի թափանցիկ բաժակի մեջ, որի մեջ թաթախված է գդալ։ Դուք կարող եք նաև տեսնել լոբի կամ հացահատիկի աղավաղված և ընդլայնված պատկեր մաքուր ջրի խորը կաթսայի հատակին: