Щодня ми проводимо на кухні 1-2 години. Хтось менше, хтось більше. При цьому ми рідко замислюємося про фізичні явища, коли готуємо сніданок, обід або вечерю. Адже більшої їх концентрації в побутових умовах, ніж на кухні, в квартирі і бути не може. Тому досліди з фізики на кухні - хороша можливість пояснити закони цієї науки дітям!
1. Дифузія
З цим фізичним явищем на кухні ми стикаємося постійно. Його назва утворена від латинського diffusio - взаємодія, розсіювання, поширення. Це процес взаємного проникнення молекул або атомів двох граничних речовин. Швидкість дифузії пропорційна площі поперечного перерізу тіла (обсягу), і різниці концентрацій, температур змішуваних речовин. Якщо є різниця температури, то вона задає напрямок поширення (градієнт) - від гарячого до холодного. У результаті відбувається мимовільне вирівнювання концентрацій молекул або атомів.
На кухні це фізичне явище можна спостерігати при поширенні запахів. Завдяки дифузії газів, сидячи в іншій кімнаті, можна зрозуміти, що готується. Як відомо, природний газ не має запаху, і до нього домішують добавку, щоб легше було виявити витік побутового газу. Різкий неприємний запах додає одорант, наприклад, етилмеркаптан. Якщо з першого разу конфорка не загорілася, то ми можемо відчувати специфічний запах, який з дитинства ми знаємо, як запах побутового газу.
А якщо кинути в окріп крупинки чаю або заварний пакетик і не розмішувати, то можна побачити, як поширюється чайний настій в обсязі чистої води. Це дифузія рідин. Гарною ілюстрацією фізики на кухні - дифузії в твердому тілі - може бути засолка помідорів, огірків, грибів або капусти. Кристали солі у воді розпадаються на іони Na і Cl, які, хаотично рухаючись, проникають між молекулами речовин у складі овочів або грибів.
Звичайно, всі ми знаємо, що чай треба заварювати окропом. Виявляється, при високій температурі дифузія в рідинах відбувається швидше
2. Зміна агрегатного стану
Мало хто з нас помічав, що в залишеній склянці з водою через кілька днів випаровується така ж частина води при кімнатній температурі, як і при кип'ятінні протягом 1 ‑ 2 хвилин. А заморожуючи продукти або воду для кубиків льоду в холодильнику, ми не замислюємося, як це відбувається. Між тим, ці самі буденні і часті кухонні явища легко пояснюються фізикою. Рідина має проміжний стан між твердими речовинами і газами. При температурах, відмінних від кипіння або замерзання, сили тяжіння між молекулами в рідині не такі сильні або слабкі, як у твердих речовинах і в газах. Тому, наприклад, тільки отримуючи енергію (від сонячних променів, молекул повітря кімнатної температури) молекули рідини з відкритої поверхні поступово переходять у газову фазу, створюючи над поверхнею рідини тиск пари. Швидкість випаровування зростає при збільшенні площі поверхні рідини, підвищенні температури, зменшенні зовнішнього тиску. Якщо температуру підвищувати, то тиск пара цієї рідини досягає зовнішнього тиску. Температуру, за якої це відбувається, називають температурою кипіння. Температура кипіння знижується при зменшенні зовнішнього тиску. Тому в гірській місцевості вода закипає швидше.
І навпаки, молекули води при зниженні температури втрачають кінетичну енергію до рівня сил тяжіння між собою. Вони вже не рухаються хаотично, що дозволяє утворитися кристалічній решітці як у твердих тел. Температура 0 ° C, при якій це відбувається, називається температурою замерзання води. При заморожуванні вода розширюється. Багато хто міг познайомитися з таким фізичним явищем на кухні, коли поміщав пластикову пляшку з напоєм у морозилку для швидкого охолодження і забував про це, а після пляшку розпирало. При охолодженні до температури 4 ° C спочатку спостерігається збільшення щільності води, при якій досягається її максимальна щільність і мінімальний обсяг. Потім при температурі від 4 до 0 ° C відбувається перебудова зв'язків в молекулі води, і її структура стає менш щільною. При температурі 0 ° C рідка фаза води змінюється на тверду. Після повного замерзання води і перетворення в лід її об'єм виростає на 8,4%, що і призводить до розпирання пластикової пляшки. Вміст рідини в багатьох продуктах мало, тому вони при заморожуванні не так помітно збільшуються в обсязі.
З цим фізичним явищем - зміною агрегатного стану - на кухні господині стикаються при кип'ятінні рідин, заморожуванні продуктів, наприклад вершкового масла. Коли ми поміщаємо воду в морозилку, вона остигає, молекули вже не рухаються хаотично, а утворюють кристалічну решітку, як у твердих тіл
3. Абсорбція та адсорбція
Ці два майже нероздільні фізичні явища, які отримали свою назву від латинського sorbeo (поглинати), на кухні спостерігаються, наприклад, при нагріванні води в чайнику або каструлі. Газ, що не діє хімічно на рідину, може, тим не менш, поглинатися нею при зіткненні з нею. Таке явище називається абсорбцією. При поглинанні газів твердими дрібнозернистими або пористими тілами велика їх частина щільно накопичується і утримується на поверхні пір або зерен і не розподіляється по всьому обсягу. У цьому випадку процес називають адсорбцією. Ці явища можна спостерігати при кип'ятінні води - зі стінок каструлі або чайника при нагріванні відокремлюються бульбашки. Повітря, що виділяється з води, містить 63% азоту і 36% кисню. А загалом атмосферне повітря містить 78% азоту і 21% кисню.
Поварена сіль у незакритій ємності може стати вологою через свої гігроскопічні властивості - поглинання з повітря водяної пари. А сода виступає як адсорбент, коли її ставлять у холодильник для видалення запаху.
Наукове визначення адсорбції - це поглинання пари, газу рідиною або твердим тілом. Наприклад, типовим адсорбентом є активоване вугілля. А ось на кухні спостерігати фізичне явище адсорбції можна за допомогою кухонної солі в ємності без кришки, яка вбирає вологу з водяного пару