Prečo sa voda varí v hrnci: Fyzikálne vysvetlenie

Varenie vody je bežný jav, ktorý sa často využíva v kuchyni pri príprave jedál. No zamysleli ste sa niekedy nad tým, prečo sa voda varí a aké fyzikálne princípy tento proces ovplyvňujú? V tomto článku sa pozrieme na to, čo spôsobuje var vody a ako rôzne faktory ovplyvňujú jej teplotu varu.

Vriaca voda v sklenenej banke

Skupenská premena vody na paru

Skupenskú premenu vody na paru nazývame vyparovanie. Nastáva z voľného povrchu kvapaliny pri každej teplote, pričom najrýchlejšie molekuly dokážu z kvapaliny uniknúť a v priestore nad ňou vytvoriť paru.

Celkový tlak plynov nad kvapalným povrchom tvorí tlak pár a ostatných zložiek vzduchu. Napríklad tlak vodných pár pri normálnom atmosférickom tlaku (101,3 kPa) je 3167,7 Pa pri teplote 25°C, pri teplote 50°C je 12334 Pa a pri 90°C dosahuje hodnotu 70095 Pa.

Pri zohrievaní kvapaliny sa začnú tvoriť bublinky pary aj v jej vnútri po dosiahnutí určitej teploty. Tie zväčšujú objem a vystupujú na voľný povrchu kvapaliny.

Ak sa tlak pár vo vnútri bublín vyrovná tlaku nad kvapalným povrchom nastane var. Teplota, pri ktorej kvapalina vrie, sa nazýva teplota varu a jej hodnota sa počas varu nemení.

Pri normálnom tlaku vrie voda pri 100°C (normálna teplota varu vody).

Teplota varu a tlak

Teplota varu vody závisí od tlaku, čo vyplýva aj z grafickej závislosti na obr.1. Pri zníženom tlaku voda vrie pri nižšej teplote. Naopak pri vyššom tlaku, voda vrie pri vyššej teplote. Napríklad pri tlaku 19,9 kPa je teplota varu vody 60°C, pri tlaku 198,5 kPa vrie pri 120°C.

Pre úzky interval hodnôt tlakov (90 - 107 kPa) je možné závislosť teploty vary vody vyjadriť rovnicout (°C) = 71,6 + (7/25).p (kPa),v tomto rozsahu tlakov je závislosť teploty približne lineárna (obr.2).

Závislosť teploty varu vody od tlaku

Na video-experimente je pohár s vodou umiestnený vo vákuovom zvone. Teplota vody je 42°C a tlak okolia 100 kPa, čo je približne hodnota normálneho tlaku, pri ktorom voda vrie pri 100°C. Zmenou tlaku v vákuovom zvone (vývevou sa vysaje vzduch), klesne tlak na hodnotu 40 kPa, tým klesne teplota varu vody v pohári. Voda v pohári začne vrieť už pri teplote 41,6°C.

Na Lomnickom štíte voda zovrie už pri približne deväťdesiatich stupňoch Celzia, môže za to nízky tlak vzduchu. Zo zväčšujúcou sa nadmorskou výškou, vzduch sa stáva redším, a tým klesá aj jeho tlak.

Klasická zalievaná káva, by sa mala zalievať vriacou vodou teploty 100°C. Nižšia teplota varu vody, preto ovplyvní kvalitu a chuť zalievanej kávy. Súčasne môže vplývať na var niektorých jedál, ktoré na uvarenie potrebujú viac tepla, ako to, ktoré vznikne pri 90°C.

Preto na astronomickom observatóriu na prípravu jedál používajú tlakové hrnce, v ktorých je tlak nasýtených pár väčší ako atmosférický tlak.

Vplyv soli na teplotu varu

Soľ v skutočnosti vedie k presnému opaku a zvyšuje bod varu. Prekáža totiž molekulám vody v pohybe. Nejde ale o markantný rozdiel. Lyžička soli v hrnci vody zapríčiní, že voda začne vrieť o zhruba sekundu neskôr.

Výrazne urýchliť varenie vody môže soľ len v extrémnych prípadoch. Predstavme si situáciu, keď do jedného hrnca nalejeme 100 g vody a do druhého 80 g vody do ktorej nasypeme 20 g soli. Čas potrebný na uvarenie vody v druhom hrnci bude o 25 % kratší. Dôvod je jednoduchý. Tento hrniec obsahuje menej vody, ktorá má vyšší bod varu ako soľ.

Ako správne variť cestoviny

Vodu z cestovín väčšina ľudí vylieva, no práve ona rozhoduje o tom, či bude omáčka krémová a chutná. Tá zakalená voda, ktorá zostane v hrnci po uvarení špagiet alebo penne, dokáže z obyčajnej omáčky spraviť jedlo, ktoré chutí ako z reštaurácie. Za všetkým stojí fyzika, chémia a jeden nenápadný hrdina menom škrob.

Keď cestoviny varíš, z múky, z ktorej sú vyrobené, sa do vody uvoľňuje škrob. Škrob sa pri zahriatí správa zvláštne. Nasaje vodu, napučí a vytvorí jemnú sieť molekúl. Čím viac vody použiješ, tým viac sa škrob zriedi. Ak cestoviny varíš v mierne menšom množstve vody, koncentrácia škrobu je vyššia. Voda je hustejšia, silnejšia a pri spojení s omáčkou funguje lepšie.

Škrob robí niečo geniálne jednoduché. Obalí drobné kvapky tuku a nedovolí im, aby sa zlepili dokopy. Vznikne tak emulzia, teda stabilná zmes vody a tuku. Aby sa tuk, voda a škrob spojili, potrebuješ dve veci. Teplo a pohyb. Omáčka musí byť horúca a cestoviny v nej musíš aktívne miešať alebo prehadzovať. Preto šéfkuchári na panvici neustále krútia, miešajú a prehadzujú cestoviny. Tento proces má dokonca názov. Dokončenie cestovín v omáčke aktívnym miešaním.

Škrobová voda vytvorí jemne lepkavý povrch, vďaka ktorému sa omáčka na cestoviny doslova prilepí. Predtým, než cestoviny scedíš, odober si hrnček vody z hrnca. Pridaj trochu škrobovej vody, zapni mierny oheň a začni miešať alebo prehadzovať. Sleduj, ako sa omáčka mení. Hustne, leskne sa a drží pokope. Ak treba, pridaj ešte trochu vody.

Experimenty a domáce bádania

Preskúmaj, aký vplyv má použitie pokrievky na dobu, ktorá je potrebná na to, aby sa voda v hrnci začala variť.
Pusť rúru na najnižšiu teplotu (minimálne 40 C °, maximálne 50 C °). Daj do nej kovovú naberačku a drevenú varešku (najlepšie oboje približne rovnako veľké). Ktorá z oboch predmetov bude po 15 minútach teplejšie? Ktorý sa nám bude zdať teplejšie?

Otázky na zamyslenie

Ako sa mení teplota kvapaliny dodávaním tepla pri jej vare?
Uveďte, ako sa mení teplota varu vody so zmenou vonkajšieho tlaku.
Vysvetlite, za akých podmienok môže voda vrieť už pri izbovej teplote.
Vysvetlite, prečo sa vo vysokých horách nedá uvariť fazuľa?
Prečo sa stáva, že obsah hrnca niekedy vyvrie?

Atmosférický tlak a bod varu

tags: #prečo #sa #voda #varí #v #hrnci