Fizik öğreniyoruz ve çocuklara mutfaktan çıkmadan öğretiyoruz

2024 Yazar: Seth Attwood | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-16 16:18

Her gün mutfakta 1-2 saat geçiriyoruz. Biri daha az, biri daha fazla. Bununla birlikte, kahvaltı, öğle veya akşam yemeği pişirirken nadiren fiziksel olayları düşünürüz. Ancak günlük koşullarda mutfakta, dairede olduğundan daha fazla konsantrasyon olamaz. Çocuklara fiziği anlatmak için iyi bir fırsat!

1. Difüzyon

Mutfakta sürekli bu fenomenle karşı karşıya kalıyoruz. Adı Latince diffusio'dan türetilmiştir - etkileşim, dağılma, dağıtım.

Bu, iki bitişik maddenin moleküllerinin veya atomlarının karşılıklı penetrasyon sürecidir. Difüzyon hızı, vücudun kesit alanı (hacim) ve konsantrasyonlardaki fark, karıştırılan maddelerin sıcaklıkları ile orantılıdır. Bir sıcaklık farkı varsa, yayılma yönünü (gradyan) ayarlar - sıcaktan soğuğa. Sonuç olarak, moleküllerin veya atomların konsantrasyonlarının kendiliğinden hizalanması meydana gelir.

Bu fenomen mutfakta koku yayıldığında gözlemlenebilir. Gazların difüzyonu sayesinde başka bir odada oturarak neyin pişirildiğini anlayabilirsiniz. Bildiğiniz gibi doğalgaz kokusuzdur ve ev içi gaz sızıntısını daha kolay tespit edebilmek için içerisine bir katkı maddesi eklenir.

Etil merkaptan gibi bir koku verici, keskin bir koku ekler. Brülör ilk kez yanmazsa, çocukluğumuzdan beri ev gazı kokusu olarak bildiğimiz belirli bir kokunun kokusunu alabiliriz.

Ve kaynayan suya çay taneleri veya poşet çay atarsanız ve karıştırmazsanız, çay infüzyonunun saf su hacminde nasıl yayıldığını görebilirsiniz.

Bu sıvıların difüzyonudur. Bir katı içinde difüzyona örnek olarak domates, salatalık, mantar veya lahana tuzlanması verilebilir. Sudaki tuz kristalleri, kaotik bir şekilde hareket ederek sebzelerin veya mantarların bileşimindeki maddelerin molekülleri arasına nüfuz eden Na ve Cl iyonlarına ayrılır.

2. Toplama durumunun değişmesi

Birkaç gün sonra sol bir bardak suda, suyun aynı kısmının 1-2 dakika kaynatıldığında olduğu gibi oda sıcaklığında buharlaştığını çok azımız fark etti. Ve buzdolabında buz küpleri için yiyecek veya su dondurduğumuzda, bunun nasıl olduğunu düşünmüyoruz.

Bu arada, bu en yaygın ve yaygın mutfak fenomenleri kolayca açıklanmaktadır. Bir sıvı, katılar ve gazlar arasında bir ara duruma sahiptir.

Kaynama veya donma dışındaki sıcaklıklarda, bir sıvıdaki moleküller arasındaki çekim kuvvetleri katı ve gazlardaki kadar güçlü veya zayıf değildir. Bu nedenle örneğin sadece enerji alarak (güneş ışınlarından, oda sıcaklığındaki hava moleküllerinden), açık yüzeydeki sıvı moleküller yavaş yavaş gaz fazına geçerek sıvı yüzeyinin üzerinde bir buhar basıncı oluşturur.

Sıvının yüzey alanının artması, sıcaklığın artması ve dış basıncın azalması ile buharlaşma hızı artar. Sıcaklık artarsa, bu sıvının buhar basıncı dış basınca ulaşır. Bunun meydana geldiği sıcaklığa kaynama noktası denir. Dış basınç azaldıkça kaynama noktası düşer. Bu nedenle, dağlık bölgelerde su daha hızlı kaynar.

Tersine, sıcaklık düştüğünde, su molekülleri kinetik enerjilerini kendi aralarındaki çekim kuvvetleri düzeyine kaybederler. Artık düzensiz hareket etmiyorlar, bu da katılarınkine benzer bir kristal kafes oluşumuna izin veriyor. Bunun meydana geldiği 0°C sıcaklığa suyun donma noktası denir.

Donduğunda su genişler. Pek çok insan, hızlı soğutma için dondurucuya bir içecekle birlikte plastik bir şişe koyduklarında ve bunu unuttuklarında ve sonra şişe patladığında bu fenomenle tanışabilirdi. 4 ° C'lik bir sıcaklığa soğutulduğunda, ilk önce maksimum yoğunluğuna ve minimum hacmine ulaşılan suyun yoğunluğunda bir artış gözlenir. Daha sonra, 4 ila 0 ° C arasındaki sıcaklıklarda, su molekülündeki bağların yeniden düzenlenmesi meydana gelir ve yapısı daha az yoğun hale gelir.

0 °C sıcaklıkta suyun sıvı fazı katı hale geçer. Su tamamen donup buza dönüştükten sonra hacmi %8,4 büyür ve bu da plastik şişenin patlamasına neden olur. Birçok üründeki sıvı içeriği düşüktür, bu nedenle dondurulduklarında hacimleri çok belirgin bir şekilde artmaz.

3. Absorpsiyon ve adsorpsiyon

Latince sorbeo (emmek) olarak adlandırılan bu neredeyse ayrılmaz iki fenomen, örneğin bir su ısıtıcısında veya tencerede su ısıtırken gözlenir. Bir sıvıya kimyasal olarak etki etmeyen bir gaz, bununla temas ettiğinde sıvı tarafından emilebilir. Bu fenomene absorpsiyon denir.

Gazlar, katı ince taneli veya gözenekli cisimler tarafından emildiğinde, çoğu yoğun bir şekilde birikir ve gözeneklerin veya tanelerin yüzeyinde tutulur ve hacim boyunca dağılmaz. Bu durumda işleme adsorpsiyon denir. Bu fenomenler, su kaynatıldığında gözlemlenebilir - ısıtıldığında bir tencerenin veya su ısıtıcısının duvarlarından ayrılan kabarcıklar.

Sudan çıkan hava %63 nitrojen ve %36 oksijen içerir. Genel olarak, atmosferik hava %78 nitrojen ve %21 oksijen içerir.

Açık bir kaptaki sofra tuzu, higroskopik özellikleri - havadan su buharının emilmesi - nedeniyle ıslanabilir. Ve kabartma tozu, kokuları gidermek için buzdolabına yerleştirildiğinde bir adsorban görevi görür.

4. Arşimet yasasının tezahürü

Tavuğu pişirmeye hazır olduğumuzda, tavuğun büyüklüğüne bağlı olarak tencereye yaklaşık yarısı veya ¾ su dolduruyoruz. Karkası bir tencereye suya daldırarak, tavuğun sudaki ağırlığının gözle görülür şekilde azaldığını ve suyun tencerenin kenarlarına yükseldiğini fark ediyoruz.

Bu fenomen, kaldırma kuvveti veya Arşimet yasası ile açıklanır. Bu durumda, bir sıvıya batırılmış bir cisme, cismin batık kısmının hacmindeki sıvının ağırlığına eşit bir kaldırma kuvveti etki eder. Bu kuvvete, bu fenomeni açıklayan yasanın kendisi gibi Arşimet kuvveti denir.

5. Yüzey gerilimi

Birçok insan, okulda fizik derslerinde gösterilen sıvı filmleriyle yapılan deneyleri hatırlar. Bir tarafı hareketli küçük bir tel çerçeve sabunlu suya batırıldı ve sonra dışarı çekildi. Çevre boyunca oluşan filmdeki yüzey gerilimi kuvvetleri, çerçevenin hareketli alt kısmını kaldırdı. Hareketsiz kalması için deney tekrarlandığında üzerine bir ağırlık asıldı.

Bu fenomen bir kevgir içinde gözlemlenebilir - kullanımdan sonra, bu mutfak gereçlerinin altındaki deliklerde su kalır. Aynı durum çatalları yıkadıktan sonra da gözlemlenebilir - ayrıca iç yüzeyde bazı dişlerin arasında su çizgileri vardır.

Sıvıların fiziği bu fenomeni şu şekilde açıklar: sıvı molekülleri birbirine o kadar yakındır ki, aralarındaki çekim kuvvetleri serbest yüzey düzleminde yüzey gerilimi yaratır. Sıvı filmin su moleküllerinin çekim kuvveti, kevgir yüzeyine olan çekim kuvvetinden daha zayıfsa, su filmi kırılır.

Ayrıca, tahılları veya bezelyeleri, fasulyeleri suyla bir tencereye döktüğümüzde veya yuvarlak biber taneleri eklediğimizde yüzey gerilimi kuvvetleri fark edilir. Bazı tahıllar suyun yüzeyinde kalacak, çoğu ise geri kalanın ağırlığı altında dibe batacaktır. Yüzen tanelerin üzerine parmağınızın ucuyla veya kaşıkla hafifçe bastırırsanız, suyun yüzey gerilimini yenerek dibe batarlar.

6. Islatma ve yayma

Dökülen sıvı, yağlı bir ocakta küçük lekeler ve masada tek bir su birikintisi oluşturabilir. Mesele şu ki, ilk durumda sıvı moleküller, su tarafından ıslanmayan yağlı bir filmin olduğu plakanın yüzeyinden ve temiz bir masada su moleküllerinin moleküllerine çekiciliğinden daha fazla birbirlerine çekilir. masa yüzeyi su moleküllerinin birbirini çekmesinden daha fazladır. Sonuç olarak, su birikintisi yayılır.

Bu fenomen aynı zamanda sıvıların fiziği ile de ilgilidir ve yüzey gerilimi ile ilgilidir. Bildiğiniz gibi, bir sabun köpüğü veya sıvı damlacıkları, yüzey gerilimi kuvvetleri nedeniyle küresel bir şekle sahiptir.

Bir damlacıkta, sıvı moleküller birbirlerine gaz moleküllerinden daha güçlü bir şekilde çekilir ve sıvı damlacığının içine doğru yönelerek yüzey alanını azaltır. Ancak, katı bir ıslak yüzey varsa, o zaman temas üzerine damlanın bir kısmı bunun boyunca gerilir, çünkü katının molekülleri sıvının moleküllerini çeker ve bu kuvvet sıvının molekülleri arasındaki çekim kuvvetini aşar..

Katı bir yüzey üzerinde ıslanma ve yayılma derecesi, hangi kuvvetin daha büyük olduğuna bağlı olacaktır - bir sıvının moleküllerinin ve bir katının moleküllerinin kendi aralarındaki çekim kuvveti veya bir sıvı içindeki moleküllerin çekim kuvveti.

1938'den beri, bu fiziksel fenomen, DuPont laboratuvarında Teflon (politetrafloroetilen) malzemesi sentezlendiğinde, endüstride, ev eşyalarının üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Özellikleri sadece yapışmaz tencere imalatında değil, aynı zamanda su geçirmez, su itici kumaşların ve giysi ve ayakkabı kaplamalarının imalatında da kullanılmaktadır. Teflon, Guinness Rekorlar Kitabı tarafından dünyanın en kaygan maddesi olarak kabul edilmektedir. Yüzey gerilimi ve yapışması (yapışması) çok düşük olup, su, gres veya birçok organik solvent ile ıslanmaz.

7. Termal iletkenlik

Mutfakta gözlemleyebildiğimiz en yaygın fenomenlerden biri, bir tencerede su ısıtıcısının veya suyun ısınmasıdır. Termal iletkenlik, sıcaklıkta bir fark (gradyan) olduğunda parçacıkların hareketi yoluyla ısının aktarılmasıdır. Termal iletkenlik türleri arasında konveksiyon da vardır.

Özdeş maddeler söz konusu olduğunda, sıvıların ısıl iletkenliği katılardan daha az, gazlardan daha yüksektir. Gazların ve metallerin ısıl iletkenliği artan sıcaklıkla artar ve sıvılarınki azalır. Kaşıkla çorba veya çay karıştırsak da, pencereyi açsak da, mutfağı havalandırmak için havalandırmayı açsak da sürekli konveksiyonla karşı karşıyayız.

Konveksiyon - Latince convectiō'den (aktarım) - bir gaz veya sıvının iç enerjisi jetler ve akışlar tarafından aktarıldığında bir tür ısı transferi. Doğal konveksiyon ile zorlanmış konveksiyon arasındaki farkı ayırt eder. İlk durumda, ısıtıldığında veya soğutulduğunda sıvı veya hava katmanlarının kendileri karıştırılır. Ve ikinci durumda, bir sıvı veya gazın bir kaşıkla, fanla veya başka bir şekilde mekanik olarak karıştırılması vardır.

8. Elektromanyetik radyasyon

Bir mikrodalga fırına bazen mikrodalga fırın veya mikrodalga fırın denir. Her mikrodalga fırının ana elemanı, elektrik enerjisini 2,45 gigahertz (GHz) frekansına kadar mikrodalga elektromanyetik radyasyona dönüştüren bir magnetrondur. Radyasyon, molekülleri ile etkileşime girerek yiyecekleri ısıtır.

Ürünler, zıt kısımlarında pozitif elektrik ve negatif yükler içeren dipol molekülleri içerir.

Bunlar yağ molekülleridir, şekerdir, ancak tüm dipol moleküllerinin çoğu, hemen hemen her üründe bulunan suda bulunur. Sürekli olarak yönünü değiştiren mikrodalga alanı, moleküllerin tüm pozitif yüklü parçalarının bir yönde veya diğerinde "görünmesi" için kuvvet çizgileri boyunca sıralanan molekülleri yüksek frekansta titreştirir. Moleküler sürtünme meydana gelir, yiyeceği ısıtan enerji açığa çıkar.

9. İndüksiyon

Mutfakta, bu fenomene dayanan indüksiyon ocaklarını giderek daha fazla bulabilirsiniz. İngiliz fizikçi Michael Faraday, 1831'de elektromanyetik indüksiyonu keşfetti ve o zamandan beri hayatımızı onsuz hayal etmek imkansız oldu.

Faraday, bu döngüden geçen manyetik akıdaki bir değişiklik nedeniyle kapalı bir döngüde elektrik akımının oluştuğunu keşfetti. Düz bir mıknatıs, spiral şeklindeki bir tel (solenoid) devresi içinde hareket ettiğinde ve içinde bir elektrik akımı göründüğünde bir okul deneyimi bilinir. Ayrıca bir ters işlem vardır - bir solenoiddeki (bobin) alternatif bir elektrik akımı, alternatif bir manyetik alan yaratır.

Modern bir indüksiyonlu ocak aynı prensipte çalışır. Böyle bir sobanın cam seramik ısıtma panelinin (elektromanyetik salınımlara nötr) altında, içinden 20-60 kHz frekansında bir elektrik akımının aktığı ve ince bir tabakada girdap akımlarını indükleyen alternatif bir manyetik alan yaratan bir indüksiyon bobini vardır. (deri tabakası) metal bir tabağın tabanı.

Elektrik direnci bulaşıkları ısıtır. Bu akımlar, sıradan sobalardaki kırmızı-sıcak yemeklerden daha tehlikeli değildir. Tencere, ferromanyetik özelliklere sahip (bir mıknatıs çeken) çelik veya dökme demir olmalıdır.

10. Işığın kırılması

Işığın gelme açısı yansıma açısına eşittir ve doğal ışığın veya lambalardan gelen ışığın yayılması ikili, dalga-parçacık doğası ile açıklanır: bir yandan bunlar elektromanyetik dalgalardır ve diğer yandan, Evrende mümkün olan en yüksek hızda hareket eden parçacıklar-fotonlar.

Mutfakta, ışığın kırılması gibi optik bir fenomeni gözlemleyebilirsiniz. Örneğin, mutfak masasında çiçekli şeffaf bir vazo olduğunda, sudaki saplar, sıvının dışındaki devamlılıklarına göre su yüzeyinin sınırında kayıyormuş gibi görünür. Gerçek şu ki, su bir mercek gibi vazodaki saplardan yansıyan ışık ışınlarını kırar.

Bir kaşığın batırıldığı şeffaf bir bardak çayda da benzer bir şey görülür. Derin bir temiz su kabının dibinde fasulye veya tahılların çarpık ve büyütülmüş bir görüntüsünü de görebilirsiniz.