10 физически явления в кухнята: учим физика (и обясняваме на децата)

1. Дифузия . Постоянно се сблъскваме с това явление в кухнята. Името му произлиза от латинското diffusio - взаимодействие, дисперсия, разпространение. Това е процес на взаимно проникване на молекули или атоми на две съседни вещества. Скоростта на дифузия е пропорционална на площта на напречното сечение на тялото (обем) и разликата в концентрациите и температурите на смесените вещества. Ако има температурна разлика, тогава тя определя посоката на разпространение (градиент) - от горещо към студено. В резултат на това се получава спонтанно изравняване на концентрациите на молекули или атоми.

Това явление в кухнята може да се наблюдава с разпространението на миризми. Благодарение на дифузията на газове, седейки в друга стая, можете да разберете какво се подготвя. Както знаете, природният газ няма мирис и към него се добавя добавка, за да се улесни откриването на изтичане на битов газ. Остра миризма добавя аромат, като етил меркаптан. Ако горелката не се запали от първия път, тогава можем да усетим специфична миризма, която познаваме от детството си като миризма на домашен газ.

И ако хвърлите зърна чай или чаена торбичка във вряща вода и не бъркате, можете да видите как чаената инфузия се разпределя в количеството чиста вода. Това е дифузията на течности. Пример за дифузия в твърдо вещество е осоляването на домати, краставици, гъби или зеле. Солените кристали във вода се разпадат на йони Na ​​и Cl, които, движейки се произволно, проникват между молекулите на веществата в зеленчуците или гъбите.

2. Промяна на състоянието на агрегиране. Малко от нас забелязаха, че в чаша вода, останала след няколко дни, същата част от водата се изпарява при стайна температура, както при кипене за 1-2 минути. И когато замразяваме храна или вода за кубчета лед в хладилника, не мислим как се случва това. Междувременно тези съвсем обикновени и чести явления в кухнята се обясняват лесно. Течността има междинно състояние между твърди вещества и газове. При температури, различни от кипене или замръзване, атрактивните сили между молекулите в течност не са толкова силни или слаби, колкото в твърди частици и газове. Следователно, например, само когато получават енергия (от слънчева светлина, молекули въздух със стайна температура) течните молекули от открита повърхност постепенно се прехвърлят в газовата фаза, създавайки налягане на парата над повърхността на течността. Скоростта на изпарение се увеличава с увеличаване на повърхността на течността, повишаване на температурата и намаляване на външното налягане. Ако температурата се повиши, налягането на парата на тази течност достига външно налягане. Температурата, при която това се случва, се нарича точка на кипене. Точката на кипене намалява с намаляване на външното налягане. Затова в планинските райони водата кипи по-бързо.

И обратно, молекулите на водата губят кинетична енергия до ниво на атрактивни сили помежду си, когато температурата се понижи. Те вече не се движат произволно, което позволява образуването на кристална решетка, както в твърди частици. Температурата 0 ° C, при която това се случва, се нарича точка на замръзване на водата. При замръзване водата се разширява. Мнозина можеха да се запознаят с това явление, когато сложиха пластмасова бутилка с напитка във фризера за бързо охлаждане и забравиха за нея, а след това тя се спука с бутилка. При охлаждане до температура от 4 ° C първо се наблюдава увеличаване на плътността на водата, при което се постига нейната максимална плътност и минимален обем. След това при температура от 4 до 0 ° С връзките се пренареждат във водната молекула и нейната структура става по-малко плътна. При 0 ° С течната фаза на водата се променя в твърда. След пълното замразяване на водата и превръщането й в лед обемът й нараства с 8.4%, което води до спукване на пластмасовата бутилка. Съдържанието на течност в много продукти е малко, така че когато са замразени, те не се забелязват толкова значително в обем.

3. Абсорбция и адсорбция. Тези две почти неразделни явления, наречени латински сорбео (абсорбират), се наблюдават например при нагряване на вода в чайник или тиган. Газ, който не действа химически върху течност, обаче може да бъде абсорбиран при контакт с него. Това явление се нарича абсорбция. Когато газовете се абсорбират от твърди финозърнести или порести тела, повечето от тях се натрупват гъсто и се задържат на повърхността на порите или зърната и не се разпределят в целия обем. В този случай процесът се нарича адсорбция. Тези явления могат да се наблюдават при вряща вода - от стените на саксията или чайника при нагряване се отделят мехурчета. Въздухът, отделен от водата, съдържа 63% азот и 36% кислород. Но като цяло атмосферният въздух съдържа 78% азот и 21% кислород.

Солта в неотворен контейнер може да се намокри поради хигроскопичните си свойства - абсорбиране на водна пара от въздуха. А содата действа като адсорбент, когато се поставя в хладилник, за да премахне миризмата.

4. Проявата на закона на Архимед. Приготвяйки се да сварите пилето, напълваме тигана с около половината или върху вода, в зависимост от размера на пилето. Потапяйки трупа в тиган с вода, ние забелязваме, че теглото на пилето във водата намалява значително и водата се издига до краищата на тигана.

Това явление се обяснява с плаваемост или от закона на Архимед. В този случай плаващата сила, равна на теглото на течността в обема на потопената част на тялото, действа върху тялото, потопено в течността. Тази сила се нарича силата на Архимед, както и самият закон, който обяснява това явление.

5. Повърхностното напрежение. Мнозина помнят експериментите с филми с течности, които бяха показани на уроци по физика в училище. Малка телена рамка с една подвижна страна беше спусната в сапунена вода и след това извадена. Силите на повърхностното напрежение във филма, образувани около периметъра, повдигнаха долната подвижна част на рамката. За да запази неподвижността си, теглото й бе спряно по време на многократния експеримент. Това явление може да се наблюдава в гевгир - след като използвате дъното на тази кухненска посуда в дупки, остава вода. Същото явление може да се наблюдава и след измиване на вилиците - по вътрешната повърхност между някои зъби има и ивици вода.

Физиката на течностите обяснява това явление по следния начин: молекулите на течностите са толкова близо една до друга, че атрактивните сили между тях създават повърхностно напрежение в равнината на свободната повърхност. Ако силата на привличане на водните молекули на течния филм е по-слаба от силата на привличане към повърхността на гевгира, тогава водният филм се разрушава. Също така силите на повърхностното напрежение се забелязват, когато изсипваме зърна или грах, боб или добавяме кръгли зърна черен пипер в тиган с вода. Някои зърна ще останат на повърхността на водата, докато повечето под теглото на останалите ще потънат на дъното. Ако натиснете леко върху плаващите зърна с пръст или лъжица, тогава те ще преодолеят повърхностното напрежение на водата и ще потънат на дъното.

6. Намокряне и разпространение. Разлятата течност може да образува малки петна върху готварска печка и една локва на масата. Работата е там, че в първия случай течните молекули са по-силно привлечени една от друга, отколкото към повърхността на чинията, където има невлажняващ мазен филм, а на чиста маса привличането на водни молекули към молекулите на повърхността на масата е по-голямо от привличането на водни молекули помежду им. В резултат на това локвата се разпространява.

Това явление се отнася и за физиката на течностите и е свързано с повърхностно напрежение. Както знаете, сапунен мехур или течни капчици имат сферична форма поради силите на повърхностно напрежение. В капка течните молекули се привличат една към друга по-силно, отколкото газовите молекули, и са склонни да влязат вътре в течността, намалявайки нейната повърхностна площ. Но ако има твърда омокряща се повърхност, тогава част от капчицата при контакт се опъва върху нея, тъй като молекулите на твърдото вещество привличат течните молекули и тази сила надвишава привлекателната сила между течните молекули. Степента на намокряне и разпространение върху твърда повърхност ще зависи от това коя сила е по-голяма - атрактивната сила на течните молекули и твърдите молекули помежду им или атрактивната сила на молекулите вътре в течността.

От 1938 г. това физическо явление се използва широко в промишлеността, в производството на стоки за бита, когато в лабораторията на DuPont се синтезира материал от тефлон (политетрафлуоретилен). Свойствата му се използват не само при производството на съдове за готвене с незалепващо покритие, но и при производството на водоустойчиви, водоотблъскващи материи и покрития за дрехи и обувки. Тефлонът е вписан в Книгата на рекордите на Гинес като най-хлъзгавото вещество в света. Той има много ниско повърхностно напрежение и адхезия (адхезия), не се овлажнява от вода, мазнини или много органични разтворители.

7. Топлопроводимост. Едно от най-често срещаните явления в кухнята, което можем да наблюдаваме, е загряването на чайник или вода в тиган. Топлопроводимостта е пренасянето на топлина чрез движението на частиците, когато има разлика (градиент) в температурата. Сред видовете топлопроводимост има конвекция. В случай на идентични вещества, топлопроводимостта на течностите е по-малка от тази на твърдите вещества и повече в сравнение с газовете. Топлопроводимостта на газовете и металите се увеличава с повишаване на температурата, докато течността намалява. Постоянно срещаме конвекция, независимо дали бъркаме супа или чай с лъжица, или отваряме прозорец, или включваме вентилация, за да проветряваме кухнята. Конвекция - от латински convectiō (трансфер) - е вид топлопредаване, когато вътрешната енергия на газ или течност се предава чрез струи и потоци. Разграничете естествената конвекция и принудителното. В първия случай самите слоеве течност или въздух се смесват при нагряване или охлаждане. И във втория случай се извършва механично смесване на течността или газа - с лъжица, вентилатор или по друг начин.

8. Електромагнитно излъчване. Микровълновата печка понякога се нарича микровълнова фурна или микровълнова фурна. Основният елемент на всяка микровълнова печка е магнетрон, който преобразува електрическата енергия в микровълнова енергия с честота до 2, 45 гигагерца (GHz). Радиацията загрява храната, взаимодействайки с нейните молекули. Продуктите съдържат диполни молекули, съдържащи положителни електрически и отрицателни заряди на противоположните им части. Това са молекули мазнини, захар, но най-вече диполни молекули във вода, която се намира в почти всеки продукт. Микровълновото поле, като постоянно променя посоката си, кара молекулите да се колебаят с висока честота, които са подравнени по силовите линии, така че всички положително заредени части на молекулите да "гледат", в единия, и в другия случай. Има молекулно триене, отделя се енергия, която загрява храната.

9. Индукция. В кухнята все по-често можете да намерите индукционни печки, които се основават на това явление. Английският физик Майкъл Фарадей открива електромагнитна индукция през 1831 г. и оттогава беше невъзможно да си представим живота си без него. Фарадей откри появата на електрически ток в затворен кръг поради промени в магнитния поток, преминаващ през тази верига. Училищният опит е известен, когато плосък магнит се движи по контура във формата на спирала на проводник (соленоид) и в него се появява електрически ток. Има обратен процес - променлив електрически ток в соленоид (намотка) създава променливо магнитно поле.

Съвременният индукционен котлон работи на същия принцип. Под стъклокерамичния нагревателен панел (неутрален към електромагнитни вибрации) на такава плоча има индукционна намотка, през която протича електрически ток с честота 20-60 kHz, създавайки променливо магнитно поле, което индуцира вихрови токове в тънък слой (кожен слой) на дъното на метални съдове. Поради електрическото съпротивление, съдовете за готвене се нагряват. Тези течения не са по-опасни от горещите ястия на обикновените печки. Съдовете трябва да бъдат стоманени или чугунени, с феромагнитни свойства (привличат магнит).

10. Пречупване на светлината. Ъгълът на падане на светлината е равен на ъгъла на отражение, а разпространението на естествена светлина или светлина от лампи се обяснява с двойна природа на вълни от частици: от една страна това са електромагнитни вълни, а от друга - фотонови частици, които се движат с най-високата възможна скорост във Вселената. В кухнята можете да наблюдавате такова оптично явление като пречупването на светлината. Например, когато върху кухненската маса има прозрачна ваза с цветя, стъблата във водата се движат сякаш по границата на водната повърхност спрямо нейното удължаване извън течността. Факт е, че водата като леща пречупва светлинни лъчи, отразени от стъблата във ваза. Подобно нещо се наблюдава в прозрачна чаша с чай, в която се спуска лъжица. Можете също така да видите изкривено и увеличено изображение на боб или зърнени култури на дъното на дълбок съд с бистра вода.

Препоръчано

Може ли мотоциклетният шлем да спре куршум?
2019
Най-високият небостъргач в Западна Европа ще бъде построен в датския град
2019
Хеликоптер - Кола - Робот: Трансформатор
2019