4 этап

Цель: Исследовать возможности применения СВЧ-печи на уроках физики.

Микроволновка и воздушный шарик

Цель: Воздушные шарики умеют летать, сдуваться, лопаться и даже съеживаться (если сильно уменьшить температуру окружающей среды). Как поведет себя шар, надутый воздухом, если его поместить в микроволновую печь и включить ее?

Оборудование: микроволновая печь, воздушный шарик

Ход: помещаем воздушный шар в микроволновку, включаем СВЧ печь.

Вывод:Воздушные шарики изготавливают, как правило, из латекса. Латекс представляет собой природные или искусственные водные дисперсии коллоидных каучуковых частиц, стабилизированных эмульгаторами.

Ключевое слово тут – «водные». То есть материал для воздушных шариков содержит молекулы воды. Латекс пропускает электромагнитные волны. При этом дипольные молекулы воды под воздействием микроволн начинают вращаться миллионы раз в секунду, создавая трение. Результатом этого является увеличение температуры вещества. Латекс начинает плавиться, стенки шарика истончаются, и в какой-то момент под напором воздуха он лопается. В том месте, где толщина оказывается критично минимальной для давления внутри шара.

Микроволновка и мыло

Цель: Выяснить, что произойдет с мылом в микроволновой печи и объяснить почему.

Оборудование: микроволновая печь, мыло

Ход: помещаем мыло в микроволновку, включаем СВЧ печь.

Вывод: Микроволновая печь предназначена для быстрого разогрева или приготовления пищи электромагнитными волнами.

Частоту СВЧ-излучателя производители настраивают таким образом, чтобы она способствовала нагреванию прежде всего молекул воды в жидком состоянии, потому что вода содержится практически во всех продуктах. Проникают такие радиоволны на глубину около 2,5 см.

Происходит это следующим образом. Под влиянием колебаний электромагнитного поля молекулы постоянно сдвигаются (так называемый «дипольный сдвиг»). А так как поле переменное, они постоянно меняют направление и таким образом «раскачиваются», увеличивая скорость и силу движения.

Возрастает кинетическая энергия молекул, а, следовательно, и температура продукта. Вот такой обратный процесс. Обычно говорят, что молекулы изменяют скорость движения за счет изменения температуры, а здесь наоборот – за счет увеличения скорости увеличивается температура вещества.

Основным компонентом твердого мыла являются натриевые соли высших жирных кислот. Так же в его составе присутствует вода, отдушки, и другие добавки (факультативно).

Микроволны в первую очередь нагревают воду в составе мыла, и она, вскипая, превращается в пар. Газ, расширяясь, стремится высвободится и давит на твердую основу вокруг себя. Образуются пузырьки, которые вспенивают массу. Большая их часть «прорывается», и пар высвобождается, оставляя после себя мелкопористую структуру. Вот так происходит вспенивание мыла в безводной среде.

Микроволновка и чипсы

Цель: Узнать, как поведет себя герметичная упаковка из пока неведомо какого материала и разберемся, из чего же она сделана.

Оборудование: микроволновая печь, чипсы Lays

Ход: Помещаем пачки с чипсами в микроволновку, включаем СВЧ печь.

Вывод: Стандартно для пакетов используется полипропиленовая пленка, покрытая тонким слоем алюминия и краски.

Можно было бы предположить, что упаковка взорвется из-за нагрева и расширения воздуха внутри. Но при помещении такой конструкции в зону микроволнового излучения с частотой 2450 МГц случается следующее.

Волны не проникают внутрь пакета, так как отражаются от металлического слоя. При этом на поверхности образуются наведенные токи из-за того, что алюминий является проводником. В некоторых местах возникает электрическая дуга, которая создает эффект молнии – искрящуюся поверхность. Под воздействием тока металл нагревается. Следом за ним из-за высокой температуры плавится внутренний слой из полипропилена. При плавлении он «скукоживается» как обычная пластиковая бутылка, если налить в нее крутой кипяток. Полипропилен начинает пузыриться и превращает герметичный пакет в пакет-решето (попросту, дырявый). После этого искрение практически прекращается!

Дело в том, что теперь через отверстия в пакете микроволны могут проникать и поглощаться продуктом – чипсами. Поэтому тепловая и электрическая нагрузка на упаковку снижается.

Микроволновка и лазерные диски

Цель: Выяснить, что произойдёт, если поместить CD или DVD диски в микроволновую печь и включить ее .

Оборудование: микроволновая печь, DVD диски

Ход: помещаем лазерные диски в микроволновку, включаем СВЧ печь.

Вывод: Оптический диск – носитель информации, чтение с которого ведется с помощью оптического (видимого электромагнитного) излучения. Основа диска выполнена из поликарбоната, на поверхность которого нанесен специальный слой.

Информация считывается лазерным лучом, который, попадая на поверхность диска, отражается особым образом благодаря мельчайшим выемкам («битам»). Далее полученная информация декодируется устройством чтения. Поверхность для считывания выглядит следующим образом:

Состоит она из нескольких слоев: защитного, отражающего и активного. Отражающий слой – это металл, обычно, алюминий.

Существует несколько видов и поколений оптических дисков. В данном опыте использовался СD.

В микроволновой печи электромагнитное излучение представлено микроволнами длиной около 12 см. СD читается сине-фиолетовым лазером с длиной волны 405 нм.

Увы, обнаруживаем, что микроволновку использовать в качестве прибора для чтения лазерных дисков мы не сможем, даже если каким-нибудь волшебным образом установим на нее детектор и декодер.

Логичен вопрос, что же происходит с дисками, когда на них воздействуют излучением другой частоты.

Микроволны проходят через защитный слой и отражаются в металлическом. И, как в случае с любым металлическим проводником, в нем возникает электричество. Искры – это электрический разряд. Металл нагревается и плавится. Пластик, из которого состоит основа, тоже начинает плавится.

Возможность использования на практике

Опыт №1может быть использован в 7 классе на теме «Давление газа»

Опыт №2 может быть использован в 8 классе на теме «Внутренняя энергия»

Опыт №3 может быть использован в 8 классе на темах «Электропроводность металлов», «Нагревание проводников электрическим током»

Опыт №4 может быть использован в 9 классе на теме «Электромагнитные волны»