Учеба  ->  Среднее образование  | Автор: | Добавлено: 2015-05-28

Физические процессы, возникающие при приготовлении чая

Цель: выяснить физические процессы, происходящие при приготовлении чая и разработать, на их основе, практические рекомендации по употреблению чая.

Задачи:

1. Исследовать физические процессы, происходящие при приготовлении чая, и условия их протекания.

2. Изучить научную литературу по данной теме.

3. Провести социологический опрос.

4. Выпустить и распространить брошюру «Секреты чаепития» с практическими рекомендациями по употреблению чая.

Методы:

1. Социологический опрос.

2. Изучение научной литературы по данной теме.

3. Наблюдение за физическими процессами.

4. Эксперимент.

5. Проведение научного анализа полученных данных.

Физические процессы, происходящие при приготовлении чая: а) пузырьковое дыхание воды;4 б) судьба пузырьков воздуха в нагреваемой воде;5 в) источники пузырей;5 г) ламинарное и турбулентное движение пузырей;5 д) разрушение пузырей;5 е) время нагревания и начальная температура воды;6 ж) зависимость диффузии от начальной температуры воды. 6 з) охлаждение и движение воздушных масс. 7 и) охлаждение и площадь свободной поверхности. 7 к) охлаждение и добавки. 7 л) эффект чайной ложки. 7 м) эффект чаинок 7

Утро почти каждого человека начинается с чашки чая, но мало кто задумывается о сути физических процессов, происходящих при его приготовлении.

Меня это заинтересовало, и я решил выяснить, что это за процессы, при каких условиях они возникают.

При работе над данной темой я провел социологический опрос, чтобы установить, знают ли учащиеся нашей школы о физических процессах, происходящих во время приготовления чая, о правилах его заваривания и употребления.

В результате выяснилось, что большая часть учеников не знает о таких процессах (но хотели бы узнать), а чай заваривают и употребляют неправильно.

В нашей стране чай является продуктом первой необходимости. Вот почему надо заботиться о том, чтобы употребление чая приносило максимум пользы, чтобы оно основывалось не только на привычках и традициях, но и, прежде всего, на знаниях, на современных научных представлениях о продукте.

После проведения исследований, я выпустил брошюру «Секреты чаепития» с рекомендациями, по употреблению чая. Испытал на себе лечебные свойства чая. Брошюру распространил среди педагогов нашей школы.

С результатами исследовательской работы я познакомил учащихся школы, несколько брошюр подарил школьной библиотеке и библиотеке гарнизона. Сейчас работаю над статьей «Аптека в чашке чая» в районную газету, чтобы жители Стругокрасненского района пили чай по всем правилам и могли использовать его лечебные свойства, ведь это гораздо дешевле, чем покупать лекарства.

В будущем я предполагаю начать изучение причин искривления речных русел, так как это, каким бы странным не казалось, непосредственно связано с эффектом чаинок в стакане чая.

Физические процессы, происходящие при приготовлении чая.

Для приготовления чая мы набирали воду в электрический чайник и включали его. Внимательно осмотрели стенки внутри чайника и заметили, что на их поверхности появились маленькие пузырьки с воздухом. В жидкости всегда присутствуют растворенные газы. Растворимость воздуха в воде зависит от температуры. При низкой температуре она больше, а при высокой – поменьше.

а) пузырьковое дыхание воды.

С изменением температуры вода своеобразно дышит: при повышении температуры из воды выделяется растворенный в ней воздух ( выдох !), а при остывании воздух поглощается водой (вдох!).

б) судьба пузырька воздуха в нагреваемой воде.

Вода при нагревании выдыхает растворенный в ней воздух с помощью пузырьков. Нали- чие пузырьков дает ей возможность испаряться с поверхности пузырька в его объем.

Для того чтобы пузырек мог расти, поглощая пар, давление пара должно превзойти сум- му pл+ ра. (рл -лапласовское давление, ра – атмосферное давление, рп -давление пара).

Пока это не произошло, пузырек будет сжиматься, «схлопываться». Имеющийся в нем пар сконденсируется в капельку, и пузырек исчезнет (если в нем нет другого газа).

А вот когда рп > рл + ра, начинается кипение. Данный пузырек, всплыв на поверхность воды, лопнет, выбросит запасенный в нем пар и выйдет из игры.

в) источники пузырей.

Для того чтобы «пузырьковое кипение» могло осуществляться все время, должны возникать новые пузырьки. В воде или на поверхности сосуда, в котором она кипит, должен действовать источник пузырей. На поверхности сосуда всегда найдется микроскопическая трещина или царапина, в которой сохранилось немного воздуха. Она-то и станет зародышем газового пузырька, необходимого для кипения. Когда пузырек, выросший на этом зародыше-трещинке, оторвется и всплывет, на гладкой поверхности или в трещинке все же останется немного газа и все повторится снова. Последовательность стадий этого процесса изображена на рисунке 1.

г) ламинарное и турбулентное движение пузырей.

Пусть пузырек всплывает медленно, «ламинарно». При таком движении, очевидно, скорость всплывания υл должна зависеть от вязкости жидкости η, от радиуса пузы- рька R и от архимедовой силы FА.

При быстром всплывании пузырьков возникает «турбулентное» движение пузырьков (При- ложение IV).

д) разрушение пузырька.

Достигнув поверхности, пузырек из режима движения переходит в режим покоя и останав- ливается. Избавившись от избыточной энергии, пузырек успокаивается. Далее он может лоп- нуть, если имел малую кинетическую энергию и не пробил поверхностную пленку.

Интересное явление сопутствует разрушению пузырька. Жидкая пленка, отверстие в кото- рой возрастает, как бы втягивается в толщу жидкости, которая заполняет углубление в ней, устремляясь к центру этого углубления. Физики утверждают, что вокруг разрушающегося пу- зыря возникает кольцевая волна, смыкаясь у дна бывшего пузыря, выплескивает жидкость вверх в виде столбика от которого отделяются капли. От подножья столбика распространяет- ся волна (рис. 2).

е) время нагревания и начальная температура.

Мы провели эксперимент, в котором исследовали зависимость затраченного на кипение времени от начальной температуры воды.

Брали одинаковое количество (1,8 литра) воды комнатной температуры (26º С) и воды из под крана (16ºС). Наливали воду в чайник и с помощью секундомера измеряли время, которое требуется для нагрева воды до кипения. Во время проведения эксперимента атмосферное давление было 102800 Па и вода закипела при 97 ºС. В результате эксперимента сделали вывод, что время, необходимое для нагревания воды до температуры кипения, зависит от начальной температуры. Чем ниже начальная температура воды, тем большее время понадобится для того, чтобы она закипела. А чем выше начальная температура, тем меньшее времени необходимо для закипания. Так как чем выше температура воды, тем больше внутренняя энергия молекул воды и меньшее количество теплоты будет затрачиваться на её закипание.

ж) зависимость диффузии от температуры.

После того как жидкость закипела, необходимо заварить чай. Для этого мы кипящей водой обдавали внутренние стенки заварного чайника для того, чтобы они нагрелись. После этого помещали внутрь чайника заварку (2 чайные ложки) и заливали ее кипящей водой – 250 мл. После этого в чайнике начинался процесс диффузии.

Мы исследовали зависимость скорости диффузии от начальной температуры кипяченой воды. Взяв кипяченую воду при температуре 95 ºС и 78 ºС, мы заваривали чай. Диффузия длилась 6 минут, после этого мы сравнили получившиеся результаты.

Оказалось, что в том чайнике, который залили водой при большей температуре (95º С) чайный раствор был более насыщенным. В результате сделали вывод, что при высоких температурах диффузия происходит быстрее, чем при низких. Так как чем больше начальная температура, тем больше внутренняя энергия молекул воды, тем больше скорость движения молекул и быстрее их взаимодействие.

з) охлаждение и движение воздушных масс.

Далее мы исследовали процесс остывания чая в чашке. Для этого мы провели два опыта: в первом случае чай остывал в чашке самопроизвольно, а во втором чай остывал с помощью вентилятора.

Выяснили, что чай во втором случае остывал быстрее.

Сделали вывод, что процесс остывания чая зависит от движения воздушных масс. Так как испарившиеся молекулы находятся над чашкой и не у всех из них хватает энергии, чтобы улететь от нее. Происходит конденсация и часть молекул возвращается в чашку принося туда свою энергию. А вентилятор испарившиеся молекулы уносит от чашки, следовательно, молекулы не возвращаются и внутренняя энергия чая не увеличивается.

и) охлаждение и площадь свободной поверхности.

Далее мы выяснили, зависит ли скорость остывания чая от площади его свободной поверхности. Для этого налили чай в широкую чашку и снова провели два эксперимента. В первом случае чай остывал самостоятельно, а во втором - с помощью вентилятора.

Оказалось, что во втором случае чай остывал быстрее.

В результате сделали вывод, что скорость остывания зависит от площади свободной поверхности. Чем больше площадь, тем быстрее остывает чай. Так как из широкой чашки испаряется большее число молекул, чем из узкой следовательно внутренняя энергия чая в широкой чашке уменьшается быстрее.

к) охлаждение и добавки.

Также мы исследовали зависимость времени остывания от температуры при добавлении в чай различных добавок: меда, варенья и сахара.

Из исследования сделали вывод, что охлаждение чая зависит от того, что в него добавили: мед, варенье или сахар, так как плотность чая при этом меняется.

л) эффект чайной ложки.

Во время экспериментов мы пользовались металлической ложкой. Металлическая ложка (особенно серебряная), прекрасный проводник тепла. Она поглощает значительное количество теплоты, которое должно быть сообщено стеклу стакана. Поэтому стакан, с положенной в него ложечкой, нагревается не так быстро и не так сильно. Следовательно, на нем не появятся трещины, от наливаемого кипятка.

м) эффект чаинок.

Во время приготовления чая мы заметили, что когда, добавив сахар, начинаем размешивать чай, то чаинки двигаются вслед за ложкой, по окружности. При этом в центре стакана образуется воронка.

Если убрать ложку, то воронка пропадает, а чаинки собираются в центре стакана. Мы решили выяснить причину наблюдаемого явления.

А. Энштейн объяснил это явление так:

Вращение жидкости приводит к появлению центробежных сил.

Но слои жидкости, находящиеся по соседству со стенками чашки, задерживаются благода- ря трению, так что угловая скорость, с которой они вращаются, оказывается меньше, чем в дру- гих местах, более близких к центру. В частности, угловая скорость вращения, а следователь- но, и центробежная сила, будут вблизи дна меньше, чем вдали от него. Результатом этого явится круговое движение жидкости, подобное изображенному на рис. 3, которое возрас- тает до тех пор, пока под влиянием трения не станет стационарным. Чаинки сносятся в центр круговым движением, чем и доказывают его существование.

Бернули Д. объясняет по другому:

Допустим, что вода находится в вихревом состоянии и что все уже приведено в состояние устойчивости. Тогда уровень воды снизится по направлению к оси и поднимется по напра- влению к стенкам. Сечение пооси, ограниченное поверхностью воды, мы представим кривой

Посмотрим теперь, что должно произойти c телами, вовлекаемыми в вихрь.

Итак, допустим, что имеется покоящееся в вихревой жидкости тело, которое не пропускает через свои поры никаких частиц жидкости. Тогда тело будет стремиться к центру вихря, и его центростремительная сила будет в точности равна центробежной силе вихревой жидкости, кото- рая находилась бы в подобном же объеме на таком же расстоянии от центра.

Я думаю, что когда чай в стакане заставляют вращаться с помощью ложки, то в результате этого вращения устанавливается распределение давлений на дно, увеличивающееся от середины дна к стенкам (так как у стенок уровень чая вы- ше, чем в середине). После того как ложечку вынули, будет происходить посте- пенное выравнивание давлений на дно. Это приведет к образованию течений от стенок к середине дна, которые и соберут чаинки к середине дна стакана.

В результате работы над данной темой я узнал очень много новых и интересных сведений. Из научной литературы выяснил условия и причины возникновения физических процессов.

В ходе эксперимента сделал выводы:

• процесс приготовления чая состоит из нагревания, кипения, диффузии и охлаждения.

• время, необходимое для нагревания воды до температуры кипения, зависит от начальной температуры.

• при высоких температурах диффузия происходит быстрее, чем при низких.

• процесс остывания чая зависит от движения воздушных масс.

• скорость остывания зависит от площади свободной поверхности.

• при размешивании на чаинки действуют центробежная сила, направленная от стенки стакана к центру.

• охлаждение чая зависит от того, что в него добавили: мед, варенье или сахар.

• чай обладает лечебными и профилактическими свойствами.

По результатам своих исследований я составил брошюру «Секреты чаепития», с практическими рекомендациями по употреблению чая. Ее я распространил среди педагогов нашей школы, которые испытали лечебные свойства чая.

Результаты моей работы используются на уроках физики, химии, биологии и дома у учеников и учителей школы. Несколько брошюр «Секреты чаепития» я подарил нашей школьной библиотеке и библиотеке гарнизона. Сейчас работаю над статьей «Аптека в чашке чая» в районную газету, чтобы жители Стругокрасненского района пили чай по всем правилам и могли использовать его лечебные свойства, ведь это гораздо дешевле, чем покупать лекарства.

В будущем я предполагаю начать изучение причин искривления речных русел, так как это, каким бы странным не казалось, непосредственно связано с эффектом чаинок в стакане чая.

Социологический опрос

1. Знаете ли вы о правилах заваривания чая и о физических процессах, происходящих во время его приготовления?

2. Хотите ли вы узнать о физических процессах, происходящих во время приготовления чая.

Результаты испытания лечебных свойств чая

Я, Сафонова Наталья Ивановна, учитель биологии и технологии МОУ Владимирская СОШ, с большим интересом ознакомилась с брошюрой «Секреты чаепития», из которой узнала много новой и полезной информации о свойствах, сортах и способах заваривания чая.

Поскольку водопроводная вода в м. Владимирский Лагерь очень жесткая (что заметно по большому количеству накипи на нагревающем элементе электрического чайника), ее нужно смягчать. Обычно для этой цели я пользуюсь специальным фильтром для воды, но из брошюры я узнала и о другом, более простом способе: отстаивании воды в течение суток.

Пользуясь рекомендациями из брошюры, в течение 3 недель вся моя семья пила чай, приготовленный предложенным способом: воду отстаивали, нагревали до кипения (до первых пузырьков) в обычном чайнике на плите, заваривали разными способами по схеме на развороте брошюры.

Чай, заваренный любым из предложенных способов, действительно более вкусный. Обычно мы покупаем достаточно дорогие сорта чая, но даже самый простой дешевый чай, заваренный правильно, оказывается, может быть очень вкусным и полезным. Такой чай на самом деле придает бодрости и снимает головную боль при повышенном давлении, это члены моей семьи ощутили на себе.

Кроме того, было интересно узнать об обычаях чаепития у разных народов, а также о лечебных бальзамах из чая и различных трав. Эта информация (рецепт бальзама) пригодится в период частых простуд, успокоительный бальзам полезен после тяжелого рабочего дня, а бальзам, тонизирующий сердечно-сосудистую систему я использую для дополнительного (не вредного) поддержания своего здоровья, так как страдаю хроническим сосудистым заболеванием, а лекарства не всегда подходят и могут вызвать нежелательную аллергическую реакцию.

Результаты испытания лечебных свойств чая

Я, Тимофеева Татьяна Дмитриевна, учитель русского языка и литературы МОУ Владимирская СОШ, считаю, что брошюра «Секреты чаепития» составленная, Е. Моисеевым учащимся 11 класса Владимирской средней школы, оригинальна по содержанию, интересна и полезна для чтения. Автором проведена большая работа по сбору и систематизации материала, который доступно изложен.

Много интересного можно узнать об истории чая, о его производстве, вкусе, цвете, способах заваривания.

Особенно привлекательны чайные бальзамы, рецепты которых авторы любезно предоставили читателям. Полезен для нас, жителей Северо – Запада, бальзам для профилактики простудных заболеваний. Это для детей, а взрослым будет полезен замечательный рецепт грога. Грог согревает нас в бессолнечные дни, ветреную погоду, в осеннее ненастье.

Мною опробованы чайные напитки медово-лимонный и витаминный. Эти чаи доставили мне, как любительнице чая, истинное удовольствие. Очень полезен чай с пряностями, который может быть использован и в качестве укрепляющего здоровье средства, особенно после болезни. Конечно такой напиток не для постоянного употребления.

Замечательно, что автор перечислил лечебные свойства чая. Ведь в народе говорят: «Чай не пьешь – откуда силы берешь».

Результаты испытания лечебных свойств чая

Я, Мишина Нина Степановна, лаборант кабинета физики МОУ Владимирская СОШ очень благодарна Е. Моисееву за интересную и полезную брошюру «Секреты чаепития». С помощью этой брошюры я получила много ценной информации, которой раньше не обладала. Теперь я пью чай по – английски и чувствую себя намного бодрее и здоровее, чем раньше. Недавно, когда еще дома не отапливались, я заболела: появился насморк, стала тяжелой голова. Я за два дня поставила себя на ноги с помощью «Старинного рецепта» и спринцевания носа очень теплым чаем.

А в воскресенье я ездила в Псков и купила в магазине «Максимус»: белый китайский чай «Каменная роза», желтый китайский чай «Спящий тигр», красный китайский чай «Пу – Эр - Оолонг», зеленый таблетизированный китайский «Чай-олень», изготовленные финской чайной фирмой «Форсман чай». Эта же фирма производит именной чай: «Андрей», «Светлана»; чай по знакам зодиака: «Дева», «Рыбы» и другие.

В том же магазине я купила чайные бальзамы в пакетиках, изготовленные в Новосибирске ООО НПФ «Золотая долина», это: «Очищающий», «Успокаивающий», «Сердечный», «При гипертонии».

Нашла я в Пскове и другой магазин по продаже чая, который называется «Негоциант». В нем можно приобрести: ароматизированный чай «Тысяча и одна ночь», чаеподобный напиток «Мате с лимоном», красный чай «Улун молочный » и многое другое.

Из Санкт-Петербурга мне дети привезли растворимый чай в пакетиках «MacTea».

Комментарии


Войти или Зарегистрироваться (чтобы оставлять отзывы)