Projekty naukowe o lodzie

Co jest lepsze niż zabawny eksperyment naukowy? Taki, który jest zmieszany z lodami! Lody są smaczne, ale czy wiesz, że mają też wiele możliwości uczenia się przedmiotów ścisłych? Od super chłodzenia po chemię, na tym stożku jest dużo nauki.

Bąbelki z piwa korzennego

Nie ma lepszej wymówki, aby mieć piwo korzenne, niż w imię nauki. Ta filiżanka pieniącego się dobroci kryje w sobie wiele naukowych możliwości, które czekają na odkrycie. Jeśli kiedykolwiek zastanawiałeś się, dlaczego piwo korzenne ma tak wiele bąbelków i co możesz zrobić, aby to zmienić, ten eksperyment jest dla Ciebie! Jest odpowiedni dla uczniów w wieku podstawowym i zajmie od około 30 minut do godziny, jeśli zastosujesz jedną lub więcej odmian. (Uwaga: Pomiar objętości za pomocą przemieszczenia jest odpowiedni dla uczniów, którzy są co najmniej w gimnazjum.)

• Eksperymenty z suchym lodem
• Eksperyment na grochu Gregora Mendla
• Eksperymenty z napięciem powierzchniowym dla dzieci

Materiały

• Przezroczyste szkło
• Piwo korzenne
• Lody waniliowe z cukrem i bez cukru
• Jedna miarka do ciał stałych i miarka do płynów
• Taśma miernicza (Wskazówka: dla młodszych dzieci, zdobądź taśma maskująca z linijką, a następnie przyklej taśmą bok szklanki lub kubka przed rozpoczęciem eksperymentu.)

Podstawowa procedura

Poniższa procedura jest przeznaczona dla młodych uczniów, którzy potrafią mierzyć taśmą mierniczą, ale nie potrafią matematycznie obliczyć objętości substancji.

1. Odmierz jedną szklankę lodów w miarce. Dodaj filiżankę lodów do przezroczystego szkła.
2. Odmierz jedną szklankę piwa korzennego w miarce. Pod koniec eksperymentu będziesz chciał zobaczyć, ile piwa korzennego udało Ci się dodać do lodów.
3. Powoli dodaj piwo korzenne do lodów. Chcesz zmierzyć ilość wytworzonej piany, ale nie chcesz, aby pianka wyszła wyżej niż górna część szkła.
4. Po dodaniu jak największej ilości piwa korzennego bez wchodzenia piany do góry, zmierz szklankę.
   1. Ile jest piany? (Do pomiaru użyj taśmy mierniczej.)
   2. Ile piwa korzennego możesz dodać? (Odejmij, ile jest w twojej miarce od jednej kubka, z którą zacząłeś. To jest ilość, którą dodałeś.)

Co się dzieje?

Wszyscy wiedzą, że bąbelki w piwie korzennym to bąbelki dwutlenku węgla. Jednak czy kiedykolwiek zastanawiałeś się, co się dzieje, że pianka jest tak... pieniąca?

Roztwory przesycone : Piwo korzenne (i wszystkie napoje gazowane) jest przesycone dwutlenkiem węgla. Przesycony to naukowy sposób na powiedzenie, że jest więcej substancji rozpuszczonej (w tym przypadku dwutlenku węgla) niż roztwór (w tym przypadku płyn do piwa korzennego) może pomieścić. Roztwory przesycone są określane jako niestabilne. Oznacza to, że starają się uwolnić swoje substancje rozpuszczone tak szybko, jak to możliwe, i dlatego słyszysz syczący dźwięk uciekającego gazu i widzisz, jak zaczynają tworzyć się bąbelki, gdy otwierasz butelkę napoju gazowanego. Miejsca nukleacji : Kiedy dodajesz piwo korzenne do lodów, zasadniczo wybijasz bąbelki dwutlenku węgla z piwa korzennego. Jednak to nie jedyne miejsce, z którego dochodzą twoje pieniste bąbelki. Lody też mają w sobie powietrze. Te bąbelki powietrza w twoich lodach zapewniają miejsca zarodkowania które pozwalają na tworzenie się i wzrost bąbelków dwutlenku węgla. Napięcie powierzchniowe : Czy zauważyłeś kiedyś, że niektóre bąbelki w piwie korzennym stają się naprawdę duże? Dzieje się tak, ponieważ niektóre składniki lodów obniżają napięcie powierzchniowe sody, dzięki czemu bąbelki gazu mogą się rozszerzać, podczas gdy inne składniki zatrzymują bąbelki i pozostawiają je zawieszone w spienionym napoju. Jest to bardzo podobne do tego, jak białko zatrzymuje pianę morską w oceanie.

Wariacje

Wytwarzanie piwa korzennego to nie tylko dziecinna zabawa. Jeśli chcesz mieć więcej zabawy z jedzeniem, wypróbuj te warianty, które wahają się od stosunkowo łatwych do trudniejszych.

Zmień procedurę : Zamiast dodawać lody, a następnie piwo korzenne, najpierw dodaj piwo korzenne, a następnie lody. Czy to w ogóle zmienia reakcję? Efekt twoich składników: Przeprowadź eksperyment jeszcze kilka razy, ale tym razem użyj marki lodów z większą zawartością cukru, a do następnego użyj lodów z mniejszą zawartością cukru. Który z nich wytwarza więcej piany, mierząc taśmą mierniczą? Co się stanie, gdy użyjesz mrożonych smakołyków z mniejszą ilością powietrza, takich jak lody lub sorbet bez mleka? Upewnij się, że używasz tej samej ilości mrożonego przysmaku w każdym eksperymencie, aby uzyskać bardziej wiarygodne wyniki.

Pomiar objętości

Najłatwiejszym sposobem ustalenia objętości wytworzonej pianki jest wykonanie eksperymentu w zlewkach naukowych, które mają zaznaczoną objętość z boku. Jeśli jednak czujesz się szczególnie matematycznie i nie masz dostępu do kubka naukowego, istnieje sposób na obliczenie objętości pianki, używając odrobiny matematyki i rozumowania dedukcyjnego.

1. Spójrz na opakowanie, aby zobaczyć, ile uncji płynu mieści się w Twoim kubku. Jest to całkowita objętość po całkowitym napełnieniu filiżanki.
2. Następnie zmierzysz objętość jednej filiżanki lodów metodą wypierania. Idea metody przemieszczenia jest prosta. Jeśli możesz wypełnić objętość kubka 10 uncjami wody, ile wody możesz wlać do kubka po dodaniu jednej gałki lodów? Ta odpowiedź to objętość twoich lodów.
   1. Powinieneś już wiedzieć, ile uncji wody mieści Twój kubek. (Użyj wody, ponieważ nie reaguje z lodami.)
   2. Dodaj gałkę lodów do swojej filiżanki. Nie musisz go wcześniej mierzyć.
   3. Używając kolejnej miarki, dodaj wodę do kubka z lodami, aż zostanie całkowicie napełniony. (Upewnij się, że śledzisz, ile uncji płynu używasz.)
   4. Odejmij całkowitą ilość dodanych uncji płynu od całkowitej ilości uncji płynu, którą może pomieścić Twój kubek. Na przykład, jeśli twój kubek może pomieścić 10 uncji płynu i udało Ci się wlać do kubka osiem uncji płynu, twoje lody mają objętość dwóch uncji płynu.

Lody na depresję punktu zamarzania

Depresja punktu zamarzania brzmi skomplikowanie, ale uczeń gimnazjum, który uczy się przynajmniej algebry i dobrze sobie radzi ze zmiennymi, powinien umieć wykonać obliczenia. Przygotowanie lodów zajmuje około 30 do 45 minut.

Zasadniczo, aby uzyskać lody, musisz sprawić, by mikstura śmietankowo-mlekowo-cukrowa była wystarczająco zimna, aby zamarzła do postaci stałej. Wiele przepisów wymaga schładzania mieszanki lodów w kostkach lodu z dodatkiem soli. Dodając sól do kostek lodu, obniżasz temperaturę zamarzania wody, dzięki czemu kostki lodu stają się zimniejsze. Jest to również znane jako obniżenie temperatury zamarzania . Poniższy film wyjaśnia, co dzieje się chemicznie, gdy obniżasz temperaturę zamarzania wody.

Materiały

• Krem dwuczęściowy
• Jedna część mleka pełnego
• Cukier i inne aromaty do smaku
• Mikser elektryczny
• Jedna mała metalowa miska
• Jedna duża metalowa miska (mała miska musi wygodnie mieścić się w środku)
• Kruszony lód
• Miarki i łyżki
• Termometr przeznaczony do użytku w laboratorium naukowym
• Różne sole o różnej wielkości granulek, takie jak sól kuchenna i sól kamienna
• Chlorek wapnia, chlorek magnezu, chlorek sodu i/lub chlorek potasu (dostępne w sklepach z narzędziami jako topienie lodu)
• Stoper lub minutnik

Procedura

1. W małej metalowej misce wymieszaj śmietankę, mleko, cukier i aromaty.
2. Włóż mniejszą miskę do większej miski, a następnie dodaj lód do większej miski. Mała miska powinna być otoczona lodem.
3. Ostrożnie wlej pół szklanki do jednej szklanki soli kuchennej do większej miski z lodem. Dokładna ilość zależy od tego, jak duża jest twoja miska, ale chodzi o to, że chcesz przynajmniej pokryć górną część lodu solą.
4. Zanotuj swoją początkową temperaturę.
5. Uruchom swój minutnik.
6. Rozpocznij mieszanie składników lodów za pomocą miksera elektrycznego. Uważaj, aby nie przesadzić, w przeciwnym razie będziesz mieć bitą śmietanę, zanim lody zdążą się uformować.
7. Wykonuj pomiary temperatury w odstępach jednominutowych.
8. Zatrzymaj się, gdy masz lody o konsystencji miękkiej porcji.
9. Powtórz eksperyment z solą kamienną. Jeśli masz czas, możesz powtórzyć eksperyment z rodzajem soli, jaka jest używana na podjeździe zimą. Jednak ze względów bezpieczeństwa nie jedz lodów, które robisz za pomocą stopionego lodu.

Pytania do rozważenia

1. Jaka sól daje najszybsze lody?
2. Czy istnieje związek między wielkością granulek soli a szybkością krzepnięcia lodów?
3. Czy ilość dodanej soli ma wpływ na szybkość produkcji lodów lub na to, jak niska jest temperatura?
4. Jak zimny musi być lód, aby uzyskać idealne lody?

Obliczenia depresji punktu zamarzania

Wzór na obniżenie temperatury zamarzania jest następujący.

Oblicz, ile soli (substancji rozpuszczonej) potrzeba, aby obniżyć temperaturę zamarzania wody (rozpuszczalnika) z 0˚C do -20˚C.

Oblicz, ile gramów soli potrzeba do wytworzenia obniżenia temperatury zamarzania w temperaturze -20˚C dla 250g lodu.

Jeśli chcesz wykonać te same obliczenia, używając innej ilości lodu lub różnych rodzajów soli zamiast samego NaCl, poniższe zasoby mogą pomóc w znalezieniu odpowiednich liczb:

• Van't Współczynnik Hoffa - Ten film poprowadzi Cię przez proces znajdowania współczynnika Van't Hoffa dla dowolnego związku.
• Waga molekularna - Ta strona z filmem wyjaśnia, jak znaleźć masę cząsteczkową dowolnego związku.

Lody Z Domowym Suchym Lodem

Oczywiste jest, że aby zrobić lody, musisz włożyć je do czegoś naprawdę zimnego, aby zmienić mieszankę śmietanki i cukru w ​​coś stałego. Podczas gdy większość przepisów wymaga soli i lodu, prawdziwie żądni przygód mogą spróbować zrobić lody z domowym suchym lodem. Suchy lód jest w rzeczywistości zamrożonym dwutlenkiem węgla. Podczas gdy kombinacja soli i lodu może osiągnąć temperaturę około -20°C, suchy lód ma temperaturę około -78,5°C. Niższe temperatury pomogą Ci znacznie szybciej przygotować lody!

Ponieważ pracujesz z suchym lodem, ten eksperyment jest przeznaczony dla uczniów szkół średnich. Alternatywnie, dorosły może zrobić pokaz dla młodszych uczniów. Chociaż czas może się różnić, przeprowadzenie tego eksperymentu zajmuje około 20 do 30 minut.

Materiały

• Gaśnica na dwutlenek węgla
• Worek z materiału (możesz użyć poszewki na poduszkę, skarpety lub czegoś podobnego)
• Taśma izolacyjna lub mocna taśma elektryczna
• Duża metalowa miska
• Mała metalowa miska lub metalowa puszka, która pomieści mikser elektryczny i zmieści się w większej metalowej misce
• Mikser
• Krem dwuczęściowy
• Jedna część mleka
• Cukier lub inne aromaty do smaku
• Okulary ochronne i rękawice robocze

Procedura

1. W małej metalowej misce wymieszaj śmietankę, mleko, cukier i aromat.
2. Przyklej worek z materiału na dyszę gaśnicy. W tym momencie będziesz chciał zacząć nosić rękawice robocze i gogle.
3. Wypuść cały dwutlenek węgla do worka. To właściwie suchy lód!
4. Dodaj suchy lód do dużej miski, a mniejszą miskę włóż do suchego lodu i zacznij mieszać lody, aż dojdą do miękkiego etapu serwowania.

Ważne środki ostrożności

Upewnij się, że suchy lód nie dostał się do lodów. Jeśli tak, nadal możesz przeprowadzić eksperyment z suchym lodem, ale nie jedz lodów. Nie należy również dotykać suchego lodu gołymi rękami. Zawsze używaj rękawiczek, możesz też użyć szczypiec.

Lodowa zabawa

Lody są jak idealneeksperyment chemicznyczekam, aby się wydarzyło. Niezależnie od tego, czy chcesz po prostu zrobić lody, dodać je do czegoś innego, czy też przetestować idealny przepis i dodatki, możliwości są prawie nieograniczone. Upewnij się, że prowadzisz dziennik i pamiętaj, aby nie jeść lodów, jeśli którykolwiek z chemikaliów dostanie się do eksperymentu.