ჩვენ ვსწავლობთ ფიზიკას და ვასწავლით ბავშვებს სამზარეულოდან გაუსვლელად

2024 ავტორი: Seth Attwood | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-16 16:09

ყოველდღიურად 1-2 საათს ვატარებთ სამზარეულოში. ვიღაც ნაკლები, ვიღაც მეტი. როგორც ამბობენ, ჩვენ იშვიათად ვფიქრობთ ფიზიკურ მოვლენებზე, როდესაც ვამზადებთ საუზმეს, ლანჩს ან სადილს. მაგრამ არ შეიძლება იყოს მათი უფრო დიდი კონცენტრაცია ყოველდღიურ პირობებში, ვიდრე სამზარეულოში, ბინაში. კარგი შესაძლებლობა ბავშვებს ავუხსნათ ფიზიკა!

1. დიფუზია

ჩვენ მუდმივად ვაწყდებით ამ ფენომენს სამზარეულოში. მისი სახელწოდება მომდინარეობს ლათინური სიტყვიდან diffusio - ურთიერთქმედება, გაფანტვა, განაწილება.

ეს არის მოლეკულების ან ორი მიმდებარე ნივთიერების ატომების ურთიერთშეღწევის პროცესი. დიფუზიის სიჩქარე პროპორციულია სხეულის განივი ფართობის (მოცულობის) და შერეული ნივთიერებების კონცენტრაციების, ტემპერატურის სხვაობისა. თუ არის ტემპერატურის სხვაობა, მაშინ ის ადგენს გავრცელების მიმართულებას (გრადიენტს) - ცხელიდან ცივამდე. შედეგად, ხდება მოლეკულების ან ატომების კონცენტრაციების სპონტანური გასწორება.

ეს ფენომენი შეიძლება შეინიშნოს სამზარეულოში, როდესაც სუნი ვრცელდება. გაზების დიფუზიის წყალობით, სხვა ოთახში ჯდომისას, შეგიძლიათ გაიგოთ, რა არის საზ. მოგეხსენებათ, ბუნებრივი აირი უსუნოა და მას ემატება დანამატი, რათა გაადვილდეს საყოფაცხოვრებო გაზის გაჟონვის აღმოჩენა.

სუნი, როგორიცაა ეთილის მერკაპტანი, მატებს მკვეთრ სუნს. თუ საწვავი პირველად არ აინთება, მაშინ გვესმის კონკრეტული სუნი, რომელიც ბავშვობიდან ვიცით, როგორც საყოფაცხოვრებო გაზის სუნი.

ხოლო თუ ჩაის მარცვლებს ან ჩაის პაკეტს ჩაასხით მდუღარე წყალში და არ აურიეთ, ხედავთ, როგორ ვრცელდება ჩაის ინფუზია სუფთა წყლის მოცულობაში.

ეს არის სითხეების დიფუზია. მყარი სხეულში დიფუზიის მაგალითი იქნება პომიდვრის, კიტრის, სოკოს ან კომბოსტოს დამარილება. წყალში მარილის კრისტალები იშლება Na და Cl-ის იონებად, რომლებიც ქაოტურად მოძრაობენ, შეაღწევენ ბოსტნეულის ან სოკოს შემადგენლობაში შემავალ ნივთიერებების მოლეკულებს შორის.

2. აგრეგაციის მდგომარეობის შეცვლა

რამდენიმე ჩვენგანმა შეამჩნია, რომ მარცხენა ჭიქა წყალში, რამდენიმე დღის შემდეგ, ოთახის ტემპერატურაზე წყლის იგივე ნაწილი აორთქლდება, როგორც 1-2 წუთის განმავლობაში ადუღებისას. და როცა მაცივარში ყინულის კუბებისთვის საკვებს ან წყალს ვყინავთ, არ ვფიქრობთ იმაზე, თუ როგორ ხდება ეს.

იმავდროულად, ეს ყველაზე გავრცელებული და გავრცელებული სამზარეულოს ფენომენები ადვილად აიხსნება. სითხეს აქვს შუალედური მდგომარეობა მყარ და აირებს შორის.

დუღილის ან გაყინვის გარდა სხვა ტემპერატურაზე, სითხეში მოლეკულებს შორის მიზიდულობის ძალები არ არის ისეთი ძლიერი ან სუსტი, როგორც მყარ სხეულებსა და აირებში. ამიტომ, მაგალითად, მხოლოდ ენერგიის მიღებით (მზის სხივებიდან, ჰაერის მოლეკულებიდან ოთახის ტემპერატურაზე), ღია ზედაპირიდან თხევადი მოლეკულები თანდათან გადადიან აირის ფაზაში, ქმნიან ორთქლის წნევას თხევადი ზედაპირის ზემოთ.

აორთქლების სიჩქარე იზრდება სითხის ზედაპირის გაზრდით, ტემპერატურის მატებასთან და გარე წნევის შემცირებით. თუ ტემპერატურა გაიზარდა, მაშინ ამ სითხის ორთქლის წნევა აღწევს გარე წნევას. ტემპერატურას, რომელზეც ეს ხდება, დუღილის წერტილი ეწოდება. დუღილის წერტილი მცირდება გარე წნევის შემცირებით. ამიტომ მთიან ადგილებში წყალი უფრო სწრაფად დუღს.

პირიქით, როდესაც ტემპერატურა ეცემა, წყლის მოლეკულები კარგავენ კინეტიკურ ენერგიას ერთმანეთთან მიზიდულობის ძალების დონეზე. ისინი აღარ მოძრაობენ ქაოტურად, რაც იძლევა კრისტალური გისოსების წარმოქმნის საშუალებას, როგორიცაა მყარი. 0 ° C ტემპერატურას, რომლის დროსაც ეს ხდება, ეწოდება წყლის გაყინვის წერტილი.

როდესაც გაყინულია, წყალი ფართოვდება.ბევრს შეეძლო ამ ფენომენის გაცნობა, როცა პლასტმასის ბოთლს სასმელთან ერთად საყინულეში სწრაფად გაგრილებისთვის მოათავსეს და დაივიწყეს, შემდეგ კი ბოთლი ასკდა. 4 ° C ტემპერატურამდე გაციებისას პირველად შეინიშნება წყლის სიმკვრივის მატება, რომლის დროსაც მიიღწევა მისი მაქსიმალური სიმკვრივე და მინიმალური მოცულობა. შემდეგ, 4-დან 0 ° C ტემპერატურაზე, წყლის მოლეკულაში ობლიგაციების გადაწყობა ხდება და მისი სტრუქტურა ხდება ნაკლებად მკვრივი.

0 ° C ტემპერატურაზე წყლის თხევადი ფაზა იცვლება მყარად. მას შემდეგ, რაც წყალი მთლიანად იყინება და ყინულად იქცევა, მისი მოცულობა იზრდება 8,4%-ით, რაც იწვევს პლასტმასის ბოთლის აფეთქებას. ბევრ პროდუქტში სითხის შემცველობა დაბალია, ამიტომ მათი მოცულობა ასე შესამჩნევად არ იზრდება გაყინვისას.

3. აბსორბცია და ადსორბცია

ეს ორი თითქმის განუყოფელი ფენომენი, რომელსაც ლათინური სორბეო ეწოდება (შეწოვა), შეინიშნება, მაგალითად, ქვაბში ან ქვაბში წყლის გაცხელებისას. გაზი, რომელიც ქიმიურად არ მოქმედებს სითხეზე, მაინც შეიწოვება მას მასთან შეხებისას. ამ ფენომენს აბსორბციას უწოდებენ.

როდესაც აირები შეიწოვება მყარი წვრილმარცვლოვანი ან ფოროვანი სხეულებით, მათი უმეტესობა მჭიდროდ გროვდება და ინარჩუნებს ფორების ან მარცვლების ზედაპირზე და არ ნაწილდება მთელ მოცულობაში. ამ შემთხვევაში პროცესს ადსორბცია ეწოდება. ეს ფენომენი შეიძლება შეინიშნოს წყლის ადუღებისას - ბუშტები გამოყოფილია ქვაბის ან ქვაბის კედლებიდან გაცხელებისას.

წყლიდან გამოთავისუფლებული ჰაერი შეიცავს 63% აზოტს და 36% ჟანგბადს. ზოგადად, ატმოსფერული ჰაერი შეიცავს 78% აზოტს და 21% ჟანგბადს.

სუფრის მარილი დაუფარავ ჭურჭელში შეიძლება სველდეს მისი ჰიგიროსკოპული თვისებების გამო - ჰაერიდან წყლის ორთქლის შეწოვა. საცხობი სოდა კი მაცივარში მოთავსებისას ადსორბენტის როლს ასრულებს სუნის მოსაშორებლად.

4. არქიმედეს კანონის გამოვლინება

როდესაც ქათმის მოხარშვისთვის მზად ვართ, ქვაბს ავსებთ წყლით დაახლოებით ნახევარი ან ¾, ქათმის ზომის მიხედვით. კარკასის წყლის ქვაბში ჩაძირვით ვამჩნევთ, რომ წყალში ქათმის წონა შესამჩნევად იკლებს და წყალი ქოთნის კიდეებამდე ადის.

ეს ფენომენი აიხსნება წევის ძალით ან არქიმედეს კანონით. ამ შემთხვევაში სითხეში ჩაძირულ სხეულზე მოქმედებს გამაძლიერებელი ძალა, რომელიც უდრის სითხის წონას სხეულის წყალქვეშა ნაწილის მოცულობაში. ამ ძალას უწოდებენ არქიმედეს ძალას, ისევე როგორც თავად კანონს, რომელიც ხსნის ამ მოვლენას.

5. ზედაპირული დაჭიმულობა

ბევრს ახსოვს ექსპერიმენტები სითხეების ფილმებით, რომლებსაც აჩვენებდნენ სკოლაში ფიზიკის გაკვეთილებზე. პატარა მავთულის ჩარჩო ერთი მოძრავი გვერდით ჩაყარეს საპნიან წყალში და შემდეგ ამოიღეს. პერიმეტრის გასწვრივ ჩამოყალიბებულ ფილმში ზედაპირული დაძაბულობის ძალებმა ასწიეს ჩარჩოს ქვედა მოძრავი ნაწილი. იმისთვის, რომ ის უმოძრაოდ დარჩენილიყო, ექსპერიმენტის განმეორებისას მისგან წონა ჩამოკიდეს.

ეს ფენომენი შეიძლება შეინიშნოს საწურში - გამოყენების შემდეგ წყალი რჩება ამ სამზარეულოს ჭურჭლის ქვედა ნახვრეტებში. იგივე ფენომენი შეინიშნება ჩანგლების დაბანის შემდეგაც – ზოგიერთ კბილებს შორის შიდა ზედაპირზეც არის წყლის ზოლები.

სითხეების ფიზიკა ამ მოვლენას ასე ხსნის: სითხის მოლეკულები იმდენად ახლოსაა ერთმანეთთან, რომ მათ შორის მიზიდულობის ძალები ქმნის ზედაპირულ დაძაბულობას თავისუფალი ზედაპირის სიბრტყეში. თუ თხევადი ფილმის წყლის მოლეკულების მიზიდულობის ძალა უფრო სუსტია, ვიდრე მიზიდულობის ძალა საფენის ზედაპირზე, მაშინ წყლის ფირი იშლება.

ასევე, ზედაპირული დაჭიმვის ძალები შესამჩნევია, როდესაც ბურღულეულს ან ბარდას, ლობიოს ჩავასხამთ წყალთან ერთად ქვაბში ან დავამატებთ წიწაკის მრგვალ მარცვლებს. ზოგიერთი მარცვალი დარჩება წყლის ზედაპირზე, ხოლო უმეტესი ნაწილი ძირში ჩაიძირება დანარჩენი წონის ქვეშ. თუ თითის წვერით ან კოვზით მსუბუქად დააჭერთ მცურავ მარცვლებს, ისინი გადალახავენ წყლის ზედაპირულ დაძაბულობას და ჩაიძირებიან ძირში.

6. დასველება და გავრცელება

დაღვრილმა სითხემ შეიძლება წარმოქმნას პატარა ლაქები ცხიმწასმულ ღუმელზე და ერთი გუბე მაგიდაზე.საქმე იმაშია, რომ თხევადი მოლეკულები პირველ შემთხვევაში უფრო მეტად იზიდავს ერთმანეთს, ვიდრე ფირფიტის ზედაპირი, სადაც არის წყლით არ დასველებული ცხიმოვანი გარსი, ხოლო სუფთა მაგიდაზე წყლის მოლეკულების მიზიდულობა მოლეკულებისკენ. მაგიდის ზედაპირი უფრო მაღალია, ვიდრე წყლის მოლეკულების ერთმანეთის მიზიდულობა. შედეგად, გუბე ვრცელდება.

ეს ფენომენი ასევე დაკავშირებულია სითხეების ფიზიკასთან და დაკავშირებულია ზედაპირულ დაძაბულობასთან. მოგეხსენებათ, საპნის ბუშტს ან თხევადი წვეთებს აქვს სფერული ფორმა ზედაპირული დაძაბულობის ძალების გამო.

წვეთში თხევადი მოლეკულები უფრო ძლიერად იზიდავს ერთმანეთს, ვიდრე აირის მოლეკულებს და მიისწრაფვიან თხევადი წვეთების შიგნით, ამცირებენ მის ზედაპირის ფართობს. მაგრამ, თუ არსებობს მყარი სველი ზედაპირი, მაშინ წვეთების ნაწილი შეხებისას იჭიმება მის გასწვრივ, რადგან მყარის მოლეკულები იზიდავს სითხის მოლეკულებს და ეს ძალა აღემატება მიზიდულობის ძალას სითხის მოლეკულებს შორის..

დასველების და მყარ ზედაპირზე გავრცელების ხარისხი დამოკიდებული იქნება იმაზე, თუ რომელი ძალაა უფრო დიდი - სითხის მოლეკულებისა და მყარის მოლეკულების მიზიდულობის ძალა მათ შორის თუ მოლეკულების მიზიდულობის ძალა სითხის შიგნით.

1938 წლიდან ეს ფიზიკური ფენომენი ფართოდ გამოიყენება მრეწველობაში, საყოფაცხოვრებო საქონლის წარმოებაში, როდესაც ტეფლონის (პოლიტეტრაფტორეთილენის) მასალა დუპონის ლაბორატორიაში სინთეზირებული იყო.

მისი თვისებები გამოიყენება არა მხოლოდ არაწებოვანი ჭურჭლის, არამედ წყალგაუმტარი, წყალგაუმტარი ქსოვილებისა და ტანსაცმლისა და ფეხსაცმლის საფარების წარმოებაში. ტეფლონი აღიარებულია გინესის რეკორდების წიგნში, როგორც ყველაზე მოლიპულ ნივთიერებად მსოფლიოში. აქვს ძალიან დაბალი ზედაპირული დაჭიმულობა და წებოვნება (წებება), არ სველდება წყლით, ცხიმით ან მრავალი ორგანული გამხსნელით.

7. თბოგამტარობა

სამზარეულოში ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული ფენომენი, რომელსაც ჩვენ შეგვიძლია დავაკვირდეთ, არის ქვაბის ან წყლის გაცხელება ქვაბში. თბოგამტარობა არის სითბოს გადაცემა ნაწილაკების გადაადგილების გზით, როდესაც არსებობს განსხვავება (გრადიენტი) ტემპერატურაში. თბოგამტარობის ტიპებს შორის არის კონვექციაც.

იდენტური ნივთიერებების შემთხვევაში, სითხეების თბოგამტარობა ნაკლებია, ვიდრე მყარი, და უფრო მაღალია, ვიდრე აირები. გაზების და ლითონების თბოგამტარობა ტემპერატურის მატებასთან ერთად იზრდება, სითხეების კი მცირდება. ჩვენ გამუდმებით ვაწყდებით კონვექციას, სუპს ან ჩაის კოვზით ვურევთ, ფანჯარას ვხსნით, ან ვენტილაციას ვურთავთ სამზარეულოს განიავებისთვის.

კონვექცია - ლათინურიდან convectiō (გადაცემა) - სითბოს გადაცემის ტიპი, როდესაც გაზის ან სითხის შიდა ენერგია გადადის ჭავლებითა და ნაკადებით. განასხვავებენ ბუნებრივ კონვექციას და იძულებულს. პირველ შემთხვევაში, სითხის ან ჰაერის ფენები გაცხელებისას ან გაცივებისას თავად აირია. ხოლო მეორე შემთხვევაში ხდება სითხის ან აირის მექანიკური შერევა – კოვზით, ვენტილატორით თუ სხვა გზით.

8. ელექტრომაგნიტური გამოსხივება

მიკროტალღურ ღუმელს ზოგჯერ მიკროტალღურ ღუმელს ან მიკროტალღურ ღუმელს უწოდებენ. ყველა მიკროტალღური ღუმელის მთავარი ელემენტია მაგნიტრონი, რომელიც ელექტრო ენერგიას გარდაქმნის მიკროტალღურ ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებად 2,45 გიგაჰერცამდე (გჰც) სიხშირით. რადიაცია ათბობს საკვებს მის მოლეკულებთან ურთიერთქმედებით.

პროდუქტები შეიცავს დიპოლურ მოლეკულებს, რომლებიც შეიცავს დადებით ელექტრულ და უარყოფით მუხტს მათ საპირისპირო ნაწილებზე.

ეს არის ცხიმების, შაქრის მოლეკულები, მაგრამ ყველაზე მეტად დიპოლური მოლეკულები წყალშია, რომელიც გვხვდება თითქმის ნებისმიერ პროდუქტში. მიკროტალღური ველი, რომელიც გამუდმებით ცვლის მიმართულებას, აიძულებს მოლეკულებს ვიბრაციას მაღალი სიხშირით, რომლებიც ხაზს უსვამენ ძალის ხაზებს ისე, რომ მოლეკულების ყველა დადებითი დამუხტული ნაწილი "იყურება" ერთი მიმართულებით ან სხვა მიმართულებით. წარმოიქმნება მოლეკულური ხახუნი, გამოიყოფა ენერგია, რომელიც ათბობს საკვებს.

9. ინდუქცია

სამზარეულოში სულ უფრო ხშირად შეგიძლიათ იპოვოთ ინდუქციური გაზქურები, რომლებიც დაფუძნებულია ამ ფენომენზე.ინგლისელმა ფიზიკოსმა მაიკლ ფარადეიმ 1831 წელს აღმოაჩინა ელექტრომაგნიტური ინდუქცია და მას შემდეგ შეუძლებელი იყო ჩვენი ცხოვრების წარმოდგენა მის გარეშე.

ფარადეიმ აღმოაჩინა ელექტრული დენის გაჩენა დახურულ მარყუჟში ამ მარყუჟში გამავალი მაგნიტური ნაკადის ცვლილების გამო. სკოლის გამოცდილება ცნობილია, როდესაც ბრტყელი მაგნიტი მოძრაობს მავთულის სპირალური ფორმის წრეში (სოლენოიდი) და მასში ჩნდება ელექტრული დენი. ასევე არსებობს საპირისპირო პროცესი - ცვლადი ელექტრული დენი სოლენოიდში (კოჭში) ქმნის ცვლადი მაგნიტურ ველს.

თანამედროვე ინდუქციური გაზქურა მუშაობს იმავე პრინციპით. ასეთი ღუმელის მინა-კერამიკული გამაცხელებელი პანელის ქვეშ (ნეიტრალური ელექტრომაგნიტური რხევების მიმართ) არის ინდუქციური ხვეული, რომლის მეშვეობითაც ელექტრული დენი მიედინება 20-60 kHz სიხშირით, რაც ქმნის ალტერნატიულ მაგნიტურ ველს, რომელიც იწვევს მორევის დენებს თხელ ფენაში. ლითონის ჭურჭლის ფსკერის (კანის ფენა).

ელექტრული წინააღმდეგობა ათბობს ჭურჭელს. ეს დინებები არ არის უფრო საშიში, ვიდრე ჩვეულებრივი ღუმელების წითელ კერძებზე. ჭურჭელი უნდა იყოს ფოლადის ან თუჯის ფერომაგნიტური თვისებებით (მიიზიდოს მაგნიტი).

10. სინათლის რეფრაქცია

სინათლის დაცემის კუთხე ტოლია არეკვლის კუთხით, ხოლო ბუნებრივი სინათლის ან ნათურებიდან სინათლის გავრცელება აიხსნება ორმაგი, ტალღოვანი ნაწილაკების ბუნებით: ერთის მხრივ, ეს არის ელექტრომაგნიტური ტალღები, ხოლო მეორეს მხრივ, ნაწილაკები-ფოტონები, რომლებიც მოძრაობენ სამყაროში მაქსიმალური სიჩქარით.

სამზარეულოში შეგიძლიათ დააკვირდეთ ისეთ ოპტიკურ ფენომენს, როგორიცაა სინათლის რეფრაქცია. მაგალითად, როდესაც სამზარეულოს მაგიდაზე არის გამჭვირვალე ვაზა ყვავილებით, წყალში ღეროები, როგორც ჩანს, იცვლებიან წყლის ზედაპირის საზღვარზე სითხის გარეთ მათი გაგრძელებასთან შედარებით. ფაქტია, რომ წყალი, როგორც ლინზა, არღვევს ვაზაში ღეროებიდან არეკლილი სინათლის სხივებს.

მსგავსი რამ შეინიშნება ჩაის გამჭვირვალე ჭიქაში, რომელშიც კოვზს ასხამენ. თქვენ ასევე შეგიძლიათ იხილოთ ლობიოს ან მარცვლეულის დამახინჯებული და გაფართოებული გამოსახულება სუფთა წყლის ღრმა ქოთნის ძირში.