Ас үйден шықпай-ақ физиканы үйреніп, балаларды оқытамыз

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-16 16:10

Күніне 1-2 сағатымызды ас үйде өткіземіз. Біреу аз, біреу көп. Айтпақшы, біз таңғы ас, түскі немесе кешкі ас дайындаған кезде физикалық құбылыстар туралы сирек ойлаймыз. Бірақ олардың күнделікті жағдайда ас үйдегі, пәтердегіден артық шоғырлануы мүмкін емес. Балаларға физиканы түсіндірудің жақсы мүмкіндігі!

1. Диффузия

Біз асүйде бұл құбылыспен үнемі бетпе-бет келеміз. Оның атауы латынның diffusio – әрекеттесу, таралу, таралу сөзінен шыққан.

Бұл екі көршілес заттардың молекулаларының немесе атомдарының өзара ену процесі. Диффузия жылдамдығы дененің көлденең қимасының ауданына (көлеміне) және аралас заттардың концентрацияларының, температураларының айырмашылығына пропорционал. Егер температура айырмашылығы болса, онда ол таралу бағытын (градиент) белгілейді - ыстықтан суыққа дейін. Нәтижесінде молекулалар немесе атомдар концентрацияларының өздігінен туралануы орын алады.

Бұл құбылысты асүйде иіс тараған кезде байқауға болады. Газдардың диффузиясының арқасында басқа бөлмеде отырып, сіз не пісіріп жатқанын түсіне аласыз. Өздеріңіз білетіндей, табиғи газ иіссіз және тұрмыстық газдың ағып кетуін анықтауды жеңілдету үшін оған қоспа қосылады.

Этил меркаптан сияқты хош иісті зат өткір иіс қосады. Оттық бірінші рет жанбаса, біз бала кезімізден тұрмыстық газдың иісі ретінде білетін ерекше иісті сеземіз.

Ал қайнаған суға шәй дәндерін немесе қалта шайды тастап, араластырмасаңыз, шай тұнбасының таза су көлемінде қалай тарайтынын көруге болады.

Бұл сұйықтықтардың диффузиясы. Қатты денедегі диффузияның мысалы қызанақ, қияр, саңырауқұлақ немесе қырыққабатты тұздау болады. Судағы тұз кристалдары Na және Cl иондарына ыдырайды, олар хаотикалық қозғала отырып, көкөністер немесе саңырауқұлақтар құрамындағы заттардың молекулаларының арасына енеді.

2. Агрегация күйінің өзгеруі

Сол бір стақан суда бірнеше күннен кейін судың сол бөлігі бөлме температурасында 1-2 минут қайнаған кездегідей буланып кететінін аз адамдар байқадық. Ал тоңазытқышта тамақты немесе мұз текшелері үшін суды мұздатқанда, бұл қалай болатынын ойламаймыз.

Сонымен қатар, бұл ең кең таралған және кең таралған ас үй құбылыстары оңай түсіндіріледі. Сұйықтың қатты заттар мен газдар арасында аралық күйі болады.

Қайнау немесе мұздатудан басқа температураларда сұйықтықтағы молекулалар арасындағы тартылыс күштері қатты заттар мен газдардағыдай күшті немесе әлсіз емес. Сондықтан, мысалы, тек энергияны (күн сәулесінен, бөлме температурасындағы ауа молекулаларынан) қабылдай отырып, ашық беттегі сұйық молекулалары біртіндеп газ фазасына өтіп, сұйық бетінің үстінде бу қысымын жасайды.

Булану жылдамдығы сұйықтықтың бетінің ауданы ұлғаюымен, температураның жоғарылауымен және сыртқы қысымның төмендеуімен артады. Егер температура көтерілсе, онда бұл сұйықтықтың бу қысымы сыртқы қысымға жетеді. Бұл орын алатын температура қайнау температурасы деп аталады. Сыртқы қысымның төмендеуімен қайнау температурасы төмендейді. Сондықтан таулы аймақтарда су тезірек қайнайды.

Керісінше, температура төмендеген кезде су молекулалары өздерінің кинетикалық энергиясын өздерінің арасындағы тартылыс күштерінің деңгейіне дейін жоғалтады. Олар енді ретсіз қозғалмайды, бұл қатты денелер сияқты кристалдық тордың пайда болуына мүмкіндік береді. Бұл орын алатын 0 ° C температура судың қату нүктесі деп аталады.

Мұздатылған кезде су кеңейеді. Көптеген адамдар бұл құбылыспен сусыны бар пластик бөтелкені мұздатқышқа тез салқындату үшін салып, оны ұмытып кеткенде, содан кейін бөтелке жарылып жатқанда танысуға болатын. 4°С температураға дейін салқындатқанда алдымен судың тығыздығының жоғарылауы байқалады, бұл кезде оның максималды тығыздығы мен ең аз көлеміне жетеді. Содан кейін, 4-тен 0 ° C-қа дейінгі температурада су молекуласындағы байланыстардың қайта орналасуы пайда болады және оның құрылымы азырақ тығыз болады.

0°С температурада судың сұйық фазасы қатты күйге ауысады. Су толығымен қатып, мұзға айналғаннан кейін оның көлемі 8,4%-ға артады, бұл пластик бөтелкенің жарылуына әкеледі. Көптеген өнімдердегі сұйықтық мөлшері төмен, сондықтан олар мұздатылған кезде көлемі соншалықты айтарлықтай өспейді.

3. Абсорбция және адсорбция

Латынның sorbeo (сіңіру) деп аталатын бұл екі дерлік ажырамас құбылыстар, мысалы, суды шәйнекте немесе кастрюльде қыздыру кезінде байқалады. Сұйықтыққа химиялық әсер етпейтін газ, соған қарамастан онымен жанасқанда оны сіңіре алады. Бұл құбылыс абсорбция деп аталады.

Газдарды қатты ұсақ түйіршікті немесе кеуекті денелер жұтқанда, олардың көпшілігі тығыз жиналып, кеуектер немесе түйіршіктер бетінде сақталады және бүкіл көлемге таралмайды. Бұл жағдайда процесс адсорбция деп аталады. Бұл құбылыстарды суды қайнатқанда байқауға болады - қыздырылған кезде кастрюльдің немесе шәйнектің қабырғаларынан көпіршіктер бөлінеді.

Судан бөлінген ауаның құрамында 63% азот және 36% оттегі бар. Жалпы атмосфералық ауаның құрамында 78% азот және 21% оттегі бар.

Ашық ыдыстағы ас тұзы оның гигроскопиялық қасиеттеріне байланысты ылғал болуы мүмкін - ауадан су буын сіңіру. Ал ас содасы иістерді кетіру үшін тоңазытқышқа қойғанда адсорбент қызметін атқарады.

4. Архимед заңының көрінісі

Тауық етін пісіруге дайын болған кезде, тауықтың мөлшеріне байланысты кәстрөлді шамамен жарты немесе ¾ сумен толтырамыз. Ұшаны су құйылған ыдысқа батыру арқылы тауықтың судағы салмағы айтарлықтай азайып, су қазанның шетіне дейін көтерілетінін байқаймыз.

Бұл құбылыс қалқымалы күшпен немесе Архимед заңымен түсіндіріледі. Бұл жағдайда сұйықтыққа батырылған денеге дененің суға батқан бөлігінің көлеміндегі сұйықтықтың салмағына тең қалқымалы күш әсер етеді. Бұл күш осы құбылысты түсіндіретін заңның өзі сияқты Архимед күші деп аталады.

5. Беттік керілу

Мектептегі физика сабақтарында көрсетілген сұйықтықтардың пленкаларымен жасалған тәжірибелер көптің есінде. Бір жағы жылжымалы сымнан жасалған шағын жақтауды сабынды суға салып, содан кейін суырып алды. Периметр бойынша қалыптасқан пленкадағы беттік керілу күштері жақтаудың төменгі жылжымалы бөлігін көтерді. Оны қозғалыссыз ұстау үшін тәжірибе қайталанған кезде оған салмақ ілінген.

Бұл құбылысты дуршлагта байқауға болады - пайдаланғаннан кейін осы ас үй ыдыстарының түбіндегі тесіктерде су қалады. Дәл осындай құбылысты шанышқыларды жуғаннан кейін де байқауға болады – кейбір тістердің арасында ішкі бетінде су жолақтары да бар.

Сұйықтар физикасы бұл құбылысты былай түсіндіреді: сұйық молекулалары бір-біріне жақын орналасқаны сонша, олардың арасындағы тартылыс күштері бос бет жазықтығында беттік керілу тудырады. Егер сұйық қабықшаның су молекулаларының тартылу күші дуршлаг бетіне тартылу күшінен әлсіз болса, онда су қабықшасы үзіледі.

Сондай-ақ, су құйылған кастрюльге жарма немесе бұршақ, бұршақты құйғанда немесе бұрыштың дөңгелек дәндерін қосқанда беттік керілу күштері байқалады. Кейбір дәндер судың бетінде қалады, ал көпшілігі қалғандарының салмағымен түбіне түседі. Саусақ ұшымен немесе қасықпен қалқып тұрған дәндерді аздап бассаңыз, олар судың беттік керілуін жеңіп, түбіне шөгеді.

6. Сулау және тарату

Төгілген сұйықтық май жағылған пеште кішкентай дақтарды және үстелде жалғыз луждарды қалыптастыруы мүмкін. Мәселе мынада, бірінші жағдайда сұйық молекулалары сумен суланбаған майлы қабықша бар пластинаның бетіне қарағанда бір-біріне көбірек тартылады, ал таза үстелде су молекулаларының молекулаларына тартылады. үстел беті су молекулаларының бір-біріне тартылуынан жоғары. Нәтижесінде шалшық таралады.

Бұл құбылыс сұйықтықтар физикасына да қатысты және беттік керілумен байланысты. Өздеріңіз білетіндей, сабын көпіршігі немесе сұйық тамшылары беттік керілу күштерінің әсерінен сфералық пішінге ие болады.

Тамшыда сұйық молекулалары газ молекулаларына қарағанда бір-біріне күштірек тартылып, сұйық тамшысының ішкі жағына қарай ұмтылып, оның бетінің ауданын азайтады. Бірақ, егер қатты суланған бет болса, онда жанасу кезінде тамшының бір бөлігі оның бойымен созылады, өйткені қатты дененің молекулалары сұйықтықтың молекулаларын тартады және бұл күш сұйықтық молекулалары арасындағы тартылу күшінен асып түседі..

Қатты дененің сулану және таралу дәрежесі қай күштің үлкен екеніне байланысты болады – сұйық молекулалары мен қатты дене молекулаларының өзара тартылу күшіне немесе сұйық ішіндегі молекулалардың тартылу күшіне.

1938 жылдан бастап бұл физикалық құбылыс өнеркәсіпте, тұрмыстық бұйымдарды өндіруде, Дюпон зертханасында тефлон (политетрафторэтилен) материалы синтезделген кезде кеңінен қолданыла бастады.

Оның қасиеттері тек жабыспайтын ыдыстарды жасауда ғана емес, сонымен қатар су өткізбейтін, су өткізбейтін маталар мен киім мен аяқ киімге арналған жабындарды өндіруде қолданылады. Тефлон Гиннестің рекордтар кітабына әлемдегі ең тайғақ зат ретінде танылды. Оның беттік керілуі және адгезиясы (жабысу) өте төмен, сумен, маймен немесе көптеген органикалық еріткіштермен суланбайды.

7. Жылу өткізгіштік

Біз байқауға болатын асүйдегі ең көп таралған құбылыстардың бірі - кастрюльдегі шәйнектің немесе судың жылытуы. Жылу өткізгіштік - температура айырмашылығы (градиент) болған кезде бөлшектердің қозғалысы арқылы жылудың берілуі. Жылу өткізгіштік түрлерінің ішінде конвекция да бар.

Бірдей заттар жағдайында сұйықтардың жылу өткізгіштігі қатты денелерден аз, ал газдарға қарағанда жоғары. Газдар мен металдардың жылу өткізгіштігі температура жоғарылаған сайын артады, ал сұйықтардыкі азаяды. Сорпаны немесе шайды қасықпен араластырсақ та, терезені ашсақ та, асүйді желдету үшін желдетуді қоссақ та, біз үнемі конвекцияға тап боламыз.

Конвекция – латын тілінен аударғанда convectiō (беру) – газдың немесе сұйықтықтың ішкі энергиясы ағындар мен ағындар арқылы тасымалданатын жылу алмасу түрі. Табиғи конвекция мен мәжбүрлі конвекцияны ажыратыңыз. Бірінші жағдайда сұйықтық немесе ауа қабаттары қыздырылған немесе салқындатылған кезде өздері араласады. Ал екінші жағдайда сұйықтықтың немесе газдың механикалық араласуы бар - қасықпен, желдеткішпен немесе басқа жолмен.

8. Электромагниттік сәулелену

Микротолқынды пешті кейде микротолқынды пеш немесе микротолқынды пеш деп те атайды. Әрбір микротолқынды пештің негізгі элементі электр энергиясын 2,45 гигагерцке (ГГц) дейінгі жиіліктегі микротолқынды электромагниттік сәулеленуге түрлендіретін магнетрон болып табылады. Радиация тағамды оның молекулаларымен әрекеттесу арқылы қыздырады.

Өнімдердің құрамында қарама-қарсы бөліктерінде оң электрлік және теріс зарядтары бар дипольдік молекулалар бар.

Бұл майлардың, қанттың молекулалары, бірақ дипольдік молекулалардың көпшілігі суда, ол кез келген өнімде кездеседі. Микротолқынды өріс өз бағытын үнемі өзгертіп, молекулалардың жоғары жиілікте дірілдеуіне мәжбүр етеді, олар күш сызықтары бойымен молекулалардың барлық оң зарядталған бөліктері бір бағытта немесе басқа бағытта «көрінетін» етіп түзетіледі. Молекулярлық үйкеліс пайда болады, энергия бөлінеді, ол тағамды қыздырады.

9. Индукция

Ас үйде сіз осы құбылысқа негізделген индукциялық пештерді көбірек таба аласыз. Ағылшын физигі Майкл Фарадей 1831 жылы электромагниттік индукцияны ашты, содан бері онсыз өмірімізді елестету мүмкін емес.

Фарадей осы контурдан өтетін магнит ағынының өзгеруіне байланысты тұйық контурда электр тогының пайда болуын ашты. Мектеп тәжірибесі жалпақ магнит сымның спираль тәрізді тізбегінде (соленоид) қозғалғанда және онда электр тогы пайда болғанда белгілі. Сондай-ақ кері процесс бар - соленоидтағы (орамдағы) айнымалы электр тогы айнымалы магнит өрісін жасайды.

Заманауи индукциялық пеш сол принцип бойынша жұмыс істейді. Мұндай пештің шыны керамикалық қыздыру панелінің астында (электромагниттік тербелістерге бейтарап) индукциялық катушкалар бар, ол арқылы 20-60 кГц жиілікпен электр тогы ағып, жұқа қабатта құйынды токтарды индукциялайтын айнымалы магнит өрісін жасайды. металл ыдыстың түбінің (тері қабаты).

Электр кедергісі ыдыстарды қыздырады. Бұл ағымдар кәдімгі пештердегі қызыл ыстық ыдыстардан қауіпті емес. Ыдыс ферромагниттік қасиеттері бар болат немесе шойын болуы керек (магнитті тартады).

10. Жарықтың сынуы

Жарықтың түсу бұрышы шағылу бұрышына тең, ал табиғи жарықтың немесе шамдардан жарықтың таралуы қос, толқынды-бөлшектік табиғатпен түсіндіріледі: бір жағынан, бұл электромагниттік толқындар, ал екінші жағынан, Әлемде мүмкін болатын максималды жылдамдықпен қозғалатын бөлшектер-фотондар.

Ас үйде жарықтың сынуы сияқты оптикалық құбылысты байқауға болады. Мысалы, асхана үстелінде гүлдері бар мөлдір ваза болған кезде, судағы сабақтар сұйықтықтың сыртында жалғасуына қатысты су бетінің шекарасында жылжыған сияқты. Шындығында, су линза сияқты, вазадағы сабақтардан шағылған жарық сәулелерін сындырады.

Ұқсас нәрсе мөлдір стакан шайда байқалады, оған қасық батырылады. Сондай-ақ мөлдір суы бар терең кастрюльдің түбінде бұршақ немесе жарманың бұрмаланған және үлкейтілген кескінін көруге болады.