какие физические явления мы наблюдаем прямо за завтраком
Ежедневно мы проводим на кухне 1-2 часа. Кто-то меньше, кто-то больше. При этом мы редко задумываемся о физических явлениях, когда готовим завтрак, обед или ужин. А ведь большей их концентрации в бытовых условиях, чем на кухне, в квартире и быть не может. Поэтому опыты по физике на кухне — хорошая возможность объяснить законы этой науки детям!
Тим Скоренко
1. Диффузия
С этим физическим 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.
На кухне это физическое явление 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. Хорошей иллюстрацией физики на кухне — диффузии в твердом теле — может быть засолка помидоров, 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 физикой. 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.
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 физическим явлением на кухне, 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.
3. Абсорбция и адсорбция
Эти два почти неразделимых физических явления, которые получили свое название от латинского sorbeo (поглощать), на кухне 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.
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 физическое 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 физический 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 же физическое явление можно наблюдать и на вашей кухне 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.
6. Смачивание и растекание
Вот еще одно знакомое всем физическое явление, которое можно наблюдать на кухне: на 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 физических 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.
8. Электромагнитное излучение
У многих людей на кухне есть микроволновка. И она тоже работает на основе физических явлений. 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 физическое 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. Но чтобы это физическое явление запустилось, 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.
Урок-исследование «Физические и химические явления» | План-конспект урока по химии (8 класс) на тему:
267-222-282 Староверова Л.А.
Урок-исследование «Физические и химические явления».
Цель урока: охарактеризовать сущность физических и химических явлений; признаки и условия протекания химических реакций.
Задачи обучающие
Обеспечить осмысление и восприятие понятий «физическое явление», «химическое явление», «признаки химических реакций», «условия протекания реакций».
Формировать умение наблюдать явления, узнавать их и делать выводы на основе наблюдений, умение проводить химический эксперимент, объяснять значение явлений в жизни природы и человека.
Задачи развивающие
Развивать познавательную активность и самостоятельность учащихся через выполнение лабораторных работ. Развивать мыслительную деятельность учащихся: суждение, умозаключение, доказательство.
Совершенствовать умения учащихся наблюдать, фиксировать во время выполнения опытов, интерпретировать полученные данные в ходе опыта и обобщать результаты работы.
Создать условия для развития у учащихся умения анализировать результаты лабораторных исследований, практических умений работать с реактивами, оборудованиями в соответствии с правилами безопасности.
Задачи воспитывающие
Содержательную основу урока составляют ценностные отношения (осознание практической значимости изучаемого), опорные и новые знания, а также способы деятельности (умение анализировать ход и результаты эксперимента и работать с реактивами).
Тип урока: комбинированный ( словесно – наглядно – практический).
Формы работы учащихся: фронтальная, индивидуальная, групповая.
Методы обучения:
Общий метод ( частично – поисковый).
Частный метод ( словесно – наглядно – практический).
Оборудование: компьютер, экран, наборы для лабораторной работы, демонстрационные опыты, мультимедийная презентация, учебник «Химия 8» О.С. Габриелян.
1. перманганат калия, магний, этиленгликоль;
2. мел, соляная кислота;
3. хлорид меди (II), гидроксид натрия;
4. гидрокарбонат натрия, уксусная кислота;
5. гидроксид натрия, индикатор фенолфталеин.
Этапы урока:
I Организационный момент
II Операционно-исполнительский этап
- Объяснение нового материала
- Демонстрационные опыты
- Лабораторная работа (экспериментальные задания)
- Фронтальная беседа ( по итогам демонстрационного эксперимента и лабораторной работы) с заполнением таблицы
- Самоконтроль знаний учащихся
- Информация о домашнем задании и инструкция к его выполнению
III Оценочно-рефлексивный этап
Ход урока
Эпиграф (Слайд 2) Высокая цель человека науки —
Проникать в саму сущность наблюдаемых
явлений, постигать их сокровенные силы,
их законы и течения, чтобы управлять ими.
Р. Ролан
С веществами могут происходить различные изменения: испарение воды, плавление стекла, сгорание топлива, ржавление металла, скисание молока, плавление парафина, гниение листьев.
Эти изменения могут быть физическими или химическими. (СЛАЙД 3-12)
Все вещества обладают определенными физическими свойствами, перечислите их.
— Цвет, агрегатное состояние, температура кипения и плавления, электрическая проводимость, теплопроводность.
— При нагревании воды, вода переходит из жидкого агрегатного состояния в газообразное. Образуется новое вещество? Что происходит с веществом?
— Новое вещество не образуется. Изменяется агрегатное состояние.
— При замерзании воды, вода переходит из жидкого агрегатного состояния в твердое. Образуется новое вещество?
— Изменяется агрегатное состояние.
— При измельчении сахара образуется сахарная пудра.
Что происходит с веществом?
— Изменение размера частиц.
Демонстрационный опыт.
Нагреем стеклянную трубочку с помощью щипцов посередине.
— Что наблюдаем?
Палочка раскалилась, стекло размягчилось и согнулось. Наблюдаем процесс плавления стекла – переход вещества из твердого состояния в жидкое.
— Образовалось новое вещество?
— Нового вещества не образовалось.
— Как называются эти явления?
— Физические.
— В чем сущность физического явления? Что происходит при физических явлениях? Образуется новое вещество?
— При физических явлениях новые вещества не образуются, а изменяется агрегатное состояние.
— Физическими называют такие явления, при которых данные вещества не превращаются в другие, а обычно изменяется их агрегатное состояние или форма. (СЛАЙД 13)
— В чем сущность химических явлений, что такое химическое явление?
Чтобы ответить на данные исследовательские вопросы проведем демонстрационные эксперименты и лабораторную работу.
Ведь практика – является критерием истины.
— Внимательно посмотрите демонстрационные опыты, запишите наблюдения и на основании наблюдений и сделайте выводы о признаках химических явлений.
Демонстрационные опыты. (СЛАЙД 14)
Опыт 1. «Извержение вулкана».
Опыт 2. «Растворение мела»
Опыт 3 «Взаимодействие растворов».
Демонстрация видеофрагмента «Горение магния»
Заполнение текста. (Характер учебно-познавательной деятельности – частично-поисковый).
По итогам демонстрационного эксперимента в процессе фронтальной беседы, учащиеся заполняют таблицу, дают определение понятия «химические явления» (СЛАЙД 15-16).
— Химическими называют такие явления, в результате которых из данных веществ образуются другие вещества. Химические явления называются химическими реакциями.
Название опыта | Условия протекания хим. | Признаки хим. реакций | Общий признак химической реакции |
1. «Извержение вулкана» | |||
2. «Растворение мела» | |||
3.Взаимодействие растворов |
реакций— Сделаем вывод, каковы признаки химических реакций. (СЛАЙД 17)
— Признаками химических реакций являются:
изменение окраски,
выделение (поглощение) теплоты,
выпадение осадка,
выделение газа,
появление запаха.
— А условием протекания химических реакций является: соприкосновение реагирующих веществ, нагревание.
В чем же сущность химического явления?
— Явление, при котором образуется новые вещества.
(Учащиеся заполняют последнюю графу таблицы).
ИНСТРУКТАЖ ПО ТБ. Перед лабораторной работой – инструктаж:
1. При работе с кислотами и щелочами необходимо соблюдать осторожность, т.к. это едкие вещества. Все работы проводить над разносами.
2. Растворы веществ наливать в пробирки в небольших количествах, по 1-2мл, что соответствует 1-2см.
3. Действовать только по указанию учителя.
Задание. У вас у каждого на партах даны инструктивные карты, в которых вам предлагается текст описания опытов, в данный текст вы должны вставить пропущенные слова. Приложение 1.
Лабораторная работа (СЛАЙД 18). (Самостоятельная поисковая работа учащихся по определению химических превращений и их признаков, работа в группах.
(Пока учащиеся проводят опыты, учитель следит за соблюдением требований техники безопасности, помогает в случае затруднений, проверяет выполнение заданий, проверяет выполнение заданий посредством индивидуального опроса).
— Следующий этап нашей работы закрепление знаний учащихся по данной теме.
Тест «Физические и химические явления» (СЛАЙД 19-20).
1.Какие из перечисленных явлений являются химическими (химическими реакциями)?
А) замерзание воды
Б) горение фосфора
В) расплавленная сера соединяется с водородом в ядовитый газ – сероводород
Г) плавление металлов
Д) горение свечи
Е) сжижение воздуха
Ж) горение природного газа
2.Какие из перечисленных явлений относятся к физическим?
А) кипение воды
Б) разложение воды электрическим током
В) углекислый газ и вода в процессе фотосинтеза образуют крахмал
Г) плавление металла
Д) таяние снега
Е) разложение пероксида водорода на воду и кислород
Ж) испарение воды
Проверь себя! (СЛАЙД 21). Ответы: 1. б,в,д,ж
2. а, г, д, ж.
Информация о домашнем задании и инструкция к его выполнению.
Приложение 2.
Домашнее задание: п.3, и выполнить тестовое задание по вариантам и составить кроссворд по теме (СЛАЙД 22).
Рефлексия. (СЛАЙД 23) Что вы сегодня узнали нового? Что Вас больше всего удивило? В ходе урока вы пытались овладеть самым главным в процессе познания – умением находить истину с помощью доказательств, то есть проводить исследования. Сегодня на уроке с помощью демонстрационных опытов и лабораторной работы Вы нашли свою истину.
Список литературы:
- Химия. 8 класс: учебник для общеобразовательных учреждений / О. С. Габриелян.-15-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2009.
- Контрольные и проверочные работы. Химия 8 кл. к учебнику О.С.Габриеляна – М.: Дрофа 2008
- О,С.Габриелян Н.Н. Рунов. Химический эксперимент в школе 8-11 кл. — — М.: Дрофа 2005
- Габриелян О.С. Программа курса химии для 8-11 классов общеобразовательных учреждений.- М.: Дрофа, 2009.
- Габриелян О.С., Остроумов И.Г. Общая химия в тестах, задачах, упражнениях.
8 класс: Учеб.пособие для общеобразоват.учрежден.- М.: Дрофа, 2003.- 304с - Габриелян О.С., Лысова Г.Г., Введенская А.Г. Химия 8 класс: В 2 ч. Ч.2: Настольная книга учителя– М.: Дрофа, 2003.-320с.
8 класс: Учеб.пособие для общеобразоват.учрежден.- М.: Дрофа, 2003.- 304сПриложение 1.
Внимательно посмотрите демонстрационные опыты, запишите наблюдения и на основании наблюдений сделать выводы о признаках химических явлений.
Демонстрационные опыты
Опыт 1. «Извержение вулкана»
При взаимодействии этиленгликоля с перманганатом калия, сыпучего кристаллического вещества __________________ цвета происходит выделение _____________ и ____________. В результате образуется вещество ________________ цвета.
ВЫВОД. Признаки превращения _____________. Значит это _________________ явление.
Опыт 2. «Растворение мела»
К белому кристаллическому веществу (мелу) добавили кислоту, при этом наблюдается бурное выделение ___________________.
ВЫВОД. Признак превращения – выделение — _________________. Значит это ________________________ явление.
Опыт 3. «Взаимодействие растворов»
К раствору хлорида меди (II) добавили раствор гидроксида натрия, при этом происходит выпадение осадка ___________________цвета.
ВЫВОД. Признак превращения ______________________. Значит это _____________________ явление.
Экспериментальная работа учащихся
По определению химических превращений и их признаков ( по группам).
Экспериментальные задания.
Для 1- й группы. Уксус (раствор уксусной кислоты) и пищевую соду используют в хлебопечении для улучшения качества выпечки. При добавлении в тесто этих веществ изделия становятся пышными, хорошо пропекаются.
Добавьте к пищевой соде раствор уксусной кислоты, определите признак, сопровождающий этот процесс. Запишите наблюдения (Заполните пропуски в предложениях). Какое это явление?
НАБЛЮДЕНИЯ.
При добавлении к пищевой соде раствора уксусной кислоты наблюдается бурное выделение _____________________ с шипением.
ВЫВОД. Это ____________________________ явление.
Для 2-й группы. К бесцветному раствору щелочи, гидроксиду натрия, в пробирке добавьте бесцветный раствор фенолфталеина (в колбе), определите признак, сопровождающий этот процесс. Запишите наблюдения (заполните пропуски в предложениях). Какое это явление?
НАБЛЮДЕНИЯ. При добавлении к гидроксиду натрия фенолфталеина происходит изменение окраски в ________________________ цвет.
ВЫВОД. Это ___________________________ явление.
Приложение 2.
Тест.
Выберите один из предложенных ответов.
Вариант 1.
- Из перечисленных ниже явлений к химическим относятся
а) образование зеленого налета на медных предметах;
б) превращение кусочка бесцветного стекла при сильном измельчении; в белый порошок;
в) превращение воды в пар при нагревании.
- Люди давно заметили, что слабое вино или пиво, простоявшее некоторое время открытыми, скисают. Микроорганизмы, попавшие в жидкость, быстро размножаются и окисляют спирт, превращая его в кислоту. Так и поныне получают пищевой уксус. Отнести это явление к химическим позволяет признак
а) выпадение осадка
б) выделение газа
в) появление запаха
г) изменение цвета
д) выделение тепла и света.
3. Жук-бомбардир защищается от нападающих на него муравьев самым дьявольским образом – обваривает их струей жидкости температурой около 100С. Жидкость, не наносит вреда самому жуку, так как из выброшенных из конца брюшка веществ оборонной жидкости лишь на воздухе образуется гремучий газ, который, взрываясь, выделяет много теплоты и водяной пар.
В основе этого превращения
а) химическое явление
б) физическое явление
в) физическое и химическое явление.
Вариант 2.
- Из перечисленных ниже явлений к химическим относятся
а) загнивание белка
б) приготовление сахарной пудры из сахара
в) таяние снега весной.
2. «Твердым бензином», представляющим собой летучие горючие жидкости, заключенные в пластиковые упаковки, как мед в соты, охотно пользуются геологи, полярники, альпинисты, туристы. Когда брикет поджигают спичкой, он горит ровным пламенем в любую погоду, давая в 15 раз больше теплоты, чем сухой спирт. Признак описанного явления
а) выпадение осадка
б) выделение газа
в) появление запаха
г) изменение цвета
3.Высота Эйфелевой башни в Париже в солнечный день увеличивается по сравнению с дождливым днем на 12 см. В основе этого
а) физическое явление
б) химическое явление
в) физическое и химическое явления
10 примеров температуры плавления в повседневной жизни – StudiousGuy
Температура плавления – это температура, при которой данное твердое вещество переходит из твердого состояния в жидкое.
Обе фазы, т. е. твердая и жидкая, находятся в равновесии при температуре плавления. Следовательно, температура плавления данного твердого вещества равна температуре замерзания жидкости. Например, вода показывает равновесие при 0°C.
Это физическое свойство вещества, которое используется для различных целей. Наиболее распространенным примером таяния в повседневной жизни является таяние кубиков льда при воздействии тепла.
Указатель статей (щелкните, чтобы перейти)
Как происходит плавление? Кристаллические твердые тела состоят из трехмерного расположения очень мелких частиц, которые называются решетчатыми структурами. Силы решетки действуют внутри частиц решетчатых структур. Когда этот тип твердой структуры нагревается, составляющие ее частицы вибрируют быстрее, потому что они поглощают кинетическую энергию.
Эта вибрация продолжается до тех пор, пока силы притяжения между ними перестают быть достаточно сильными для поддержания кристаллической структуры. Это, в свою очередь, разрушает твердую структуру, и, в конце концов, твердое тело начинает плавиться. Температура, при которой происходит этот процесс, известна как температура его плавления. В аморфных твердых телах частицы располагаются в кристаллической решетке хаотично, например, в стекле, смолах и многих синтетических пластмассах.
Процесс плавления
Факторы, влияющие на температуру плавления Температура плавления вещества зависит от силы сил притяжения, действующих внутри твердой структуры. Например, хлорид натрия (NaCl) представляет собой ионное соединение, состоящее из сильных ионных связей. Так, он плавится при высоких температурах, т. е. 801°С, тогда как лед представляет собой соединение, состоящее из водородных связей, прочность которых меньше, чем у ионных связей. Следовательно, лед тает при низких температурах, т.
е. при 0°С. При повышении давления твердого тела температура плавления вещества понижается. Присутствие примесей в твердой структуре также снижает ее температуру плавления, что называется «понижением температуры плавления».
Аналитические лаборатории проводят различные тесты для исследования материалов, которые проводятся в различных отраслях промышленности, таких как фармацевтика, пищевая промышленность, электроника и производство пластмасс, для проверки чистоты продуктов. Одним из аналитических методов, применяемых для характеристики чистоты продуктов (от сырья до готовой продукции), является определение температуры плавления.
Важно тщательно выбрать процедуру определения точки плавления для получения удостоверяемых результатов контроля качества (КК) и обеспечения качества (ОК). Аналитические лаборатории КК/ОК обязаны регулярно калибровать свои приборы для определения точки плавления, чтобы определить, соответствуют ли их приборы конкретным требованиям, установленным их местными, национальными и международными лабораториями.
Топленое масло или масло является одним из наиболее потребляемых продуктов в Индии. Очень важно обеспечить его чистоту, так как фальсифицированное коровье топленое масло смешивают с растительными маслами и жиром животного происхождения. Прогорклое топленое масло также доступно на рынке из-за того же цвета и текстуры. Вот несколько простых трюков, которые можно выполнять дома, и они основаны на концепции плавления для обеспечения его чистоты.
Тепловой тест Возьмите чайную ложку топленого масла в сосуд и нагрейте его.
Если топленое масло сразу же тает и приобретает коричневатый цвет, значит, оно чистое. Однако, если для плавления требуется некоторое время и появляется светло-желтая текстура, то это нечистый, т. Е. Смешанный с некоторыми примесями.
Возьмите чайную ложку топленого масла в ладонь, если оно тает само по себе, значит оно чистое, или нет.
Метод пароварки Гхи также фальсифицируют различными видами масел, особенно кокосовым, поэтому для проверки того, содержит ли гхи кокосовое масло, используется метод пароварки. В этом методе топленое масло растапливают в стеклянной банке с помощью пароварки, которая содержит банку, помещенную над кастрюлей с кипящей водой, а затем помещают эту банку на некоторое время в холодильник. Если топленое масло и кокосовое масло затвердевают отдельными слоями, то топленое масло не является чистым, поскольку разные слои показывают присутствие масла в топленом масле.
Зимой многие находят лед очаровательным. Им нравится кататься на коньках в заснеженных районах, но задумывались ли вы когда-нибудь, что стоит за скользкостью льда, которая позволяет им кататься на коньках? Причиной скользкости льда является идея таяния под давлением и трения. Когда на лед оказывается давление, он тает верхний слой льда и создает тонкий слой воды, который позволяет кататься на коньках. Теория плавления под давлением основана на том факте, что температура замерзания воды ниже 0°C для определенного диапазона высокого давления.
3. Образование сплава Примером плавления является образование сплава. Большинство сплавов получают путем смешения различных металлов в расплавленном состоянии с последующим затвердеванием. Все металлы имеют разную температуру плавления. Это создает некоторые трудности при формировании сплава. Например, медь плавится при 1083°С, а цинк плавится при 419°С и кипит при 907°С.
Так, при изготовлении латуни (сплава меди и цинка), если расплавить оба металла, нагрев их выше 1083°С, жидкий цинк тоже выкипит, а пары окислятся на воздухе. Чтобы этого избежать, сначала приходится плавить металл с высокой температурой, т. е. медь, а когда медь приходит в расплавленное состояние, к ней добавляют твердый цинк, и он быстро растворяется в жидкой меди до того, как большая часть цинка расплавится. выкипело. Здесь правильное знание температуры плавления металлов и процесса плавления является обязательным для изготовления различных сплавов, что, в свою очередь, предлагает множество применений в различных отраслях промышленности.
Суперсплавы состоят из различных комбинаций сплавов никеля, железа и кобальта, и эти сплавы в основном используются в реактивных двигателях. Они производятся методом электронно-лучевой плавки. Этот специализированный процесс плавки включает плавку в высоком вакууме с использованием электронного луча.
Этот процесс плавления является дорогостоящим, поэтому его использование ограничено.
Сталь представляет собой сплав железа и углерода. Знание его температуры плавления важно для его изготовления в ценной форме. Температура плавления стали зависит от ее типа. Следы других элементов также добавляются для улучшения его свойств, и их процентное содержание в них также влияет на их температуру плавления. Из 5 основных типов стали нержавеющая сталь используется в основном для кухонных столовых приборов.
4. Лампочки
Лампы содержат нить накаливания, изготовленную из металлического вольфрама. Металлический вольфрам используется, потому что он имеет самую высокую температуру плавления среди металлов. Чтобы произвести свет, металл, используемый в нитях накала лампы, должен быть нагрет до экстремальных температур. Большинство металлов обычно плавятся до достижения таких экстремальных температур.
Поэтому лампочки изготавливаются с вольфрамовой нитью, потому что она имеет аномально высокую температуру плавления. Нить накаливания в лампочке закрыта герметичной бескислородной камерой, чтобы избежать возгорания. Вольфрамовая нить испаряется тем быстрее, чем выше температура нити. По мере того, как все больше и больше атомов испаряется, происходит распад нити накала, и стекло темнеет, что сокращает срок службы колбы, тогда как в современных лампочках используется газ аргон, который увеличивает срок службы вольфрамовой нити. В таких лампах, когда атомы вольфрама испаряются, они сталкиваются с атомами аргона и отскакивают обратно к нити накала, где воссоединяются с твердой структурой. Поскольку аргон — инертный газ, нет возможности объединить этот элемент в реакции горения. Хотя это по-прежнему популярный метод освещения внутри домов, в последнее время охлаждаемые источники света, такие как люминесцентные лампы и светодиоды, постепенно вытесняют старые лампочки.
Сахара Сахар представляет собой форму углеводов, которая содержит атомы углерода, водорода и кислорода. Когда человеческое тело потребляет углеводы, они превращаются в глюкозу, которая служит предпочтительным источником энергии для всех клеток человеческого тела. Существуют две основные формы сахаров: простые и сложные. Отличие заключается в их химическом строении. Простые углеводы состоят из молекул сахара, тогда как сложные углеводы состоят из двух или более молекул сахара. Четыре наиболее распространенные формы сахара в нашем рационе — это глюкоза, фруктоза (фруктовый сахар), сахароза (столовый сахар), лактоза (дневной сахар).
Плавящиеся сахара Диапазон температур разложения сахаров составляет от 184°C до 186°C. Когда мы осторожно нагреваем сахарозу, возникает явление, известное как «кажущееся плавление». Кристаллы сахара на самом деле не плавятся, а демонстрируют реакцию, называемую «инверсией», которая означает разложение двух молекулярных компонентов сахаров, то есть глюкозы и фруктозы.
Этот процесс известен как карамелизация и состоит из двух фаз. На первом этапе структура сахара изменяется при повышении температуры. Это можно наблюдать, когда сахар начинает «таять». На втором этапе более сильное повышение температуры вызывает элиминацию молекул воды, что приводит к реакции, называемой «бета-элиминация». После этого вещество темнеет по цвету и по вкусу больше напоминает «карамель». При чрезмерном нагреве останется только нагар, а это говорит о том, что наша карамель подгорела. Когда происходит инверсия, мы получаем «инвертный сахар», который очень гигроскопичен (способен поглощать большое количество молекул воды), что делает его идеальным для приготовления мягких сладостей и десертов.
В процессе производства стекла сырье нагревается до температуры от 1500°C до 1700°C в стекловаренных печах. Он трансформируется через последовательность химических реакций. Стекловаренные печи могут быть электрическими, газовыми или жидкотопливными.
Вы когда-нибудь замечали, почему размер монет в Индии уменьшается? Логика этого заключается в плавлении монет. Правительство всегда пытается снизить металлическую стоимость монеты по сравнению с ее номинальной стоимостью, потому что, если металлическая стоимость монет больше ее номинальной стоимости, то люди будут поощряться к тому, чтобы переплавить монету и продать этот металл на открытом рынке, чтобы получить прибыль. . Это можно понять на этом примере, предположим, что у человека есть монета в 1 рупию, если он переплавит монету и продаст металл на открытом рынке за 2 рупии, то он получит прибыль в размере 1 рупии. Представьте, если бы все люди начнут этот процесс плавления, тогда все монеты исчезнут, и это создаст сложную ситуацию для правительства. Таким образом, это причина того, что правительство пытается снизить стоимость металла по сравнению с ее номинальной стоимостью, чтобы люди не поощрялись к переплавке монет.
Сильный снегопад в регионах с холодным климатом вызывает повсеместное промерзание почвы и большие отложения снега, что часто приводит к дорожно-транспортным происшествиям и риску для жизни водителей и пассажиров. Таким образом, таяние снега необходимо, чтобы избежать таких ситуаций. Для таяния снега используются два типа методов: химический метод, который включает применение химикатов, таких как NaCl или CaCl2, для удаления снега, и метод нагрева, который включает тепловой насос, инфракрасную лампу или нагревательные провода для таяния снега. снег.
9. Восковые расплавы Восковые расплавы представляют собой свечи без фитиля. Они доступны в различных формах и размерах. Это тип ароматизированного воска, который расплавляют в устройствах для подогрева воска (электрических устройствах), который выделяет более сильный и стойкий аромат, чем свеча. Воск тает, когда воск расплавляется, высвобождается ароматическое масло.
В основном восковые расплавы, доступные на рынках, изготавливаются либо из парафинового воска, либо из соевого воска. Следует избегать парафинового воска, потому что он состоит из побочных продуктов нефти.
Расплавленный соевый воск
10. Металл, который тает на вашей ладониГаллий — это неожиданный металл, который тает на вашей ладони. Его температура плавления относительно низкая, то есть 85,6 ° F, и только тепло вашей ладони может его растопить. Это свойство делает галлий идеальным материалом для записи высокотемпературных термометров.
Плавление металлического галлия
Таяние ледников: причины, последствия и решения
СМ. ИНФОГРАФИКУ: Жизненный цикл ледника [PDF]
ПОСЛЕДСТВИЯ ТАЯНИЯ ЛЕДНИКОВ
В вышеупомянутом исследовании Университет Цюриха показал, что таяние ледников ускорилось за последние три десятилетия. Эта потеря льда уже достигла 335 миллиардов тонн в год, что составляет 30% от текущих темпов прироста океана.
Основными последствиями дегляциации являются:
повышение уровня моря
таяние ледников способствовало повышению уровня моря на 2,7 сантиметра с 1961 года. метр.
Воздействие на климат
Таяние ледников на полюсах замедляет океанские течения, явление, связанное с изменением глобального климата и чередой все более экстремальных погодных явлений по всему миру.
Исчезновение видов
Таяние ледников также приведет к исчезновению многих видов, поскольку ледники являются естественной средой обитания ряда животных, как наземных, так и водных.
Меньше пресной воды
Исчезновение ледников также означает уменьшение количества воды для потребления населением, снижение мощности производства гидроэлектроэнергии и уменьшение количества воды, доступной для орошения.
РЕШЕНИЯ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ТАЯНИЯ ЛЕДНИКОВ
Гляциологи считают, что, несмотря на массовую потерю льда, у нас еще есть время спасти ледники от их предсказанного исчезновения.
Вот несколько идей и предложений о том, как мы можем помочь в достижении этой цели:
Остановить изменение климата
Чтобы остановить изменение климата и спасти ледники, необходимо сократить глобальные выбросы CO 2 на 45 % в течение следующем десятилетии, и что они упадут до нуля после 2050 г.
Замедлить их эрозию
Научный журнал Nature предложил построить 100-метровую плотину перед ледником Якобсхавн (Гренландия), наиболее пострадавшим от таяния Арктики, чтобы сдержать его эрозию.
Объедините искусственные айсберги
Индонезийский архитектор Фарис Раджак Котахатухаха получил награду за свой проект «Заморозить Арктику», который состоит в сборе воды из растаявших ледников, ее опреснении и повторном замораживании для создания больших шестиугольных ледяных блоков. Благодаря своей форме эти айсберги можно было затем объединять в замороженные массы.