vaření v tlakové hrnci - otázky
Mám tak trochu chaos v tom, jak funguje tlakový hrnec. Prosím, odpovězte mi na pár, pro vás asi zřejmých otázek, abych porozuměl.
Když vaříte v běžném hrnci, tak se prostě nedostanete dál než za 100°C, neboť se voda začne vypařovat.
Základní myšlenkou je, že běžný bod varu vody se posune výš, pokud je vystavena vyššímu tlaku než je tlak atmosférický. To se tedy děje v tlakovém hrnci.
1) Ale proč tomu tak je? Proč se ten bod varu posune výše?
2) Kde se v tlakači nabere větší tlak, než v okolní atmosféře? Je to dáno zahříváním toho vzduchu uvnitř?
Dále teda vaříte v tlakovém hrnci a dostanete se někde za stovku, ale při vyšším tlaku.
2) Voda je v tuto chvíli tedy stále v kapalném skupenství?
Vaříte dále. Dostanete se na bod varu za daného tlaku, dejme tomu 120°C.
4) Co se děje s vodou nyní? Konečně se přeměňuje na páru?
Přemění se veškerá, nebo tam nějaká voda ještě normálně zůstane? Co ohřívá to maso v tlakáči? Ta pára, nebo to voda?
5) Proč se vůbec k vaření pořád používá voda?
6) Když dáte do tlakového hrnce polystyrénový kelímek, tak by měl nejprve expandovat, ale poté se razantně zcfrknout. Proč?
Když vaříte v běžném hrnci, tak se prostě nedostanete dál než za 100°C, neboť se voda začne vypařovat.
Základní myšlenkou je, že běžný bod varu vody se posune výš, pokud je vystavena vyššímu tlaku než je tlak atmosférický. To se tedy děje v tlakovém hrnci.
1) Ale proč tomu tak je? Proč se ten bod varu posune výše?
2) Kde se v tlakači nabere větší tlak, než v okolní atmosféře? Je to dáno zahříváním toho vzduchu uvnitř?
Dále teda vaříte v tlakovém hrnci a dostanete se někde za stovku, ale při vyšším tlaku.
2) Voda je v tuto chvíli tedy stále v kapalném skupenství?
Vaříte dále. Dostanete se na bod varu za daného tlaku, dejme tomu 120°C.
4) Co se děje s vodou nyní? Konečně se přeměňuje na páru?
Přemění se veškerá, nebo tam nějaká voda ještě normálně zůstane? Co ohřívá to maso v tlakáči? Ta pára, nebo to voda?
5) Proč se vůbec k vaření pořád používá voda?
6) Když dáte do tlakového hrnce polystyrénový kelímek, tak by měl nejprve expandovat, ale poté se razantně zcfrknout. Proč?
Odpovědi
Diskuze
Voda běžně existuje ve třech skupenstvích - pevném, kapalném a plynném. Pevné skupenství - led - existuje při teplotách nižších než 273,15K = 0°C. S rostoucím tlakem tato teplotní mez velmi nepatrně klesá. Od této teploty existuje kapalná voda, v závislosti na tlaku. A při teplotách vyšších než asi 220K = -55°C existuje plynná voda (vodní pára), opět v závislosti na tlaku. Jediná teplta, kdy existují všechny tři fáze vody současně, je t.zv. trojný bod vody,určený teplotou 273,16K a tlakem 611Pa. Tento tlak by při dané teplotě měla vodní pára nad hladinou vody, pokud by nad hladinou byla jen čistá vodní pára. Pokud je nad hladinou vody i jiný plyn - třeba vzduch, je to tak zvaná "tenze páry". Podíl celkového tlaku, připadající na vodní páru se nazývá parciální (= dílčí) tlak páry. Bod varu kterékoliv kapaliny je definován jako teplota, při které tenze páry nad hladinou kapaliny dosáhne okolního tlaku. Je tedy jasné, že bod varu závisí na tlaku. Čím nižší okolní tlak (Sněžka, nebo extrémně Everest), tím nižší bod varu vody. Voda vře při 100°C za tlaku 101325Pa (101kPa), což je relativně vysoký tlak. Pokud budeme zahřívat led, dejme tomu o teplotě -5°C, poroste jeho teplota úměrně dodanému teplu. V okamžiku, kdy teplota dosáhne bodu tání - 0°C - se růst teploty zastaví a led se bude přeměňovat na kapalinu. Teprve, až se veškerý led přemění na kapalinu dodáním potřebného množství tepla, se začne teplota, nyní kapaliny, opět zvyšovat. Bude se zvyšovat tak dlouho úměrně dodanému teplu, dokud nezačne vřít. Pak se nárůst teploty zastaví a nebude růst, dokud se veškerá voda nepřemění na páru. Takhle by náš pokus probíhal za stálého tlaku.
Další pokus provedeme jinak: Vložíme kus ledu do papiňáku, vyčerpáme z něj vzduch a ohřejeme na 0°C. Tlak v papiňáku bude 611Pa a led se začne měnit na vodu. Tlak ani teplota v papiňáku neporostou, dokud všechen led neroztaje. Pak se začne pomalu zvyšovat tlak i teplota. Maximální tlak v papiňáku - tenze páry - poroste, dokud nedosáhne hodnoty, která převýší nejen atmosférický tlak, ale i hodnotu, která je potřebná k otevření pojistného ventilu (závažíčka nebo pružiny). Pak začne pára unikat a voda bude vřít. Když teď omezíme přívod tepla, bude se teplota v hrnci udržovat na stálé hodnotě a dodané teplo se bude spotřebovávat na vznik uniklé páry.
Pokud bychom z hrnce na počátku neodstranili vzduch, voda by začala vřít o něco dřív a pojišťovacím ventilem by unikala směs páry a vzduchu. Jak by klesal podíl vzduchu v plynech v hrnci, rostla by poněkud teplota do té doby, dokud by v hrnci nad hladinou vody nebyla prakticky čistá pára. Pak by se růst teploty zastavil.
Sáláním - gril, pečení. Povrchová teplota se poměrně rychle zvýší na vyšší teplotu, od ní se ohřívá vnitřní část potraviny. Je možné použít jen krátkou dobu, povrchová vrstva by se přehřála (spálila).
Pečení, dušení - potravina se ohřívá především horkým vzduchem nebo parou. Je možné použít vyšší teplotu. Ohřev je rovnoměrnější než u grilování, i teploty jsou o něco nižší. Dušení je možné dokončit v otevřené nádobě, kdy se pak výsledek přiblíží grilování.
Vaření - potravina se ohřívá rovnoměrně, úprava probíhá při nižší teplotě okolo 100°C. Klesá riziko spálení, z potraviny se mohou vyluhovat některé látky. Ty mohou být chuťově nepříjemné - vývar odstaníme, nebo naopak hlavním důvodem vaření (polévka).
Když dáš do papiňáku brambory bez vody, bude jejich spodní strana spálená a nahoře budou syrové. Voda zajistí přenos tepla z ohřívaného dna na celou bramboru.
A nakonec ten kelímek. Nevím proč by měl expandovat. Rozhodně se v papiňáku s vodou zbortí a případně až roztaví, nejspíš na hladině vody bude placka roztaveného polystyrenu. Samozřejmě pokud bude teplota v papiňáku dostatečně vysoká.
rovnice ideálního plynu: p*V=n*R*T
V=V0 - kost. objem hrnce je konstantní
potom:
p*V0=n*R*T
konst=(n*R/V0)
p=konst*T
=========
z toho plyne, že tím vyšší teplota, tím vyšší tlak a naopak tím vyšší tlak, tím vyšší teplota (při isochorickém ději - konstantní objem)
ad 2) tlak se zvýší, protože roste teplota podle vzorce: p=konst*T
papiňák má však tlakový ventil, protože kdyby neodpouštěl tlak páry došlo by k roztržený hrnce
ad 5) ještě bych přidal mikrovlnný ohřev, v mikrovlnce se dá nejen ohřívat, ale i vařit.
ad 6) vyrábějí se i kelímky z pěnového polystyrénu (podobně jako vaničky na maso nebo na cukrovinky), ty mohou expandovat snížením tlaku (vývěva, pod recipientem) V papiňáku by mohl expandovat, kdyby se uvnitř vytvořil var a pak by se celý papiňák prudce ochladil vodou (to se dělá běžně před jeho otevřením) Uvnitř dojde ke snížení tlaku, "vakuu" (vakuaci) a tím by měl polystyrén expandovat (v bublinkách pěnového PS je uzavřený plyn už z výroby).
Tlak nad kapalinou způsobuje vlastně to, že brání uvolňování molekulám vody z kapaliny nad hladinu. A naopak snížením tlaku na vakuum se začne voda vařit i při nízkých teplotách. To je ten parciální tlak, který drží molekuly vody uvnitř kapaliny.
ad 2) tlak roste protože pára v hrnci přibližně ctí rovnici ideálního plynu
PS: Jako děti jsme házeli prázdné uzavřené plechovky do ohně a ty vybuchovaly, je to právě to stejné: izochorický děj, nárůst tlaku v uzavřeném objemu, expanze plynu a roztržení plechovky s efektním akustickým doprovodem - fyzika v praxi.
http://cs.wikipedia.org/wiki/Var