Ֆիզիկան մեկ գավաթ թեյի շուրջ
Նախագծի նպատակը՝ Ջերմային երևույթների ուսումնասիրություն, Ջերմահաղորդականություն, Նյութի կառուցվածք, Դիֆուզիա, Ագրեգատային վիճակներ, եռում, գոլորշիացում.
Ուսումնասիրենք ֆիզիկան թեյի սեղանի շուրջ: Առաջադրվող հարցեր՝
- Ձեր առջև թեյնիկն է: Ինչ եք կարծում, ինչու, երբ այն դնում են եռալու, թեյնիկը կափարիչով փակում են:
Պատ՝. - Եթե թեյնիկի կափարիչը բացենք, ապա նրա մոլեկուլների որոշ մասը, ունենալով մեծ կինետիկ էներգիա, անարգելք կթռչի թեյնիկից դեպի նրա վրայի տարածություն, իր հետ տանելով սեփական կինետիկ էներգիան: Այդ պատճառով թեյնիկին երկար ժամանակ դրսից անհրաժեշտ կլինի հաղորդել էներգիա, և այն երկար ժամանակ չի եռա: Իկ ակ թեյնիկը արագ կեռա:
- Ինչպիսին կլինի իմ զգացողությունները, եթե ես բռնեմ եռացող մետաղական թեյնիկի պլաստմասե բռնակից: Ինչպես կբացատրեք դա:
Պատ՝. - Պլաստմասսան ունի քիչ ջերմահաղորդականություն: Այդ պատճառով ձեռքը չի զգա շատ մեծ տաքություն:
- Ջուրն արդեն եռացել է, և թեյնիկի քթիկից դուր է գալիս գոլորշու շիթ… Սակայն գոլորշին համարվում է անտեսանելի:
Պատ՝. - Գոլորշին անտեսանելի է, սակայն այն եռացող թեյնիկից դուրս գալով սառը օդ, կոնդենսացվում է՝ ձևավորլով ջրի մանրագույն կաթիլներ, ահա հենց դրանց էլ մենք տեսնում ենք:
- Եռացրած թեյը լցնելիս, ես պատահաբար կաթացրեցի ձեռքիս: Զգացողությունն համարյա այնպիսին էր , կարծես ձեռքս ասեղով ծակած լիներ: Ինչու:
Պատ՝. - Եռացրած ջրի մոլեկուլները ունեն շարժման շատ մեծ արագություն, այդ պատճառով ակնթարթորեն ներթափանցում են մաշկի մկանի հյուսվածքի վերին շերտ, առաջացնելով ցավի զգացողություն:
- Ինչ ջերմաստիճան ունի թեյնիկում եռացող թեյը:
Պատ՝. - 100 ℃:
- Միշտ է արդյոք ջուրը 100 ℃ եռում?
Պատ՝. - Ամեն բան կախված է ջրի վրայի եղած ճնշումից՝ որքան ճնշումը փոքր է, այնքան ջերմաստիճանը ցածր է: Սարերում, օրինակ, ջուրը եռում է 90С, իսկ կաթսայատներում՝ 200 ℃:
- Ինչ պարզ եղանակով կարելի է բարձրացնել թեյնիկի եռալու ջերմաստիճանը:
Պատ՝. - Ավելացնելով ճնշումը ջրի մակերևույթի վրա: Դրա համար անհրաժեշտ է թեյնիկը կիպ փակել կափարիչով, վրան բեռ դնել, թեյնիկի քիթն էլ խցանով փակել:
- Իսկ ինչ է եռալը?
Պատ՝. - Եռալը՝ որոշակի ջերմաստիճանում հեղուկի ինտենսիվ գոլորշիացման պրոցեսն է, որն ուղեկցվում է պղպջակների արագ ձևավորմամբ և աճով, որոնք ձգտում են ջրի մակերևույթից դուրս գալ և այնտեղ պայթել:
- Ես խնդրում եմ ինձ համար տաք թեյ լցնել բաժակի մեջ, բայց նախազգուշացնում եմ, որ բաժակի պատերը հաստ են: ինչպիսի վտանգ է սպասվում ձեզ ու ինձ? Ինչու?
Պատ՝. - Բաժակը կարող է տրաքել, քանի որ երբ ներսի պատերը կպնում են տաք հեղուկին ընդլայնվում են, տաքանալուց, այն դեպքում, երբ արտաքին պատերը դեռ չեն հասցրել տաքանալ և պահպանում են իրենց չափերը: Դրանից էլ ապակին դեֆորմացվում է և ճաքում:
- Ինչպես պետք է վարվել, որպեսզի եռացրած տաք թեյը լցնելիս հաստ պատերով բաժակը չտրաքի:
Պատ՝. - Անհրաժեշտ է բաժակի մեջ իջեցնել մետաղական գդալ: Այն կընդունի տաքության որոշակի մասը և ջրի ջերմությունը կնվազի և արդյունքում դեֆորմացիան այդքան էլ մեծ չի լինի:
- Որոշ տղամարդիկ թեը խմում են այնպիսի բաժակներով, որոնք տեղադրված են մետաղական բաժակակալների մեջ: Ինչպես եք կարծում ինչու, ազդում է արդյոք բաժակակալըթեյի որակի վրա:
Պատ՝. -Մետաղական բաժակակալը սառեցնում է թեյը, քանի որ ինքը արագ տաքանում է: Չէ որ մետաղներն ունեն փոքր սահմանային ջերմունակություն և մեծ ջերմահաղորդականություն:
- Դուք երևի նկատելել եք, թե ինչպես են խմում թեյը հեռավոր գյուղերում ծեր մարդիկ, լցնելով այն թեյի ափսեի մեջ և փչելով՝ ափսեն բռնելով մատների ծայրերով:
Պատ՝. - Ափսեի մեջ լցված թեյն ունի օդի հետ շփման ավելի մեծ մակերևույթ, այդ պատճառով էլ առավել ինտենսիվ են կատարվում ջերմափոխանակությունն ու գոլորշիացումը և թեյն արագ սառչում է: Երբ փչում են թեյի մակերևույթի վրա, գոլորշիացման պրոցեսն ավելի է արագանում, իսկ դա նույնպես իջեցնում է հեղուկի ջերմաստիճանը: Իսկ ափսեի հետ մատների շփման մակերեևույթը շատ փոքր լինելու պատճառով ձեռքն այդքան ուժգին կերպով չի զգում ափսեի ջերմաստիճանը:
- Մինչև որ ջերմաստիճանը կհովանա թեյը, եթե այն թողնենք թեյի բաժակի մեջ՝ սենյակում մինչև առավոտ:
Պատ՝. - Մինչև սենյակի ջերմաստիճանը:
- Իսկ այժմ հարց չորաբլիթի (печенье) մասին: Չորաբլիթը հեշտությամբ կարելի է կոտրել՝ մասերի բաժանել, սակայն կտորներն այլևս հնարավոր չէ միացնել: Ինչու?
Պատ՝. - Երբ չորաբլիթը կոտրում ենք, մենք դրանով խախտում ենք միջմոլեկուլային կապերը՝ միջմոլեկուլային ձգողության ուժերը: Այնուհետև մենք ինչքան էլ մոտ փորձենք կպցնել կտորները, միևնույն է մեզ չի հաջողվի մոտեցնել նրանց այնպիսի մոտ հեռավորության վրա, որպեսզի սկսվեն արտահայտվել միջմոլեկուլային ձգողության ուժերը:
ԷքսպերիմենտԻսկ հիմա կատարենք հետևյալ փորձը: Գդալի մեջ լցրեք շաքարավազ, դրեք այն բաժակի մեջ, այնուհետև զգուշությամբ լցրեք թեյը: Մի խառնեք այն: Այժմ փորձեք համը: Ինչու թեյը քաղցր չէր՝ բացատրեք?Պատասխան.Որպեսզի թեյն ամբողջությամբ քաղցր լինի, ժամանակ է հարկավոր, որի ընթացքում հեղուկի և շաքարի մոլեկուլները ինքնուրույն կխառվեն, այսինքն տեղի կունենա դիֆուզիայի երևույթը: Տվյալ դեպքում քանի որ մեր դիտարկված փորձում դա `(դիֆուզիան) չի հասցրել տեղի ունենալ և մենք էլ այդ գործընթացին չէնք օգնել՝ խառնելով գդալով, այդ պատճառով էլ թեյի վերին շերտում թեյը բոլորովին քաղցր չէ: