Учебный проект "Физика на кухне"

Министерство образования, науки и молодежной политики Нижегородской области

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Арзамасский коммерческо-технический техникум»

ТВОРЧЕСКИЙ ПРОЕКТ

тема

 «Физика на кухне»

                                              Работу выполнила: Некрасова Мария

                                                                      студентка гр.20-33БУХ                    

Руководитель: Полетаева Г.В.

преподаватель физики

Арзамас, 2021 год

ФИЗИКА НА КУХНЕ

Оглавление

1.Введение	3
1.1.Актуальность темы проекта	3
1.2.Цели и задачи индивидуального проекта	4
2.Теоретический материал
2.1. Тепловые явления: ·        Диффузия на кухне ·        Кипение, парообразование и конденсация ·        Теплопроводность материалов	5 5 7 1
2.2. Электрические явления ·        Законы физики в работе кухонного оборудования	14
2.3.   Техника безопасности на кухне	17
3. Заключение	18
4. Литература	19

ФИЗИКА НА КУХНЕ

Природа так обо всем позаботилась,

что повсюду ты находишь, чему учиться.

Леонардо да Винчи

Введение

В современном мире значение физики чрезвычайно велико, ведь она лежит в основе естествознания, а значит и всей жизни. 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. Многие физические закономерности можно получить из собственных наблюдений.

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

 Кухня – это место для наблюдения за физическими явлениями и место для проведения физических экспериментов. Я считаю, что моя экспериментально – исследовательская работа очень актуальна для нас, потому что каждая девушка, женщина проводит на кухне большую часть времени. Приготавливая обед или ужин, она сталкивается с физическими процессами и явлениями, даже не подозревая об этом.

Гипотеза: Если мы лучше будем знать физические явления, происходящие на нашей кухне, то мы будем более рационально использовать их в своей деятельности.

Цель  работы: увидеть на кухне явления и законы, которые мы изучали на уроках физики, показать значимость этих законов и  закономерностей при обработке продуктов питания, в  работе кухонных принадлежностей и бытовой техники. 

Для достижения этой цели решались следующие    задачи:

1.     наблюдать, описывать и объяснять физические явления: диффузия, нагревание, охлаждение, кипение, испарение;

2.     измерять температуру;

3.     приводить примеры практического использования физических знаний о тепловых явлениях;

4.     использовать приобретенные знания и умения в практической деятельности и повседневной жизни.

Объектом исследования стали вещества, самые распространенное на наших кухнях: вода в трёх агрегатных состояниях, бытовая электрическая техника и посуда.

При выполнении работы использовались следующие методы исследования – эксперимент, анализ, сравнение.

Наш дом – настоящая физическая лаборатория, в которой человек является активным наблюдателем, способным хотя бы приближенно объяснить наблюдаемые им физические явления. В нашей 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.

Объясним самые распространенные процессы и явления, происходящие на кухне с точки зрения физики.

ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ НА КУХНЕ

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. Итак, какие же тепловые явления мы встречаем на кухне? Испарение, кипение, конвекция, теплопроводность, изменение агрегатного состояния веществ – все это тепловые явления.

Диффузия на кухне

Диффузия – это явление взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого вещества, обусловленное тепловым движением атомов, молекул, ионов и других частиц.

В ходе  исследовательской работы я заваривала чай, пила кофе с молоком, вспоминала как с мамой мариновали огурцы и помидоры, варили варенье из клубники и чувствовали приятный запах от клубники и резкий запах чеснока и лука при приготовлении маринада.

Все процессы, происходящие на кухне подчиняются законам диффузии. Проникновение молекул газов, составляющих воздух, в воду и дальнейшая диффузия их по всему объему воды – это растворение воздуха в воде. Процесс заваривания чая, и растворения в нем сахара – это тоже примеры диффузии. Маринование основано на физическом процессе диф­фузии — пропитывании сырья рассолом. Приятный запах от клубники, резкий запах чеснока и лука, запах другой пищи, мы чувствуем тоже благодаря диффузии.

Опыт №1. Диффузия в твердых телах, жидкостях и газах

Оборудование: свежая зелень (укроп), стакан с горячей водой, пакетик с заваркой, сырая картофелина, кофе (кристаллы).

Одновременно порезать зелень; опустить в стакан с горячей водой пакетик разовой заварки; на срез сырой картофелины насыпать несколько кристалликов кофе.

Через 5 минут запах свежей зелени заполнил собой всё помещение кухни, в стакане с кипятком заварился чай, картофелина немного окрасилась кристаллами кофе.

Вывод: быстрее всего диффузия происходит в газах, чуть медленнее в жидкостях, для твердых тел нужно гораздо больше времени.

Опыт №2. Зависимость скорости протекания диффузии от температуры.

Оборудование: три стакана – 1 с холодной водой, 2-с теплой водой(≈35⁰С),3-с кипятком, три пакетика с заваркой.

Одновременно опустить в стаканы с водой пакетики с чаем.

Через 5 минут в первом стакане чай бледный, во втором стакане - более насыщенного цвета, в третьем стакане чай насыщенного темно-коричневого цвета.

Вывод: при повышении температуры диффузия протекает быстрее;

растворение  соли, сахара, чайной заварки идет быстрее в горячей воде.

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

Кипение, парообразование и конденсация

Парообразование – процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное. Может происходить в результате испарения и кипения жидкости.

Ежедневно мы наблюдаем распространенный физический процесс, происходящий при приготовлении пищи – кипение воды.

Кипение жидкости – интенсивный процесс парообразования, происходящий по всему объёму жидкости при постоянной температуре.

Энергия кипения воды широко используется человеком в быту. Данный процесс стал настолько обыденным и привычным, что никто не задумывается о его природе и особенностях.

Температура жидкости после начала кипения не изменяется.  Не рассчитывайте сварить обед быстрее, если усилите нагрев кастрюли. Так что экономьте энергию, тем более  что газ и электричество дорожает!

Вода начинает кипеть при температуре 100°С, и остается неизменной. Я заметила, что, если кастрюля закрыта крышкой – вода закипает быстрее. Закрываем чайник и кастрюлю при кипении мы  не случайно. При открытой крышке часть молекул, имеющих большую кинетическую энергию, будет улетать, унося энергию, поэтому вода быстрее закипит, если крышку закрыть.

	Кастрюля с закрытой крышкой и водой	Кастрюля с открытой крышкой и водой
Время закипания воды	3 минуты 64 секунды	4 минуты 37 секунд

 А в кастрюле - скороварке, приготовление пищи идет на много быстрее.

 С чем это связано?

Скороварка -  принцип ее действия основан на законах физики. Как известно, температура кипения воды зависит от давления. Если давление нормальное (760 мм ртутного столба), вода закипает при 100 градусах Цельсия. При повышении давления повышается температура кипения воды, поэтому продукты готовятся быстрее. Чтобы поддерживать в скороварке высокое давление, крышка должна быть герметичной. Для этого по ее краю проложен резиновый уплотнитель. А чтобы сбрасывать избыток давления во время работы, на крышке предусмотрены два клапана. Один аварийный (запасной), срабатывает в экстренной ситуации, другой – рабочий. Через него выпускают пар в процессе приготовления продуктов и перед тем, как открыть крышку скороварки.

Испарение - парообразование, происходящее с поверхности жидкости, это ещё один процесс, который можно обнаружить на кухне. Скорость испарения жидкости зависит от рода жидкости, площади ее свободной поверхности, температуры, скорости удаления паров, наличия ветра. В двух одинаковых тарелках поровну налиты жирные и постные щи. Какие щи быстрее остынут? Конечно постные щи. У них меньше плотность, чем меньше плотность, тем быстрее идет испарение, что приводит к понижению температуры. По этой же причине и компот остынет быстрее, чем кисель. Желая быстрее остудить щи, наливайте их в большую тарелку.

Почему остывший хлеб становится легче, горячего? За это тоже отвечает испарение.

Я думаю, что многие получали ожег– кипятком и паром,  температура которого тоже 100°С. Но почему водяным паром обжигаются сильнее, чем кипятком?

Пар обжигает сильнее кипятка, потому что от пара выделяется дополнительное количество тепла, выделяющегося при конденсации, а ещё площадь ожога паром обычно больше. Будьте осторожны на кухне.

Теплопроводность материалов

 или

Какую посуду мы выбираем?

Известно, что у каждой хозяйки на кухне есть свои любимые ножи, кастрюли, сковородки. Почему одна сковорода для них становиться любимой, а другой уже не пользовались давным-давно.

В магазинах города сейчас можно найти кастрюли–сковородки на любой вкус из любых материалов. Поэтому я решила разобраться в тонкостях выбора посуды с точки зрения физики. Мама утверждает, что в чугунной посуде пища прожаривается более равномерно и меньше пригорает. Есть ли этому какое-то физическое объяснение? Оказывается, всё дело в физическом понятии – теплопроводность.

Теплопроводность - это передача теплоты через движение частиц, когда есть разница температуры. 

                      Металлы обладают хорошей теплопроводностью, поэтому быстро нагреваются. Рассмотрим особенности теплопроводности материалов, из которых сделана кухонная посуда. Это очень важный показатель, по которому можно сравнить разную посуду по применимости её на кухне. Используя таблицу теплопроводности видно, что теплопроводность алюминия выше всех остальных.     

·        Алюминий

Многие годы, как рассказала мне мама, алюминиевая посуда устраивала большинство людей. Она легкая (плотность всего 2,7 г/см³), долговечная, и тогда эта посуда была очень дешевая. А главное положительное качество в том, что алюминий — хороший проводник тепла, вода закипает в такой кастрюле очень быстро.

Недостаток алюминиевой посуды в том, что её легко поцарапать и при варке продуктов с повышенным содержанием кислоты некоторый процент алюминия в содержимое кастрюли все-таки переходит. Правда, он весьма невелик и, по мнению ученых, опасности для человека не представляет. Алюминий также используют для улучшения качеств посуды из нержавеющей стали – он выступают компонентом дна.

·        Чугун

Вторым по величине теплопроводности является чугун. Благодаря массивности посуды из чугуна тепло распределяется более или менее равномерно и долго сохраняется. Поэтому чугунки хороши для блюд, которые требуют длительного приготовления. Опытные повара из-за равномерности нагрева предпочитают применять посуду из чугуна.

Самыми толстостенными сковородами считаются чугунные сковороды. Низкая теплопроводность чугуна идеально подходит для продуктов, требующих длительного приготовления. К ним ничего не прилипает и они долго сохраняют тепло. Однако, хранить готовую пищу в чугунной сковороде не рекомендуется, т.к. от контакта с некоторыми видами продуктов она ржавеет. По этой же причине чугунная сковорода требует специального ухода. Ее необходимо тщательно сушить после мытья, прокаливать время от времени и смазывать растительным маслом. Еще одним минусом чугуна является его хрупкость. Несмотря на свою массивность, чугун может расколоться от удара. В то же время, это самая долговечная сковорода - огнеупорная, износоустойчивая, она подходит для плит и для использования в духовке. Такую сковороду можно даже передавать по наследству, придумав семейную легенду.

·       Тефлон требует особого обращения. По большому счету тефлоновые сковороды не любят газовые конфорки, им по нраву стеклокерамические или электрические плиты. Кроме того, нагревать такую сковороду без содержимого недопустимо. Хотя тефлоновое покрытие невозможно растворить даже смесью концентрированных соляной и серной кислот, его разрушает нагревание до 300 градусов (выделяются ядовитые вещества). Если покрытие поцарапано - в готовящуюся пищу поступает ядовитая плавиковая кислота, (фтороводоро́дная кислота́, фтористоводоро́дная кислота́, гидрофторидная кислота́)  поэтому поврежденные сковородки и кастрюли нужно безжалостно выбрасывать.

·       «Материалом века» называют сегодня нержавеющую сталь, которая широко применяется для кухонной посуды, однако эта посуда не любит, чтобы в ней долго находился крепкий рассол. Могут появиться пятна. В прилагаемых к стальной посуде инструкциях не рекомендуется даже класть соль в холодную воду. Крупинки соли оседают на дно и стенки посуды и не сразу растворяются в холодной воде. Они успевают воздействовать на нержавеющую сталь, оставляя на ней некрасивые темные пятнышки. Правда, это никак не сказывается на функциональных свойствах посуды.

Посуда из меди преобладала на кухне сотни лет. Вплоть до начала XX века из нее повсеместно делали котлы, кастрюли, сотейники, ковши. Сегодня из медной и латунной посуды чаще всего можно встретить чаши (турки) для варки кофе. Чтобы избежать вредного воздействия оксидов меди, турки изнутри лудят (покрывают слоем пищевого олова).

На самом деле медь, бронза и латунь сейчас тоже используются в производстве кухонной посуды, но в сочетании с нержавеющей сталью, придавая стали качества, которых ей недостает.

Сталь по теплопроводности плетется в хвосте всех металлов, которые когда-либо применялись для кухонной посуды! Это означает, что полученное от плиты тепло будет слишком медленно передаваться внутрь кастрюли. А еще оно не будет успевать равномерно распределяться по всему дну, из-за этого образуются очаги перегрева, и пища будет подгорать.

Таким образом, в зависимости от теплопроводности применяют различную посуду. Но также я обратила внимание, что ручки у сковородок, чайников, кастрюль делают из дерева или пластмассы, так как эти вещества обладают плохой теплопроводностью.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ НА КУХНЕ

Электрическая бытовая техника

Сегодня кухни оборудованы самым современным оборудованием. Много различных электроприборов, облегчающих приготовление пищи: электрическая плита, микроволновая печь, электрическая мясорубка, электротостер, электромиксер. И конечно, не обойтись на кухне без электрического чайника и холодильника.

 Во всех электронагревательных устройствах мы встречаемся с тепловым действием электрического тока – проводник по которому течет ток – нагревается.

·        Электрический чайник 

Знакомясь с литературой, я узнала, что у первых электрочайников нагреватели находились под донышком. Вода не вступала в контакт с нагревателем и закипала очень долго. В 1923 г. Артур Лардж сделал подлинное открытие: он поместил нагреватель в особую медную трубку и вставил её внутрь чайника. Вода быстро закипала. В настоящее время видов электрочайников очень много.

·         Кухонная электрическая  плита 

 С точки зрения электротехники принцип основывается на выделении тепловой энергии при прохождении электрического тока через резистивный нагревательный элемент(Закон Джоуля-Ленца). Нагревательный элемент представляет собой проводник из металла с высоким удельным сопротивлением, выполненный обычно в форме спирали.

    Регулировка мощности конфорки осуществляется ступенчато, путём изменения    количества включённых спиралей и их переключения с параллельного на последовательное соединение.

Кухонная плита с духовым шкафом

Технические характеристики:

Торговый знак изготовителя: Ariston

Модель: CE6VM3 R/HA

Страна – изготовитель: Польша

Габаритные размеры духового шкафа/объем: 32×43,5× 40 см/56л

Номинальное значение напряжения электропитания или диапазон напряжения: 230/400V керамическая варочная панель

Кухонная плита — нагревательный прибор, предназначенный для приготовления пищи. Состоит из варочной поверхности, духового шкафа и дополнительных отделений. По типу используемого топлива кухонные плиты бывают: газовые, электрические, индукционные, комбинированные (газоэлектрические), на твердом топливе.

Слово «плита» получило смысл кухонного прибора благодаря чугунным варочным поверхностям дровяных печей: изначально это и была металлическая плита, размещённая вместо кирпичного свода над топкой, на которой размещались кастрюли и сковороды. Позже в плите стали проделывать отверстия различного размера для лучшего теплообмена. Чтобы предотвратить проникновение через эти отверстия дыма, они закрывались металлическими крышками, выполненными в виде набора концентрических колец различного диаметра. Установка определённого их количества позволяла ставить посуду различного размера непосредственно на пламя.

По исполнению кухонные плиты бывают выполненные в виде отдельного блока или встроенные. Встроенные плиты обычно имеют раздельные варочную поверхность и духовой шкаф.

Варочная поверхность кухонной плиты состоит из нескольких конфорок для установки на них посуды. В газовых и электрических плитах каждая конфорка управляется отдельной ручкой. Обычно конфорки имеют разный диаметр и различную максимальную мощность. Необходимо это для того, чтобы устанавливать на них посуду разных размеров, не опасаясь значительных потерь энергии и повреждения частей посуды, не рассчитанных на высокую температуру.

Духовой шкаф представляет собой теплоизолированный муфель, в котором установлены нагревательные элементы: газовые горелки или электрические нагреватели, обычно - тэны. В духовом шкафу поддерживается необходимая для приготовления пищи (выпечки) температура. Обычно нагревательные элементы, расположены сверху и снизу. Если нижний нагреватель обеспечивает конвекцию, то верхний нагревает приготовляемую пищу за счет излучения.

В духовой шкаф могут быть помещены противни, решётки и вертела, для размещения приготавливаемых продуктов.

Преимущества электрической плиты:

-не требуется проведение газопровода;

-не сжигает кислород, не выделяет углекислого или угарного газа;

-нет опасности взрыва. Тем не менее, правила пожарной безопасности соблюдать необходимо.

Недостатки:

- в зависимости от типа нагревательного элемента может долго разогреваться, или требовать специальной посуды;

- требуется специальная электропроводка и розетка на большой ток;

- внезапное отключение электроэнергии более вероятно, чем отключение газа;

- в условиях России: стоимость электроэнергии больше, чем газа.

Техники безопасности на кухне

На кухне нас окружают такие источники опасности такие как: высокая температура, острая и режущая поверхности, электрический ток, огонь, горячие конфорки, духовка, нагретая посуда, терки и шинковки, электроприборы. Поэтому при приготовлении пищи необходимо соблюдать самые элементарные правила техники безопасности. Так же не стоит забывать и о том, что небрежная эксплуатация электрических приборов может привести к пожару, ожогу и даже к летальному исходу. Чтобы этого не случилось, в повседневной жизни нужно соблюдать несложные правила безопасного обращения с электроприборами.

Правила техники безопасности на кухне.

·        Правила безопасной работы с горячими предметами:

Пользоваться прихватками

Сковороду брать с помощью сковородника

Закладывать продукты в кипящую жидкость осторожно, избегая брызг

Не касаться нагретых частей посуды

·        Правила безопасной работы с горячими жидкостями:

Не доливать жидкости до краев кастрюли

Класть продукты на сковороду с разогретым маслом осторожно, избегая брызг

Избегать попадания капелек воды на разогретую сковороду с маслом

Открывать крышку в направлении «от себя»

·        Правила безопасной работы с режущимися предметами:

Работать с ножом осторожно, на разделочной доске

При работе с теркой избегать работы с мелкими кусочками

Продукты в мясорубку проталкивать с помощью пестика

Не касаться режущей поверхности руками

·       Пользуйтесь электроприборами, соблюдая правила безопасности, указанные в заводской инструкций, своевременно проводите их ремонт. Работы по проведению и ремонту электроприборов доверяйте исключительно профессионалам. 

Нельзя заливать горящие электроприборы водой. 

Заключение

Работая над своей исследовательской работой «Физика на кухне» я рассмотрела только несколько физических явлений, происходящих ежедневно на кухне, и еще раз убедилась, что физика и физические задачи повсюду существуют в мире, в котором мы живем. Часто мы даже не задумываемся о природе некоторых явлений или процессов, а на самом деле мир, который нас окружает намного интереснее.

Итак, во многих действиях, происходящих на кухне, я могу найти физическое явление, и  с уверенностью могу сказать: «Физика - поистине вездесущая наука».

 Литература:

1.      Асламазов Л.Г., Варламов А.А. Удивительная физика. Москва. Добросвет. Издательство МЦНМО, 2005. – 236с.

2.      Елькин В.И. Необычные учебные материалы по физике. Москва. Школа-Пресс, 2000.

3.      М.Г. Ковтунович «Домашний эксперимент по физике 7-11 классы». Москва. Владос. 2007г.

4.      Ресурсы Интернет:

               www.wikipedia.org