Fyzika vodnej pary v kuchyni

Kuchyňa je miesto, kde sa stretávame s mnohými fyzikálnymi javmi, často bez toho, aby sme si to uvedomovali. Jedným z najčastejších je práve vodná para a jej správanie. V tomto článku sa pozrieme na to, ako sa s ňou kuchárka stretáva a aké fyzikálne princípy za tým stoja.

Skupenstvá látok a ich premeny

Látky sa môžu vyskytovať v rôznych skupenstvách - pevnom, kvapalnom alebo plynnom. Niektoré látky, ako napríklad voda, sa môžu vyskytovať v rôznych skupenstvách. Podmienkami, pri ktorých nastáva zmena skupenstva látky, sú teplota látky a okolitý tlak. Poznáme 4 skupenstvá: pevné, kvapalné, plynné a plazma. O plazme sa na základnej škole neučí, takže sa budeme venovať len trom základným skupenstvám.

Schéma na obrázku ukazuje, ako sa premeny skupenstiev nazývajú:

• Topenie: pevné skupenstvo látky sa mení na kvapalné.
• Vyparovanie: kvapalné skupenstvo látky sa mení na plynné.
• Sublimácia: pevné skupenstvo látky sa mení na plynné.

Vyparovanie a var

Vyparovanie je premena kvapaliny na plyn. Vyparovanie prebieha za každých podmienok (akákoľvek teplota, tlak atď.). Rýchlosť vyparovania závisí od teploty, veľkosti povrchu kvapaliny a odstraňovania pár nad povrchom kvapaliny. Kvapalina sa môže vyparovať buď len zo svojho povrchu, alebo v celom objeme. Voda sa vyparuje pri každej teplote.

Var je intenzívne vyparovanie vody. Pri vare sa kvapalina vyparuje v celom svojom objeme. To neznamená, že po dosiahnutí teploty varu sa celá kvapalina okamžite vyparí. To znamená, že sa nevyparuje len z povrchu, ale na rôznych (náhodných) miestach nádoby. Navonok sa to prejaví tvorbou bubliniek (,,bublaním"). Počas varu sa teplota sústavy nemení. Je to z toho dôvodu, že všetko dodané teplo sa spotrebúva na proces odparovania, ktorý potrebuje energiu.

Teplota varu závisí od atmosférického tlaku. Pri zvýšenom tlaku sa zvýši aj teplota varu, ale pozor, táto závislosť nie je rovnomerná (čiže neplatí že koľkokrát sa zvýši tlak, toľkokrát aj teplota varu). Ak chceme variť rýchlejšie, logicky potrebujeme vyššiu teplotu. Ak však zvýšime tlak, zvýši sa aj teplota varu vody. Na tom princípe funguje tlakový hrniec (Papinov hrniec). Hrniec je natesno uzavretý pokrievkou a para teda nedokáže uniknúť. Hromadí sa nad vodou a tým nad ňou zvyšuje tlak.

Prečo kuchárke s kuchyňou v nadmorskej výške 2800 metra nad morom vrie voda skôr ako pri 100 °C? Pretože v väčšou nadmorskou výškou je nižší tlak a pri nižšom tlaku je nižšia teplota varu.

Kondenzácia

Kondenzácia (inými slovami skvapalňovanie alebo zrážanie) je premena plynu na kvapalinu. Na rozdiel od vyparovania neprebieha za každých podmienok ale iba ak je priestor presýtený parami a súčasne dôjde k ich schladeniu. Teplota, pri ktorej para skondenzuje, sa nazýva rosný bod. Rosný bod závisí od tlaku a stupňa nasýtenia priestoru parou.

Topenie a tuhnutie

Topenie je premena pevnej látky na kvapalinu. Je to endotermický proces (spotrebúva teplo). Tuhnutie je proces presne opačný, čiže premena kvapaliny na pevnú látku. Je to exotermický proces (uvoľňuje teplo). Teplota, pri ktorej sa látka topí, sa nazýva teplota topenia a teplota, pri ktorej látka tuhne, sa nazýva teplota tuhnutia. Pre väčšinu látok (teoreticky pre všetky) má teplota topenia rovnakú hodnotu ako teplota tuhnutia.

Niektoré látky sa topia pri nižších teplotách (ľad, maslo), ale iné (železo, meď) pri veľmi vysokých. Látky sa topia dvomi odlišnými spôsobmi, ktoré závisia od ich štruktúry:

• Kryštalické látky (ľad, soli, diamant, grafit, kovy...) majú pravidelnú vnútornú štruktúru, čiže vieme nakresliť tzv. kryštálovú mriežku, čiže schému, podľa ktorej sú častice (molekuly, ióny, atómy) v látke usporiadané.
• Amorfné (beztvaré) látky (čokoláda, parafín, sklo...) nemajú pravidelnú vnútornú štruktúru a správajú sa ako kvapaliny s veľmi veľkou viskozitou.

Závislosť teploty od dodaného tepla pri topení kryštalických látok je analogické s varom. Čiže na grafe sa prejaví zlomom, pred dosiahnutím teploty topenia teplota stúpa, potom je konštantná a po úplnom roztopení znovu stúpa. Iná situácia nastane pri topení amorfných látok. Tam teplota pri dodávaní tepla stále stúpa, na grafe nie je žiaden zlom.

Sublimácia

Prečo keď prudko roztápame ľad značnú sa nám vyparovať pary skôr ako začne voda vrieť? Pretože voda má schopnosť sublimácie t.j. môže prechádzať priamo zo skupenstva pevného na skupenstvo plynné.

Prečo prádlo uschne aj v mraze? Pretože ľad sublimuje. Sublimáciou naftalínu hynú mole šatové.

Ďalšie príklady fyzikálnych javov v kuchyni

Okrem premeny skupenstiev sa v kuchyni stretávame aj s ďalšími fyzikálnymi javmi:

• Rozpúšťanie: Prečo sa rozpustí kocka cukru vo vode, aj keď ju nemiešame? Molekuly vody prenikajú medzi molekuly cukru. Prečo sa soľ rozpustí rýchlejšie v teplej vode, ako vo vode studenej?
• Prenos tepla: Prečo sa úplne studený hrniec po ponorení do vriacej vody ohreje? Pretože každé teleso má rôznu mernú tepelnú kapacitu a v závislosti na tom závisí rýchlosť zahriatia tohto telesa.
• Kalorimetrická rovnica: Využívame v domácnosti kalorimetrickú rovnicu? Keď si chystáme vodu na umývanie riadu, miešame teplú vodu so studenou, aby bola pre nás prijateľne teplá. Ponáhľame sa a chceme vypiť čaj, preto do neho lejeme chladné mlieko. Ako rýchlejšie ochladíme šálok čaju? Necháme ho odstať a potom do neho prilejme určité množstvo vychladeného mlieka.
• Povrchové napätie: Prečo sa na povrchu studenej vody udrží viac bobkových listov ako na povrchu teplej vody? Pretože povrchové napätie kvapalín s rastúcou teplotou klesá.
• Kapilarita: Prečo si ľudia radšej obliekajú bavlnené odevy ako odevy z umelých vlákien? Bavlna obsahuje viac kapilár a teda lepšie saje pot.
• Tepelná rozťažnosť: Fľaša so zabrúsenou zátkou sa nedá otvoriť. Čo urobíme? Zapálenou zápalkou nahrejeme hrdlo fľaše a zátku vytiahneme.

Tabuľka: Skupenské premeny a ich názvy

Kuchyňa je plná fyziky a varenie je vlastne jeden veľký experiment. Dúfame, že tento článok vám pomohol lepšie pochopiť niektoré z javov, s ktorými sa v kuchyni stretávame.

tags: #hrniec #vodná #para #fyzika

Populárne príspevky:

• Recept na tortu z trubičiek
• Recepty a tradície z Prešova
• Tradičný recept na kuracie pecienky
• Použitie levandule v kuchyni
• Gastronomická Príležitosť: Pizza KVP Hodonínska