Бытовая техника с точки зрения физики

1. Диффузия. С этим явлением на кухне мы сталкиваемся постоянно. Его название образовано от латинского diffusio — взаимодействие, рассеивание, распространение. Это процесс взаимного проникновения молекул или атомов двух граничащих веществ. Скорость диффузии пропорциональна площади поперечного сечения тела (объему), и разности концентраций, температур смешиваемых веществ. Если есть разница температуры, то она задает направление распространения (градиент) — от горячего к холодному. В итоге происходит самопроизвольное выравнивание концентраций молекул или атомов.

Это явление на кухне можно наблюдать при распространении запахов. Благодаря диффузии газов, сидя в другой комнате, можно понять, что готовится. Как известно, природный газ не имеет запаха, и к нему примешивают добавку, чтобы легче было обнаружить утечку бытового газа. Резкий неприятный запах добавляет одорант, например, этилмеркаптан. Если с первого раза конфорка не загорелась, то мы можем чувствовать специфический запах, который с детства мы знаем, как запах бытового газа.

А если бросить в кипяток крупинки чая или заварной пакетик и не размешивать, то можно увидеть, как распространяется чайный настой в объеме чистой воды. Это диффузия жидкостей. Примером диффузии в твердом теле может быть засолка помидор, огурцов, грибов или капусты. Кристаллы соли в воде распадаются на ионы Na и Cl, которые, хаотически двигаясь, проникают между молекулами веществ в составе овощей или грибов.

2. Смена агрегатного состояния. Мало кто из нас замечал, что в оставленном стакане с водой через несколько дней испаряется такая же часть воды при комнатной температуре, как и при кипячении в течение 1−2 минут. А замораживая продукты или воду для кубиков льда в холодильнике, мы не задумываемся, как это происходит. Между тем, эти самые обыденные и частые кухонные явления легко объясняются. Жидкость обладает промежуточным состоянием между твердыми веществами и газами. При температурах, отличных от кипения или замерзания, силы притяжения между молекулами в жидкости не так сильны или слабы, как в твердых веществах и в газах. Поэтому, например, только получая энергию (от солнечных лучей, молекул воздуха комнатной температуры) молекулы жидкости с открытой поверхности постепенно переходят в газовую фазу, создавая над поверхностью жидкости давление пара. Скорость испарения растет при увеличении площади поверхности жидкости, повышении температуры, уменьшении внешнего давления. Если температуру повышать, то давление пара этой жидкости достигает внешнего давления. Температуру, при которой это происходит, называют температурой кипения. Температура кипения снижается при уменьшении внешнего давления. Поэтому в горной местности вода закипает быстрее.

Темная материя: загадочное вещество вселенной

Как сделать ткань полностью непромокаемой: российское ноу-хау

И наоборот, молекулы воды при понижении температуры теряют кинетическую энергию до уровня сил притяжения между собой. Они уже не двигаются хаотично, что позволяет образоваться кристаллической решетке как у твердых тел. Температура 0 °C, при которой это происходит, называется температурой замерзания воды. При заморозке вода расширяется. Многие могли познакомиться с таким явлением, когда помещали пластиковую бутылку с напитком в морозилку для быстрого охлаждения и забывали об этом, а после бутылку распирало. При охлаждении до температуры 4 °C сначала наблюдается увеличение плотности воды, при которой достигается ее максимальная плотность и минимальный объем. Затем при температуре от 4 до 0 °C происходит перестройка связей в молекуле воды, и ее структура становится менее плотной. При температуре 0 °C жидкая фаза воды меняется на твердую. После полного замерзания воды и превращения в лед ее объем вырастает на 8,4%, что и приводит к распиранию пластиковой бутылки. Содержание жидкости во многих продуктах мало, поэтому они при заморозке не так заметно увеличиваются в объеме.

3. Абсорбция и адсорбция. Эти два почти неразделимых явления, получивших название от латинского sorbeo (поглощать), наблюдаются, например, при нагревании воды в чайнике или кастрюле. Газ, не действующий химически на жидкость, может, тем не менее, поглощаться ею при соприкосновении с ней. Такое явление называется абсорбцией. При поглощении газов твердыми мелкозернистыми или пористыми телами большая их часть плотно скапливается и удерживается на поверхности пор или зерен и не распределяется по всему объему. В этом случае процесс называют адсорбцией. Эти явления можно наблюдать при кипячении воды — со стенок кастрюли или чайника при нагревании отделяются пузырьки. Воздух, выделяемый из воды, содержит 63% азота и 36% кислорода. А в целом атмосферный воздух содержит 78% азота и 21% кислорода.

Поваренная соль в незакрытой емкости может стать влажной из-за своих гигроскопических свойств — поглощения из воздуха водяного пара. А сода выступает в качестве адсорбента, когда ее ставят в холодильник для удаления запаха.

4. Проявление закона Архимеда. Приготовившись сварить курицу, мы наполняем кастрюлю водой примерно наполовину или на ¾ в зависимости от размера курицы. Погружая тушку в кастрюлю с водой, мы замечаем, что вес курицы в воде заметно уменьшается, а вода поднимается к краям кастрюли.

Это явление объясняется выталкивающей силой или законом Архимеда. В этом случае на тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости в объеме погруженной части тела. Эта сила называется силой Архимеда, как и сам закон, объясняющий это явление.

5. Поверхностное натяжение. Многие помнят опыты с пленками жидкостей, которые показывали на уроках физики в школе. Небольшую проволочную рамку с одной подвижной стороной опускали в мыльную воду, а затем вытаскивали. Силы поверхностного натяжения в образовавшейся по периметру пленке поднимали нижнюю подвижную часть рамки. Чтобы сохранить ее неподвижной, к ней подвешивали грузик при повторном проведении опыта. Это явление можно наблюдать в дуршлаге — после использования в дырочках дна этой кухонной посуды остается вода. Такое же явление можно наблюдать после мойки вилок — на внутренней поверхности между некоторыми зубьями также есть полоски воды.

Физика жидкостей объясняет это явление так: молекулы жидкости настолько близки друг к другу, что силы притяжения между ними создают поверхностное натяжение в плоскости свободной поверхности. Если сила притяжения молекул воды пленки жидкости слабее силы притяжения к поверхности дуршлага, то водная пленка разрывается. Также силы поверхностного натяжения заметны, когда мы будем сыпать в кастрюлю с водой крупу или горох, бобы, или добавлять круглые крупинки перца. Некоторые зерна останутся на поверхности воды, тогда как большинство под весом остальных опустятся на дно. Если кончиком пальца или ложкой слегка надавить на плавающие крупинки, то они преодолеют силу поверхностного натяжения воды и опустятся на дно.

6. Смачивание и растекание. На кухонной плите с жировой пленкой пролитая жидкость может образовать маленькие пятна, а на столе — одну лужицу. Все дело в том, что молекулы жидкости в первом случае сильнее притягиваются друг к другу, чем к поверхности плиты, где есть несмачиваемая водой жировая пленка, а на чистом столе притяжение молекул воды к молекулам поверхности стола выше, чем притяжение молекул воды между собой. В результате лужица растекается.

Это явление также относится к физике жидкостей и связано с поверхностным натяжением. Как известно, мыльный пузырь или капли жидкости имеют шарообразную форму из-за сил поверхностного натяжения. В капле молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильней, чем к молекулам газа, и стремятся внутрь капли жидкости, уменьшая площадь ее поверхности. Но, если есть твердая смачиваемая поверхность, то часть капли при соприкосновении растягивается по ней, потому что молекулы твердого тела притягивают молекулы жидкости, и эта сила превосходит силу притяжения между молекулами жидкости. Степень смачивания и растекание по твердой поверхности будет зависеть от того, какая сила больше — сила притяжения молекул жидкости и молекул твердого тела между собой или сила притяжения молекул внутри жидкости.

Это физическое явление с 1938 года широко стали использовать в промышленности, в производстве бытовых товаров, когда в лаборатории компании DuPont был синтезирован материал Teflon (политетрафлуороэтилен). Его свойства используются не только в изготовлении посуды с антипригарным покрытием, но и в производстве непромокаемых, водоотталкивающих тканей и покрытий для одежды и обуви. Teflon отмечен в «Книге рекордов Гинесса» как самая скользкая субстанция в мире. Он имеет очень низкие поверхностное натяжение и адгезию (прилипание), не смачивается ни водой, ни жирами, ни многими органическими растворителями.

7. Теплопроводность. Одно из самых частых явлений на кухне, которое мы можем наблюдать — это нагрев чайника или воды в кастрюле. Теплопроводность — это передача теплоты через движение частиц, когда есть разница (градиент) температуры. Среди видов теплопроводности есть и конвекция. В случае одинаковых веществ, у жидкостей теплопроводность меньше, чем у твердых тел, и больше по сравнению с газами. Теплопроводность газов и металлов возрастает с повышением температуры, а жидкостей — уменьшается. С конвекцией мы сталкиваемся постоянно, помешиваем ли мы ложкой суп или чай, или открываем окно, или включаем вентиляцию для проветривания кухни. Конвекция — от латинского convectiō (перенесение) — вид теплообмена, когда внутренняя энергия газа или жидкости передается струями и потоками. Различают естественную конвекцию и принудительную. В первом случае слои жидкости или воздуха сами перемешиваются при нагревании или остывании. А во втором случае — происходит механическое перемешивание жидкости или газа — ложкой, вентилятором или иным способом.

8. Электромагнитное излучение. Микроволновку иногда называют сверхвысокочастотной печью, или СВЧ-печью. Основной элемент каждой микроволновки — магнетрон, который преобразует электрическую энергию в сверхвысокочастотное электромагнитное излучение частотой до 2,45 гигагерц (ГГц). Излучение разогревает еду, взаимодействуя с ее молекулами. В продуктах есть дипольные молекулы, содержащие на противоположных своих частях положительные электрические и отрицательные заряды. Это молекулы жиров, сахара, но больше всего дипольных молекул в воде, которая содержится почти в любом продукте. СВЧ-поле, постоянно меняя свое направление, заставляет с высокой частотой колебаться молекулы, которые выстраиваются вдоль силовых линий так, что все положительные заряженные части молекул «смотрят», то в одну, то в другую сторону. Возникает молекулярное трение, выделяется энергия, что и нагревает пищу.

9. Индукция. На кухне все чаще можно встретить индукционные плиты, в основе работы которых заложено это явление. Английский физик Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию в 1831 году и с тех пор без нее невозможно представить нашу жизнь. Фарадей обнаружил возникновение электрического тока в замкнутом контуре из-за изменения магнитного потока, проходящего через этот контур. Известен школьный опыт, когда плоский магнит перемещается внутри спиралеобразного контура из проволоки (соленоида), и в ней появляется электрический ток. Есть и обратный процесс — переменный электроток в соленоиде (катушке) создает переменное магнитное поле.

По такому же принципу работает и современная индукционная плита. Под стеклокерамической нагревательной панелью (нейтральна к электромагнитным колебаниям) такой плиты находится индукционная катушка, по которой течет электроток с частотой 20−60 кГц, создавая переменное магнитное поле, наводящее вихревые токи в тонком слое (скин-слое) дна металлической посуды. Из-за электрического сопротивления посуда нагревается. Эти токи не более опасны, чем раскаленная посуда на обычных плитах. Посуда должна быть стальной или чугунной, обладающей ферромагнитными свойствами (притягивать магнит).

10. Преломление света. Угол падения света равен углу отражения, а распространение естественного света или света от ламп объясняется двойственной, корпускулярно-волновой природой: с одной стороны — это электромагнитные волны, а с другой — частицы-фотоны, которые двигаются с максимально возможной во Вселенной скоростью. На кухне можно наблюдать такое оптическое явление, как преломление света. Например, когда на кухонном столе стоит прозрачная ваза с цветами, то стебли в воде как бы смещаются на границе поверхности воды относительно своего продолжения вне жидкости. Дело в том, что вода, как линза, преломляет лучи света, отраженные от стеблей в вазе. Подобное наблюдается и прозрачном стакане с чаем, в который опущена ложка. Также можно видеть искаженное и увеличенное изображение фасоли или крупы на дне глубокой кастрюли с прозрачной водой.

Мир вокруг нас полон тайн и удивительных открытий. Многие простые бытовые вопросы имеют сложные научные ответы.

С какими физическими и химическими явлениями мы сталкиваемся практически каждый день, в специальной подборке «АиФ-НН».

Нагревание чайника

Явление: конвекция и теплопередача.

В основе нагревания воды в чайнике лежит физическое явление — конвекция. Теплота передаётся чайнику снизу, а вода — плохой проводник тепла. Именно благодаря конвекции энергия переносится струями жидкости, и вода нагревается по всему объёму.

Закрываем чайник при кипении мы тоже не случайно. При открытой крышке часть молекул, имеющих большую кинетическую энергию, будет улетать, унося энергию, поэтому вода быстрее закипит, если крышку закрыть.

Присутствует в чайной церемонии и такое физическое явление, как теплопередача. Не зря ручки у самоваров всегда были деревянными — дерево не самый лучший проводник тепла. Как, впрочем, и пластмасса, из которой сегодня делают электрические чайники.

Хорошая хозяйка также знает, что, если положить в стакан металлическую ложку, та примет часть тепла, и температура воды станет ниже. Тепловое расширение внутренних стенок будет меньше, и деформация не окажется разрушительной для стакана. Хорошо охладит чай и металлический подстаканник, поскольку он сам быстро нагревается и забирает тепло.

Заваривание чая

Явление: диффузия.

А если бросить в кипяток крупинки чая или заварной пакетик, не размешивая, можно увидеть, как распространяется чайный настой в чистой воде. Происходит диффузия жидкостей. Конечно, все мы знаем, что чай надо заваривать кипятком. Оказывается, при высокой температуре диффузия в жидкостях происходит быстрее. Примером диффузии в твёрдом теле может быть консервация. Кристаллы соли в воде распадаются на ионы, которые, хаотически двигаясь, проникают между молекулами веществ в составе тех же овощей или грибов.

На кухне можно наблюдать и физическое явление диффузии газов. Благодаря ему, сидя в другой комнате, можно понять, что готовится. Диффузия в газах может быть крайне опасной, из-за этого явления можно отравиться угарным и другими ядовитыми газами.

Гашение соды уксусом

Явление: реакция нейтрализации.

Без этого явления не было бы у хозяек вкусной выпечки. Когда мы гасим соду в ложке уксуса, происходит химическая реакция нейтрализации. Её результат — углекислый газ. Он стремится покинуть тесто и изменяет его структуру, делая пористым и рыхлым.

Правда, любой химик вам скажет: гасить соду вовсе не обязательно. При температуре от 60 градусов (а лучше 200) происходит разложение соды на карбонат натрия, воду и всё тот же углекислый газ. Однако реакция будет проходить несколько хуже, чем при гашении соды, а значит, хуже может оказаться и вкус готовых изделий из теста.

Варка курицы и пельменей

Явление: гидростатика — закон Архимеда.

Приготовившись сварить курицу, мы наполняем кастрюлю водой примерно наполовину или на три четверти — в зависимости от размера курицы. Погружённая в кастрюлю курица заметно уменьшается в весе, а вода поднимается к краям кастрюли. Это явление объясняется выталкивающей силой, или законом Архимеда. В этом случае на тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила, равная весу жидкости в объёме погружённой части тела. Тот же принцип действует и при варке пельменей. Они вытеснят часть воды наверх ровно в том объёме, который занимают сами.

Собственно, свой закон Архимед придумал, занимаясь будничным делом — принимая ванну. Легенда гласит, что нагой Архимед бежал по улице и кричал «Эврика!» («Нашёл!»).

Проверка агрегатного состояния яиц

Явление: сохранение момента импульса.

Если раскрутить покрытое скорлупой варёное и сырое яйцо, то первое начнёт вращаться, а второе останется неподвижным. Всё потому, что внутри сырого яйца есть жидкость. Постоянно смещающийся внутри центр тяжести быстро замедляет вращение. У варёного же яйца центр тяжести остаётся в одной точке.

Добавляя при варке яиц соль, можно запустить химический процесс. Оказывается, именно в солёной воде белок «свёртывается» быстрее. Такая мгновенная реакция предотвращает яйца от растрескивания в кипятке.

Опускать яйца вариться именно в холодную воду тоже надо из научных соображений. Вещества, содержащиеся в яйце, при охлаждении сжимаются по-разному: белок уменьшается в объёме гораздо существеннее, чём скорлупа. Тогда мембрана, окружающая белок, отрывается от внутренней поверхности скорлупы и легко отходит.

Работа микроволновой печи

Явление: электромагнитное излучение.

Обычная микроволновая или СВЧ-печь с точки зрения физики носит устрашающее название — магнетрон. Это основной элемент каждой микроволновки, по сути, вакуумная лампа, которая создаёт СВЧ-излучение частотой 2,45 ГГц. Такое излучение необычно воздействует на обычную воду, которая содержится в любой пище, а также на молекулы жиров и сахара.

При облучении электромагнитными волнами эти молекулы начинают колебаться. Из-за этого между ними возникает трение, за счёт него выделяется тепло. Оно-то и разогревает пищу изнутри.

Расширим картину мира

Научный сотрудник Института прикладной физики РАН, популяризатор науки Артём Коржиманов, кандидат физико-математических наук:

«Конечно, окружающие нас бытовые приборы инженеры делают так, чтобы мы не разбирались особо, как это всё действует. Мы приходим в магазин, покупаем вещь, в случае поломки несем её в мастерскую. Но знание, как всё это устроено, в некотором смысле расширяет наши потребительские возможности — например, по управлению автомобилем, выбору марки машины. Если вы понимаете, как это работает, вы сможете более обоснованно и аргументированно сделать покупку. Это экономит время и деньги.

Знание, как вселенная устроена с точки зрения физических и химических явлений, расширяет картину мира, делает её более полной. Такая информация позволяет нам быть более мобильными в восприятии всего нового. Потом, просто понимая, что гроза — это электричество, можно обезопасить себя от неё».

Интересный факт

В быту мы часто сталкиваемся со статическим электричеством. Именно из-за него во все стороны торчат волосы после соприкосновения с пластиковой расчёской, «трещат» и липнут к телу синтетические вещи.

Если рассматривать эффект с физической точки зрения, то это самопроизвольно образующийся электрический заряд, возникающий из-за трения поверхностей друг о друга. Причиной тому — соприкосновение двух различных веществ самого диэлектрика. Атомы одного вещества отрывают электроны другого. После их разъединения каждое из тел сохраняет свой разряд, но при этом разность потенциалов растёт.

Электростатический разряд происходит при очень высоком напряжении и чрезвычайно низких токах. Они не дают статическому заряду нанести человеку вред после мгновенного разряда.

Статическое электричество отлично снимает обычная вода. Вода — хороший проводник и при небольшом начальном напряжении «принимает» весь заряд на себя.

Физик — об опасности СВЧ-печей

Как все устроено с точки зрения физики?

Микроволны внутри печи — это обычное электромагнитное излучение сверхвысокой частоты (СВЧ, отсюда и название) — около 2,45 ГГц (длина волны около 12 см). Что делает это излучение с едой? Переменное электромагнитное поле микроволн заставляет дипольные молекулы (с частичным положительным электрическим зарядом на одном конце и частично отрицательным зарядом на другом) быстро вращаться туда-обратно, они задевают другие молекулы и заставляют их двигаться быстрее, повышая их энергию (то есть температуру). Такой процесс поглощения электромагнитных волн называется дипольным нагреванием.

Самые распространенные дипольные молекулы в пищевых продуктах — это молекулы воды, и СВЧ-излучение в основном нагревает именно воду (это, в частности, объясняет, почему еда нагревается, а керамическая посуда — нет). При этом надо понимать, что СВЧ-излучение не является ионизирующей радиацией (то есть не выбивает электроны из атомов и уж тем более не разбивает ядра элементов), и единственный эффект, который микроволны оказывают на еду, — это обычное нагревание. Оно ничем не отличается от любого другого способа нагревания — будь то жарка на углях, газовая или электрическая духовка, за исключением того момента, что в СВЧ-печи нагревание одновременно происходит не только на поверхности продуктов, но и в объеме.

Поэтому ответ на вопрос «какой вред здоровью может причинить микроволновая печь» может быть только таким: «никакого».

«Физика в приготовлении обеда»

Международный Фестиваль «Звезды Нового Века» — 2014

Естественные науки (от 14 до 17 лет)

«Физика в приготовлении обеда»

Коренева Алина 14 лет

учитель физики высшей

МОУ СОШ № 7 с. Сосновка

II . I Теоретическая часть ……………………………………………………………2

II . II . Экспериментальная часть

2. 2. Физические основы приготовление салата…………………… ……..4, 5

2. 3. Физические законы приготовления борща……… ………… ………6 — 8

2. 4. Физика в приготовлении рагу …………………………………………..9

2. 5. Домашнее мороженное. …………………………………………………10

Мир физических явлений чрезвычайно разнообразен. Многие физические закономерности можно получить из собственных наблюдений. Замечательным местом для наблюдения физических явлений и проведения экспериментов является самая обычная кухня.
В работе «Физика в приготовлении обеда» поставлены следующие цели:

· узнать новое об окружающем нас мире;

· ощутить себя в роли экспериментатора;

· провести исследования физических процессов в домашних условиях;

· научиться находить в приготовлении блюд физические явления;

· найти ответы на вопросы «Почему это так?», применяя знания законов физики;

· расширить кругозор и углубить свои знания по физике;

1. теоретический анализ разделов физики по исследовательской теме;

2. анализ поваренных книг;
3. практический — эксперимент по приготовлению обеда.

В исследовательской работе нашли применение знания, полученные в результате прохождения школьной программы не только 7-го, но и 8 класса.

Сделаны важные выводы: в самых привычных для нас местах можно увидеть целый мир необыкновенных явлений и можно объяснить их на основе законов физики.

Физика обладает необыкновенным свойством: природа, быт, техника и всё то, что нас окружает, подчинено единым законам происхождения и развития – законам ФИЗИКИ. Изучая самые простые явления можно вывести общие законы.

И путешествие в замечательную страну физики, страну открытий и изобретений можно совершить, не выходя из дома. Замечательное место для этого — самая обычная кухня!

Если это так, то:

· Можно ли увидеть и доказать проявление физических законов при приготовлении обеда;

· Какие физические эксперименты можно провести на собственной кухне.

· Составление меню обеда

· Подготовка, необходимых продуктов

· Подбор посуды для приготовления пищи

· Подготовка необходимых инструментов

· Анализ данных и теоретическое обоснование

· Фиксирование результатов эксперимента на фото и видео

· Обработка результатов эксперимента в виде необходимых записей

Для написания работы, использовались основные источники:

Учебники физики 7, 8 класс Книги по кулинарии

«Радость видеть и понимать – есть

самый прекрасный дар природы»

Я очень часто помогаю маме на кухне готовить обед. Изучая, физику поняла, что многие природные явления можно объяснить, на основе законов физики. Но никогда мне не приходило в голову, какие законы нужны для варки супа или приготовления компота. А зачем мы точим ножи? Для чего перед тем как налить кипяток в стакан, в него кладут металлическую ложечку? Или, что нужно знать, чтобы потереть морковь на терке?

И я решила разобраться в физической сущности приготовления обеда, применяя имеющиеся знания по физике.

II Основная часть

II . I . Теоретическая часть

Необъятен мир физики! В окружающем нас мире и даже внутри нас – повсюду происходят физические процессы. Мир физики столь же велик, сколь неисчерпаем мир знаний. В физике изучаются механические, тепловые, световые и электрические явления, исследуются свойства окружающих нас тел и физические процессы. Приобретая новые знания, мы развиваемся, полнее понимаем природу, обогащаемся глубокими теориями и гипотезами.

В науке, как и в жизни, тесная связь между внешне далекими, но на самом деле близкими и помогающими друг другу областями знаний. У физики появилось множество дочерних наук: биофизика, теплофизика, физическая химия, химическая физика, молекулярная физическая кулинария…. Все теснее сливаются они в единое целое. Поэтому физику с полным правом можно назвать наукой наук. Физика показывает нам, как велик и в то же время близок мир, в котором мы живем.

Когда мы готовим и когда мы едим, в пище и в нашем организме происходят различные физические, химические и психологические процессы, контролировать которые мы не в состоянии. Если мы поймем хотя бы часть этих процессов, то «великое таинство кулинарии» уступит место более понятному и приятному времяпрепровождению человека на кухне. Что на самом деле происходит при жарке мяса? Почему для жарки нужно выбирать специальную посуду? Нужно ли подбирать кастрюлю для варки супа, или подойдет любая имеющаяся в хозяйстве?
Мы постоянно сталкиваемся с рецептами, созданными специально для того, чтобы мы захотели это приготовить.
Очень интересно провести исследование техники приготовления пищи с точки зрения физики, т. к. это заставляет задуматься над этим процессом.

II Основная часть

II . II . Экспериментальная часть

1. Салат «Обжорка»

2. Суп борщ «Фантазия»

3. Рагу с курицей

4. Чай «Витаминный»

5. Десерт – мороженое « Лакомка»

2.2. Физические основы приготовление салата

морковь лук куриные сердца майонез

нож сковорода разделочная доска

Из пяти найденных в хозяйстве ножей подошел нож с длинным тонким лезвием, потому что у него площадь лезвия самая маленькая, следовательно, при помощи даже малой силы создается большое давление и таким инструментом легко работать. Длинное лезвие позволяет делать надрезы большей длины, т. е. нарезку можно делать быстрее. Ломтики мяса и лука получились ровными, не мятыми.

Подборка разделочной доски

Стеклянная разделочная доска, подошла лучше, чем деревянная, потому что на ней, сок из продукта не впитывается и салат получается сочный. (Приложение )

Я взяла тёрку с разными трущими поверхностями, у которых форма и количество отверстий разное. Для моркови подошла поверхность с большим количеством отверстий, кусочки получались аккуратными и ровными.

Это объясняется, тем, что чем больше неровней на терке, тем больше сила трения, следовательно, быстрее можно потереть морковь. (Приложение )

Лучшей для жарки моркови и лука оказалась массивная чугунная сковорода. Дно такой сковороды прогревается более равномерно, чем у сковородок из других металлов. У алюминиевых и стальных сковородок те участки дна, которые располагаются непосредственно над огнем, прогреваются особенно сильно, и на них пища часто пригорает.

Подготовленные продукты смешиваю, солю и заправляю майонезом. Вследствие диффузии и смачивания, масса стала однородной и выглядит аппетитно, салат получился с пикантным вкусом, не свойственным входящим ингредиентам по отдельности. (Приложение )

. 2.3. Физические законы приготовления борща

свекла капуста картофель лук морковь мясо соль, приправа

кастрюля разделочная доска нож тёрка сковорода

Очищенную свёклу, нарезанную соломкой или натертую на крупной терке, тушу в плотно закрытой сковороде с небольшим количеством бульона, жира и уксуса, который добавляется для сохранения цвета. Периодически свеклу перемешиваю и доливаю бульон, чтобы она не подгорела.

Сначала в течение 5 минут обжариваю лук, добавляю нарезанные морковь, корень петрушки и сельдерея, потом кладу томат-пюре и держу на огне еще 10-15минут. Неправильно поступают те, кто кладет томат-пюре на сковороду одновременно с овощами: от содержащейся в нем кислоты овощи будут жесткими.

Сначала в кипящий бульон засыпаю свежую нашинкованную капусту и картофель, и довожу опять до кипения. Опускаю в кастрюлю обжаренные овощи, затем добавляю тушеную свёклу, жду, пока бульон снова закипит. За 5-10 минут до того, как борщ будет готов, заправляю мукой, специями, солью, сахаром. Одновременно можно положить нарезанный чеснок.

Описание физических процессов

Для супа подходят большие кастрюли с высокими стенками. Кухонных кастрюль большое разнообразие, чтобы удовлетворить любые потребности от приготовления пищи для семьи до приготовления пищи для банкета. У меня дома оказались кастрюли из алюминия, эмалированные, никелированные.

Я использовала кастрюлю из железа с эмалированным покрытием и двойным дном. Это влияет на теплоемкость и теплопроводность кастрюли. Суп в ней не бурно кипит, а медленно варится и количество жидкости при этом не уменьшается. Чем медленнее и спокойнее кипит суп, тем он вкуснее. Еще лучше, когда он не кипит, а томится.
Когда я поставила воду на плиту, то стала наблюдать за процессом кипения. Сначала появляются пузырьки, их размеры постепенно растут. Это пузырьки воздуха, который растворен в воде. При нагревании излишек воздуха, выделяется из воды в виде пузырьков. По мере дальнейшего нагревания воды пузырьки становятся крупнее и многочисленнее. С ростом размеров пузырьков возрастает и сила Архимеда, выталкивающая их из воды, и они всплывают. В этот момент бывает, слышен шум, предшествующий обычно кипению. При определенной температуре с приближением к поверхности жидкости объем пузырьков резко возрастает. На поверхности они лопаются, и находившийся в них пар выходит в атмосферу — вода кипит.

Я знаю, что когда вода закипит, то дальнейшее ее нагревание не приведет к увеличению температуры, поэтому газ можно убавить. Это дает экономию топлива.

Прогревание жидкости в кастрюле объясняется процессом конвекции. Нагретые слои жидкости — менее плотные и поэтому более легкие — вытесняются более тяжелыми, холодными слоями. Холодные слои жидкости, опустившись вниз, в свою очередь нагреваются от источника тепла и вновь вытесняются менее нагретой водой. Благодаря такому движению вся вода равномерно прогревается.

Изменение температуры в процессе кипения воды я провела с помощью мультисенсорного регистратора данных ЛабДиск ГЛОМИР, предназначенного для учебных целей. Я увидела, что вода закипела при температуре 90,3 0С, а температура кипения воды 100 0С. Я выяснила, что температура кипения воды зависит от внешнего давления. Очевидно, в этот день атмосферное давление было низкое, и вода закипела при меньшей температуре (Фильм прилагается в презентации).

Во время приготовления пищи влажность воздуха увеличивается — перед приготовлением влажность составляла 75%,после — 86%.

При приготовлении борща можно также увидеть такие явления, как изменение агрегатных состояний воды, диффузия, испарение и конденсация. (Приложение )

2.4. Физика в приготовлении рагу

помидоры картофель куриные окорочка лук вода

мультиварка нож разделочная доска

Мультиварка — многофункциональный бытовой кухонный электроприбор с программным управлением, предназначенный для приготовления широкого спектра блюд в автоматическом режиме.

Мультиварка состоит из корпуса с электрическим нагревательным элементом, емкости для приготовления с антипригарным покрытием, микропроцессор а , парового клапана и системы герметичного закрытия крышки. (Приложение )

Описание физических процессов

Все продукты я закладываю в мультиварку одновременно, т. к. открывать в процессе варки кастрюлю нельзя.

Герметично закрытая крышка обеспечивает давление горячего пара на жидкость и температура кипения жидкости увеличивается. Это ускоряет приготовление пищи, позволяет сэкономить энергию и самое главное сохраняет питательные свойства продуктов, которые при долгой варке уменьшаются.

Паровой клапан предназначен того чтобы сбросить излишки давления.

2.5. Домашнее мороженное

какао сахар молоко сметана тертый шоколад, вафельные крошки, мелкие кусочки печенья

Я размешала в чашке две столовых ложки какао, одну столовую ложку сахара, четыре столовых ложки молока и две столовые ложки сметаны. Теперь его надо охладить.

Беру миску побольше, кладу в нее лед, посыпаю солью, перемешиваю. На лед ставлю миску с мороженым и сверху накрываю полотенцем, чтобы через него не проникало тепло. Каждые 3-5 минут помешиваю мороженое. Минут через 30 мороженое загустеет. Обсыпаю сверху крошками печенья и шоколада, украшаю ягодами или фруктами. Мороженое готово и им можно лакомиться.

Как же работает мой самодельный холодильник? Известно, что лед тает при температуре ноль градусов. Соль же задерживает процесс плавления льда. Поэтому соленый лед дольше тает. Да еще полотенце не дает проникнуть теплому воздуху к мороженому, т. к. между ячейками полотенца находится воздух, а он плохой проводник тепла. (Приложение )

лимон чай пакетированный сахар листья земляники

В весеннее время в организме человека ощущается недостаток витаминов, поэтому мой выбор остановился на приготовлении «Витаминного» чая. В стакан кладу листья земляники, заливаю кипятком, кладу пакетик чая, добавляю сахар и лимон.

Описание физических процессов

Аромат земляники и лимона быстро разносится по кухне из-за явления диффузии в газах. Окрашивание воды и сладкий вкус чая в стакане происходит из-за явления диффузии в жидкости. Чем горячее вода, тем интенсивней окрашивание, т. к. скорость хаотического движения молекул увеличивается при повышении температуры.

Чайник – пример сообщающихся сосудов. В сообщающихся сосудах любой формы и сечения поверхности однородной жидкости устанавливаются на одном уровне. Поэтому для практического применения удобны чайники с длинными носиками.

Общие выводы о результатах работы:

В неформальной обстановке: у себя на кухне я приобрела следующие навыки: исследовательские, поисковые, аналитические, осознание своих возможностей.

В приготовлении простого обеда я увидела проявление множества физических законов и явлений: давление твердого тела, действие трения, смачивание, диффузии, тепловые процессы.

Эти и другие процессы я не только увидела, но и объяснила. Кроме этого я убедилась, что работу любого кухонного устройства можно объяснить, зная физику.

Самое главное я убедилась, что физика – это не трудно, физика – это интересно и даже полезно.

Поднятая в работе проблема очень заинтересовала меня, наука не стоит на месте, поэтому, заглядывая в будущее, хотелось бы увидеть, что нас ожидает.

В начале XXI века – происходят важные события и выдающиеся открытия в жизни всего человечества. А как же наша любимая кулинария? Она так же не отстает от научно-технического прогресса. Традиционная «бабушкина кухня» — классические варианты приготовления блюд никуда не делась, но появляется одно из направлений в кулинарии – молекулярная физическая кулинария.
Это кулинария, которая сочетает в себе приготовление блюд с учетом законов физики, химии и биологии. Блюда, приготовленные с использованием низких температур, получают другие вкусы, продукты начинают звучать совсем по-другому.

Кухня больше напоминает химическую лабораторию с жидким азотом, инертным газом, инфракрасным спектрометром, анализаторами на основе ядерного магнитного резонанса. Применяют на молекулярной кухне и приборы физиков — роторный вакуум-испаритель. С его помощью закипают жидкости при низких температурах, а эфирные масла, которые при этом выделяются, не разрушаются. Собрав их с помощью газового пистолета, шеф-повар «обкуривает» потом свои блюда, даря им аромат и привкус, например, розы, розмарина или лаванды.
Молекулярные шеф-повара – это поистине ученые, которые творят на кухне изысканные чудеса: разделив исходные продукты на молекулы, они создают из них блюда с новыми, необычными свойствами.

IV Список источников информации и иллюстраций:

1. Блюда на праздничном столе М: Эксмо, 2008г

2. Готовлю и пеку сама. Лучшая книга для девочек. М: Эксмо, 2008

3. Учебник Перышкин 7 класс. М: Дрофа, 2010

4. Учебник Перышкин 8 класс. М: Дрофа, 2010

5. 365 салатов на каждый день. М: Эксмо, 2006

фотографии из личного архива

Приложение
Приложение

Приложение
Приложение

Приложение

Физика на кухне

Мир физических явлений чрезвычайно разнообразен. Физика обладает необыкновенным свойством. Изучая самые простые явления можно вывести общие законы. Многие физические закономерности можно получить из собственных наблюдений. Замечательным местом для наблюдения физических явлений и проведения экспериментов является самая обычная кухня.

Кухня – это место, которое мы посещаем постоянно. Мы даже не задумываемся, что там могут происходить какие-то физические явления. В повседневной жизни мы не найдём другого такого места, где происходило бы столько удивительного и загадочного, как в кухне. Именно здесь мы смешиваем, нагреваем, охлаждаем, замораживаем, размораживаем, а бывает, что и сжигаем всевозможные виды животного, растительного и неорганического сырья. В этом месте происходит множество явлений: световые, тепловые, электрические, электромагнитные и др.

Цель работы: рассмотреть тепловые явления на кухне.

Актуальность работы: работа на кухне не осуществима без тепловых явлений особенно во время технического мира. Время не стоит на месте, люди придумывают все больше техники, а без знаний физики будет невозможен прогресс.

Задачи:

1. Изучить 3 взаимосвязанных тепловых явлений.
2. Объяснить их с физической точки зрения.
3. Исследовать историю открытия явлений.
4. Найти интересные факты.
5. Провести анализ полученных данных.

Для начала, что же такое тепловые явления? Тепловые явления – это явления, связанные с нагреванием или охлаждением тел, с изменением температуры. К таким явлениям относятся, например, нагревание и охлаждение воды в емкости, таяние льда, плавление металлов и др. [1] Итак, какие же тепловые явления мы встречаем на кухне? Испарение, кипение, конвекция, теплопроводность, изменение агрегатного состояния веществ – все это тепловые явления. Таким образом, рассмотрим 3 явления. Это конвекция, теплопроводность и кипение.

Конвекция – это вид теплопередачи, при котором внутренняя энергия передается струями и потоками. [3]

Впервые термин «конвекция» был предложен английским ученым Вильямом Прутом еще в 1834 году. (Рисунок 1) Использовался он для описания перемещения тепловых масс в нагретых, движущихся жидкостях.

Рисунок 1 – «Портрет Вильяма Прута. Художник Генри Виндхам Филипс»

Первые теоретические исследования явления конвекции стартовали лишь в 1916 году. В ходе экспериментов было установлено, что переход от диффузии к конвекции в подогреваемых снизу жидкостях возникает при достижении некоторых критических температурных значений. Позже это значение получило определение «число Роэля». Оно было так названо в честь исследователя, занимавшегося его изучением. Результаты опытов позволили дать объяснение перемещению тепловых потоков под влиянием сил Архимеда. [1]. В основе явления конвекции лежит расширение более холодного вещества при соприкосновении с горячими массами. В таких обстоятельствах нагреваемое вещество теряет плотность и становится легче по сравнению с окружающим его холодным пространством. Наиболее точно данная характеристика явления соответствует перемещению тепловых потоков при нагревании воды. Движение молекул в противоположных направлениях под воздействием нагревания – это именно то, на чем основывается конвекция. Излучение, теплопроводность выступают схожими процессами, однако касаются прежде всего передачи тепловой энергии в твердых телах.

Рассмотрим применение конвекции на кухне. Когда мы готовим пищу на плите, то жидкость из холодной превращается в теплую. Почему так происходит? Все дело в том, что здесь проявляется явление конвекция. Жидкость при конвекции нагревается снизу вверх. Нагретые слои жидкости – менее плотные и поэтому более легкие – вытесняются вверх более тяжелыми холодными слоям. Холодные слои жидкости, опустившись вниз, в свою очередь, нагреваются от источника тепла и вновь вытесняются менее нагретой водой. Благодаря такому движению вся жидкость равномерно прогревается. Различают два вида конвекции: естественную (или свободную) и вынужденную. Так, нагревание жидкости является примером естественной конвекции. (Рисунок 2) Вынужденная конвекция наблюдается, если перемешивать жидкость мешалкой, ложкой и т.д. Если жидкости прогревать не снизу, а сверху, то конвекция не происходит. Нагретые слои не могут опускаться ниже холодных, более тяжелых. [3]

Рисунок 2 – «Водяное охлаждение»

С явлением конвекции связаны процесс охлаждение продуктов в холодильнике. Газ фреон, циркулирующий по трубкам холодильника, охлаждает воздух в верхней части холодильной камеры. Холодный воздух, опускаясь, охлаждает продукты, а затем снова поднимается вверх. Решетка сзади холодильника предназначается для отвода тепла, образующегося при сжатии газа в компрессоре. Механизм ее охлаждения также конвективный, поэтому надо оставлять пространство за холодильником свободным для конвективных потоков. Все чаще явление конвекции реализуется в современных бытовых приборах, в частности в духовых шкафах. Газовый шкаф с конвекцией позволяет готовить разные блюда одновременно на отдельных уровнях при различной температуре. При этом полностью исключается смешение вкусов и запахов. Нагрев воздуха в традиционном духовом шкафу основывается на работе единственной горелки, что приводит к неравномерному распределению тепла. За счет целенаправленного перемещения горячих потоков воздуха при помощи специализированного вентилятора блюда в конвекционном духовом шкафу получаются более сочными, лучше пропекаются. Такие устройства быстрее нагреваются, что позволяет уменьшить время, требуемое на приготовление пищи.По этим примерам можно понять, что конвекция играет большую роль на кухне. Она помогает при приготовлении пищи в духовке или просто на плите, сохраняет продукты от жары в холодильнике. Все это помогает поддерживать нормальную функциональную жизнедеятельность людям.

Кипение – это интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости при определенной температуре. (Рисунок 3)

Рисунок 3 – «Процесс кипения»

Энергия кипения воды широко используется человеком в быту. Данный процесс стал настолько обыденным и привычным, что никто не задумывается о его природе и особенностях. [1] Тем не менее с кипением связан целый ряд интересных фактов:

1. Наверное, все замечали, что в крышке чайника есть отверстие, но мало кто задумывается о его предназначении. Оно проделывается с той целью, чтобы частично выпускать пар. В противном случае вода может расплескаться через носик.
2. Продолжительность варки картофеля, яиц и прочих продуктов питания не зависит от того, насколько мощным является нагреватель. Имеет значение лишь тот факт, как долго они находились под воздействием кипящей воды.
3. На такой показатель, как температура кипения, никак не влияет мощность нагревательного прибора. Она может сказаться лишь на скорости испарения жидкости.
4. Кипение связано не только с нагреванием воды. При помощи данного процесса можно также заставить жидкость замерзнуть. Так, в процессе кипения нужно производить непрерывную откачку воздуха из сосуда.
5. Одна из самых актуальных проблем для хозяек заключается в том, что молоко может «убежать». Так, риск этого явления значительно повышается во время ухудшения погоды, которое сопровождается падением атмосферного давления.
6. Самый горячий кипяток получается в глубоких подземных шахтах.
7. Путем экспериментальных исследований ученым удалось установить, что на Марсе вода закипает при температуре 45 градусов Цельсия.

Как же происходит этот процесс и от чего он зависит? При нагревании какой-либо жидкости мы увидим ряд особенностей. Прежде всего обратим внимание на то, что с поверхности жидкости происходит испарение. На это указывает туман, образовавшийся над емкость. Это водяной пар смешивается с холодным воздухом и конденсируется в виде маленьких капель. Сам пар, конечно, невидим глазу. При дальнейшем повышении температуры мы заметим появление в жидкости многочисленных мелких пузырьков. Они постепенно увеличиваются в размерах. Это пузырьки воздуха, который растворен в воде. При нагревании воздух выделяется из воды в виде пузырьков. Эти пузырьки содержат не только воздух, но и водяной пар, так как вода испаряется внутрь этих пузырьков воздуха. Поднимающиеся пузырьки, попадая в более холодные слои воды, уменьшаются в размерах, так как содержащиеся в них пары конденсируются и под действием силы тяжести они опускаются. Спустившись вниз, в более горячие слои воды, пузырьки начинают снова подниматься к поверхности. Это попеременное увеличение и уменьшение пузырьков в размерах сопровождается характерным шумом, предшествующим закипанию воды. Постепенно вся вода прогревается, пузырьки уже не уменьшаются в размерах. Под действием архимедовой силы они всплывают на поверхность и лопаются. Находящийся в них насыщенный пар выходит наружу. Шум прекращается, и мы слышим бульканье – жидкость закипела. [3]. Кипение от начала до конца происходит при определенной и постоянной для каждой жидкости температуре. (Таблица 1) Поэтому при варке пищи нужно уменьшать огонь после того, как вода закипит. Это даст экономию топлива, а температура воды все равно сохраняется постоянной во время кипения. [1]

Таблица 1 – «Температура кипения различных веществ»

Все выше сказанное дает понять, что если бы не кипение, то можно было нагревать пищу и не узнать когда она приготовилась, или мы просто ели холодную пищу.

Теплопроводность

Теплопроводность – явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте. [2]

Таблица 2 – «Коэффициент теплопроводности»

Теплопроводность и ее регулировка важны в процессе приготовления пищи. Часто во время тепловой обработки продукта необходимо поддерживать высокую температуру, поэтому на кухне используют металлы, так их теплопроводность и прочность выше, чем у других материалов. (Таблица 2) Из металла делают кастрюли, сковородки, противни, и другую посуду. Когда они соприкасаются с источником тепла, это тепло легко передается еде. Иногда бывает необходимо уменьшить теплопроводность — в этом случае используют кастрюли из материалов с более низкой теплопроводностью, или готовят способами, при которых еде передается меньшее количество тепла. Приготовление блюд на водяной бане — один из примеров уменьшения теплопроводности. Обычно в кастрюлю на огне наливают в воду, в которую ставят вторую кастрюлю с едой. Температура здесь регулируется благодаря более низкой теплопроводности воды и вследствие того, что температура нагревания внутренней кастрюли не превышает температуры кипения воды, то есть 100° C (212° F). Такой способ часто применяют с продуктами, которые легко пригорают или которые нельзя кипятить, например, шоколад. [4]. Металлы, которые очень хорошо проводят тепло — медь и алюминий. Медь более теплопроводна, но и стоит дороже. Из обоих металлов делают кастрюли, но некоторая еда, особенно кислая, реагирует с этими металлами, и у еды появляется металлический привкус. За такими кастрюлями, особенно за медными, необходим тщательный уход, поэтому на кухне чаще используют более дешевые и удобные в обращении и уходе кастрюли из нержавеющей стали. (Рисунок 4)

Рисунок 4 – «Медная посуда»

Потребности в теплопроводности зависят от способа приготовления пищи и от вкуса и консистенции, которой хочет добиться повар. Например, при варке обычно нужна более низкая теплопроводность, чем при жарке. Теплопроводность регулируют, выбирая разную посуду, а также используя продукты с большим или меньшим содержанием жидкости. Например, количество масла на дне кастрюли или сковородки влияет на теплопроводность, так же, как и общее количество жидкости в продукте. Для посуды, предназначенной для приготовления пищи, не всегда используют материалы с высокой теплопроводностью. В духовом шкафу, например, часто используют керамическую посуду, теплопроводность которой намного ниже, чем у металлической посуды. Их самое главное преимущество — способность держать температуру. [2]. Хороший пример использования материалов с высокой теплопроводностью на кухне — плита. Например, конфорки электроплиты сделаны из металла, чтобы обеспечить хорошую передачу тепла от раскаленной спирали нагревательного элемента к кастрюле или сковородке. Люди используют материалы с низкой теплопроводностью между руками и посудой, чтобы не обжечься. Ручки многих кастрюль сделаны из пластмасс, а противни вынимают из духовки прихватками из ткани или пластмассы с низкой теплопроводностью. [4]. Материалы с невысокой теплопроводностью также используют для поддержания температуры еды неизменной. Так, например, чтобы утренний кофе или суп, который берут в путешествие или на обед на работу, оставался горячим, его наливают в термос, чашку или банку с хорошей теплоизоляцией. Чаще всего в них еда остается горячей (или холодной) благодаря тому, что между их стенками находится материал, плохо проводящий тепло. Это может быть пенопласт или воздух, который находится в закрытом пространстве между стенками сосуда. Он не дает теплу перейти в окружающую среду, еде — остыть, а рукам — получить ожог. Пенопласт используют также для стаканчиков и контейнеров для еды навынос. Таким образом, теплопроводность играет важную роль на кухне. Без нее нельзя было бы даже взять кастрюлю или сковородку в руку, потому что могли обжечься. Также она очень хорошо помогает при выборе посуды. Она дает знать, какой материал будет наиболее пригодный для приготовления той или иной пищи.

Заключение

Итак, мы познакомились с тепловыми явлениями, которые наиболее часто встречаются на кухне: конвекция, теплопроводность и кипение. Каждое из них выполняет определенную роль на кухне. Так с помощью конвекция жидкость вся равномерно прогревается Кипение сообщает, что пища приготовилась и набрала определенную температуру. С помощью теплопроводности можно дольше сохранять тепло (пример термоса), а также выбрать посуду, в которой при приготовлении пищи будет возможность взять руками посуду и не обжечься. Таким образом, я делаю вывод о том, что на кухне без знаний физики не обойтись.