Tunajifunza fizikia na kufundisha watoto bila kuondoka jikoni

2024 Mwandishi: Seth Attwood | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2023-12-16 16:17

Tunatumia masaa 1-2 jikoni kila siku. Mtu mdogo, mtu zaidi. Hiyo inasemwa, mara chache hatufikiri juu ya matukio ya kimwili wakati tunapika kifungua kinywa, chakula cha mchana au chakula cha jioni. Lakini hawezi kuwa na mkusanyiko mkubwa zaidi wao katika hali ya kila siku kuliko jikoni, katika ghorofa. Fursa nzuri ya kuelezea fizikia kwa watoto!

1. Usambazaji

Tunakabiliwa mara kwa mara na jambo hili jikoni. Jina lake linatokana na Kilatini diffusio - mwingiliano, usambazaji, usambazaji.

Huu ni mchakato wa kupenya kwa pamoja kwa molekuli au atomi za vitu viwili vinavyoungana. Kiwango cha kueneza ni sawia na eneo la sehemu ya mwili (kiasi), na tofauti ya viwango, joto la vitu vilivyochanganywa. Ikiwa kuna tofauti ya joto, basi huweka mwelekeo wa uenezi (gradient) - kutoka moto hadi baridi. Kama matokeo, upatanishi wa hiari wa viwango vya molekuli au atomi hufanyika.

Jambo hili linaweza kuzingatiwa jikoni wakati harufu inaenea. Shukrani kwa kueneza kwa gesi, kukaa katika chumba kingine, unaweza kuelewa ni nini kupikia. Kama unavyojua, gesi asilia haina harufu na nyongeza huongezwa kwake ili iwe rahisi kugundua kuvuja kwa gesi ya nyumbani.

Harufu nzuri kama vile ethyl mercaptan huongeza harufu kali. Ikiwa burner haina mwanga mara ya kwanza, basi tunaweza kunuka harufu maalum, ambayo tunajua kutoka utoto kama harufu ya gesi ya kaya.

Na ikiwa unatupa nafaka za chai au mfuko wa chai ndani ya maji ya moto na usisumbue, unaweza kuona jinsi infusion ya chai inavyoenea kwa kiasi cha maji safi.

Huu ni uenezaji wa kioevu. Mfano wa kueneza katika kigumu itakuwa salting ya nyanya, tango, uyoga, au kabichi. Fuwele za chumvi katika maji hupasuka ndani ya Na na Cl ions, ambayo, ikisonga kwa machafuko, hupenya kati ya molekuli ya vitu katika muundo wa mboga au uyoga.

2. Mabadiliko ya hali ya mkusanyiko

Wachache wetu tuliona kuwa katika glasi ya kushoto ya maji, baada ya siku chache, sehemu sawa ya maji hupuka kwenye joto la kawaida kama wakati wa kuchemsha kwa dakika 1-2. Na tunapofungia chakula au maji kwa cubes ya barafu kwenye jokofu, hatufikiri jinsi hii inatokea.

Wakati huo huo, matukio haya ya kawaida na ya kawaida ya jikoni yanaelezwa kwa urahisi. Kioevu kina hali ya kati kati ya vitu vikali na gesi.

Katika halijoto tofauti na kuchemsha au kuganda, nguvu za mvuto kati ya molekuli kwenye kioevu sio kali au dhaifu kama katika vitu vikali na gesi. Kwa hiyo, kwa mfano, tu kupokea nishati (kutoka kwa mionzi ya jua, molekuli za hewa kwenye joto la kawaida), molekuli za kioevu kutoka kwenye uso wazi hatua kwa hatua hupita kwenye awamu ya gesi, na kujenga shinikizo la mvuke juu ya uso wa kioevu.

Kiwango cha uvukizi huongezeka na ongezeko la eneo la kioevu, ongezeko la joto, na kupungua kwa shinikizo la nje. Ikiwa hali ya joto imeongezeka, basi shinikizo la mvuke wa kioevu hiki hufikia shinikizo la nje. Hali ya joto ambayo hii hutokea inaitwa kiwango cha kuchemsha. Kiwango cha kuchemsha hupungua kwa kupungua kwa shinikizo la nje. Kwa hiyo, katika maeneo ya milimani, maji huchemka kwa kasi zaidi.

Kinyume chake, wakati joto linapungua, molekuli za maji hupoteza nishati yao ya kinetic kwa kiwango cha nguvu za kivutio kati yao wenyewe. Hazisogei tena kwa fujo, ambayo inaruhusu uundaji wa kimiani kama ile ya yabisi. Joto la 0 ° C ambalo hii hutokea inaitwa kiwango cha kufungia cha maji.

Wakati waliohifadhiwa, maji hupanuka. Watu wengi waliweza kufahamiana na jambo hili wakati waliweka chupa ya plastiki na kinywaji kwenye friji kwa ajili ya baridi ya haraka na kuisahau, na kisha chupa ilikuwa ikipasuka. Wakati kilichopozwa kwa joto la 4 ° C, ongezeko la wiani wa maji huzingatiwa kwanza, ambapo wiani wake wa juu na kiasi cha chini hufikiwa. Kisha, kwa joto kutoka 4 hadi 0 ° C, upangaji upya wa vifungo katika molekuli ya maji hutokea, na muundo wake unakuwa chini ya mnene.

Kwa joto la 0 ° C, awamu ya kioevu ya maji hubadilika kuwa imara. Baada ya maji kufungia kabisa na kugeuka kuwa barafu, kiasi chake kinakua kwa 8, 4%, ambayo inaongoza kwa kupasuka kwa chupa ya plastiki. Kiasi cha kioevu katika bidhaa nyingi ni cha chini, kwa hivyo haziongezeki kwa kiasi kikubwa wakati zimehifadhiwa.

3. Kunyonya na kufyonza

Matukio haya mawili karibu yasiyoweza kutenganishwa, inayoitwa kutoka kwa Kilatini sorbeo (kunyonya), huzingatiwa, kwa mfano, wakati wa kupokanzwa maji kwenye kettle au sufuria. Gesi ambayo haifanyi kazi kwa kemikali kwenye kioevu inaweza hata hivyo kufyonzwa nayo inapogusana nayo. Jambo hili linaitwa kunyonya.

Gesi zinapofyonzwa na miili dhabiti yenye chembe ndogo au yenye vinyweleo, nyingi zao hujilimbikiza kwa wingi na kubakizwa juu ya uso wa vinyweleo au nafaka na hazisambazwi kwa kiasi chote. Katika kesi hii, mchakato unaitwa adsorption. Matukio haya yanaweza kuzingatiwa wakati wa kuchemsha maji - Bubbles tofauti na kuta za sufuria au kettle wakati moto.

Hewa iliyotolewa kutoka kwa maji ina nitrojeni 63% na oksijeni 36%. Kwa ujumla, hewa ya anga ina 78% ya nitrojeni na oksijeni 21%.

Chumvi ya meza kwenye chombo kisichofunikwa inaweza kuwa mvua kwa sababu ya mali yake ya RISHAI - kunyonya kwa mvuke wa maji kutoka kwa hewa. Na soda ya kuoka hufanya kama adsorbent inapowekwa kwenye jokofu ili kuondoa harufu.

4. Udhihirisho wa sheria ya Archimedes

Tunapokuwa tayari kupika kuku, tunajaza sufuria na maji karibu nusu au ¾, kulingana na saizi ya kuku. Kwa kuzama mzoga katika sufuria ya maji, tunaona kwamba uzito wa kuku ndani ya maji hupunguzwa sana, na maji huinuka kwenye kando ya sufuria.

Jambo hili linafafanuliwa na nguvu ya buoyancy au sheria ya Archimedes. Katika kesi hiyo, nguvu ya buoyant hufanya juu ya mwili ulioingizwa kwenye kioevu, sawa na uzito wa kioevu kwa kiasi cha sehemu ya chini ya mwili. Nguvu hii inaitwa nguvu ya Archimedes, kama sheria yenyewe, ambayo inaelezea jambo hili.

5. Mvutano wa uso

Watu wengi wanakumbuka majaribio na filamu za vinywaji, ambazo zilionyeshwa katika masomo ya fizikia shuleni. Kiunzi kidogo cha waya chenye upande mmoja unaohamishika kilitumbukizwa kwenye maji ya sabuni na kisha kuvutwa. Nguvu za mvutano wa uso katika filamu iliyoundwa kando ya mzunguko ziliinua sehemu ya chini ya sura. Ili kuiweka bila kusonga, uzani ulisimamishwa kutoka kwake wakati jaribio lilirudiwa.

Jambo hili linaweza kuzingatiwa kwenye colander - baada ya matumizi, maji yanabaki kwenye mashimo chini ya vyombo hivi vya jikoni. Jambo hilo hilo linaweza kuzingatiwa baada ya kuosha uma - pia kuna michirizi ya maji kwenye uso wa ndani kati ya baadhi ya meno.

Fizikia ya vinywaji inaelezea jambo hili kama ifuatavyo: molekuli za kioevu ziko karibu sana kwa kila mmoja hivi kwamba nguvu za kivutio kati yao huunda mvutano wa uso kwenye ndege ya uso wa bure. Ikiwa nguvu ya mvuto wa molekuli ya maji ya filamu ya kioevu ni dhaifu kuliko nguvu ya kuvutia kwenye uso wa colander, basi filamu ya maji huvunja.

Pia, nguvu za mvutano wa uso zinaonekana wakati tunamwaga nafaka au mbaazi, maharagwe kwenye sufuria na maji, au kuongeza nafaka za pande zote za pilipili. Nafaka zingine zitabaki juu ya uso wa maji, wakati nyingi zitazama chini chini ya uzani wa zingine. Ikiwa unasisitiza kidogo juu ya nafaka zinazoelea na ncha ya kidole chako au kijiko, watashinda mvutano wa uso wa maji na kuzama chini.

6. Wetting na kuenea

Kioevu kilichomwagika kinaweza kutengeneza madoa madogo kwenye jiko lililopakwa grisi, na dimbwi moja kwenye meza. Jambo ni kwamba molekuli za kioevu katika kesi ya kwanza zinavutia zaidi kwa kila mmoja kuliko uso wa sahani, ambapo kuna filamu ya mafuta isiyotiwa maji na maji, na kwenye meza safi kivutio cha molekuli za maji kwa molekuli za uso wa meza ni wa juu zaidi kuliko mvuto wa molekuli za maji kwa kila mmoja. Matokeo yake, dimbwi huenea.

Jambo hili pia linahusiana na fizikia ya vinywaji na linahusiana na mvutano wa uso. Kama unavyojua, Bubble ya sabuni au matone ya kioevu yana sura ya duara kwa sababu ya nguvu za mvutano wa uso.

Katika tone, molekuli za kioevu huvutiwa kwa kila mmoja kwa nguvu zaidi kuliko molekuli za gesi, na huwa na ndani ya droplet ya kioevu, kupunguza eneo lake la uso. Lakini, ikiwa kuna uso ulio na maji madhubuti, basi sehemu ya tone inapogusana huinuliwa kando yake, kwa sababu molekuli za kigumu huvutia molekuli za kioevu, na nguvu hii inazidi nguvu ya mvuto kati ya molekuli za kioevu..

Kiwango cha mvua na kuenea juu ya uso imara itategemea ambayo nguvu ni kubwa - nguvu ya mvuto wa molekuli ya kioevu na molekuli ya imara kati yao wenyewe au nguvu ya mvuto wa molekuli ndani ya kioevu.

Tangu 1938, jambo hili la kimwili limetumika sana katika sekta, katika uzalishaji wa bidhaa za nyumbani, wakati nyenzo za Teflon (polytetrafluoroethilini) ziliunganishwa katika maabara ya DuPont.

Mali yake haitumiwi tu katika utengenezaji wa cookware isiyo na fimbo, lakini pia katika utengenezaji wa vitambaa visivyo na maji, vya kuzuia maji na mipako ya nguo na viatu. Teflon inatambuliwa na Guinness Book of Records kama dutu inayoteleza zaidi ulimwenguni. Ina mvutano wa chini sana wa uso na kushikamana (kushikamana), haijatiwa maji, grisi au vimumunyisho vingi vya kikaboni.

7. Conductivity ya joto

Moja ya matukio ya kawaida katika jikoni ambayo tunaweza kuchunguza ni joto la kettle au maji katika sufuria. Conductivity ya joto ni uhamisho wa joto kwa njia ya harakati ya chembe wakati kuna tofauti (gradient) katika joto. Miongoni mwa aina za conductivity ya mafuta, pia kuna convection.

Katika kesi ya vitu vinavyofanana, conductivity ya mafuta ya vinywaji ni chini ya ile ya yabisi, na ya juu kuliko ya gesi. Conductivity ya mafuta ya gesi na metali huongezeka kwa joto la kuongezeka, na ile ya vinywaji hupungua. Sisi daima tunakabiliwa na convection, ikiwa tunachochea supu au chai na kijiko, au kufungua dirisha, au kurejea uingizaji hewa ili kuingiza jikoni.

Convection - kutoka kwa Kilatini convectiō (uhamisho) - aina ya uhamisho wa joto wakati nishati ya ndani ya gesi au kioevu inahamishwa na jets na mito. Tofautisha kati ya upitishaji wa asili na wa kulazimishwa. Katika kesi ya kwanza, tabaka za kioevu au hewa zinachanganywa wenyewe wakati wa joto au kilichopozwa. Na katika kesi ya pili, kuna mchanganyiko wa mitambo ya kioevu au gesi - na kijiko, shabiki au kwa njia nyingine.

8. Mionzi ya umeme

Tanuri ya microwave wakati mwingine huitwa tanuri ya microwave, au tanuri ya microwave. Kipengele kikuu cha kila tanuri ya microwave ni magnetron, ambayo hubadilisha nishati ya umeme katika mionzi ya umeme ya microwave na mzunguko wa hadi 2.45 gigahertz (GHz). Mionzi hupasha chakula joto kwa kuingiliana na molekuli zake.

Bidhaa hizo zina molekuli za dipole zilizo na malipo chanya ya umeme na hasi kwenye sehemu zao za kinyume.

Hizi ni molekuli za mafuta, sukari, lakini zaidi ya molekuli zote za dipole ziko katika maji, ambayo hupatikana karibu na bidhaa yoyote. Shamba la microwave, mara kwa mara kubadilisha mwelekeo wake, hufanya molekuli kutetemeka kwa mzunguko wa juu, ambayo hujipanga kando ya mistari ya nguvu ili sehemu zote za kushtakiwa vyema za molekuli "ziangalie" katika mwelekeo mmoja au nyingine. Msuguano wa Masi hutokea, nishati hutolewa, ambayo huwasha chakula.

9. Induction

Katika jikoni, unaweza kupata zaidi cookers induction, ambayo ni msingi wa jambo hili. Mwanafizikia wa Kiingereza Michael Faraday aligundua uingizaji wa sumakuumeme mwaka wa 1831 na tangu wakati huo imekuwa vigumu kufikiria maisha yetu bila hiyo.

Faraday aligundua tukio la mkondo wa umeme katika kitanzi kilichofungwa kutokana na mabadiliko ya flux ya magnetic kupita kwenye kitanzi hiki. Uzoefu wa shule unajulikana wakati sumaku ya gorofa inapoingia ndani ya mzunguko wa umbo la ond ya waya (solenoid), na mkondo wa umeme unaonekana ndani yake. Pia kuna mchakato wa reverse - mkondo wa umeme unaobadilishana kwenye solenoid (coil) huunda uwanja wa sumaku unaobadilishana.

Jiko la kisasa la induction hufanya kazi kwa kanuni sawa. Chini ya paneli ya kupokanzwa ya glasi-kauri (isiyo na oscillations ya sumaku-umeme) ya jiko kama hilo kuna coil ya induction ambayo mkondo wa umeme unapita na mzunguko wa 20-60 kHz, na kuunda uwanja wa sumaku unaobadilishana ambao husababisha mikondo ya eddy kwenye safu nyembamba. (safu ya ngozi) ya chini ya sahani ya chuma.

Upinzani wa umeme hupasha joto sahani. Mikondo hii sio hatari zaidi kuliko sahani nyekundu-moto kwenye jiko la kawaida. Vipu vya kupikwa vinapaswa kuwa chuma au chuma cha kutupwa na sifa za ferromagnetic (kuvutia sumaku).

10. Refraction ya mwanga

Pembe ya matukio ya mwanga ni sawa na angle ya kutafakari, na uenezi wa mwanga wa asili au mwanga kutoka kwa taa unaelezewa na asili ya mbili, ya wimbi-chembe: kwa upande mmoja, haya ni mawimbi ya umeme, na kwa upande mwingine. chembe-photoni, ambazo husogea kwa kasi ya juu iwezekanavyo katika Ulimwengu.

Jikoni, unaweza kuona jambo la macho kama kinzani ya mwanga. Kwa mfano, wakati kuna vase ya uwazi na maua kwenye meza ya jikoni, shina ndani ya maji inaonekana kuhama kwenye mpaka wa uso wa maji kuhusiana na kuendelea kwao nje ya kioevu. Ukweli ni kwamba maji, kama lenzi, huzuia miale ya mwanga inayoakisiwa kutoka kwenye mashina kwenye chombo hicho.

Kitu kama hicho kinazingatiwa katika glasi ya uwazi ya chai, ambayo kijiko hutiwa. Unaweza pia kuona picha iliyopotoka na iliyopanuliwa ya maharagwe au nafaka chini ya sufuria ya kina ya maji safi.