| Nahlásit

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?
Témata: fyzika
Diskuze
(Upr. 28.07.2014 10:27) | Nahlásit
Trochu dost otázek najednou. Ale dobře. Nejprve trochu teorie:
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.
| Nahlásit
To byla problematika papiňáku. Teď k tomu vaření - tepelné úpravě potravin. V principu jde o to, ohřát potravinu na vhodnou teplotu tak, aby se stala stravitelnější a zlepšily se i její chuťové vlastnosti. Je to možné několika způsoby:
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.
(Upr. 28.07.2014 13:41) | Nahlásit
ad 1) Ale proč tomu tak je? Proč se ten bod varu posune výše?

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).
| Nahlásit
Obávám se, že ad 1 a 2 není záležitostí expanze plynu, ale fázové přeměny. Stavová rovnice platí jenom pro ideální plyn! Proto ji nelze aplikovat na rovnováhu v soustavě kapalina - pára. Na výpočet tenze vodní páry nad vodou existuje několik přibližných vztahů (ale žádný z nich nemám právě po ruce). Navíc pára v blízkosti bodu kondenzace se chováním velmi liší od ideálního plynu.
| Nahlásit
ve své odpovědi několikrát zmiňujete "parciální tlak" vody v tlakovém hrnci. I s poznámkou že s tím jak vzduch odchází ventilem, teplota v hrnci "poněkud" stoupá. Myslím, že rozdíl teplot (pokud v hrnci je vzduch nebo není) je př daném tlaku docela značný. V žádném návodu na tlakový hrnec se ale o "falešném vzduchu" uvnitř nemluví. Jak ale veškerý vzduch dostat z hrnce ven, když je těžší než vodní pára
| Nahlásit
ve své odpovědi několikrát zmiňujete "parciální tlak" vody v tlakovém hrnci. I s poznámkou že s tím jak vzduch odchází ventilem, teplota v hrnci "poněkud" stoupá. Myslím, že rozdíl teplot (pokud v hrnci je vzduch nebo není) je př daném tlaku docela značný. V žádném návodu na tlakový hrnec se ale o "falešném vzduchu" uvnitř nemluví. Jak ale veškerý vzduch dostat z hrnce ven, když je těžší než vodní pára
| Nahlásit
Pokud se nebude míchat vzduch s parou, uvolňovanou varem, skutečně teplota v papiňáku neporoste. To je ale málo pravděpodobné. Především aspoň částečné promíchání zajistí difuze, a kromě toho se pára z vroucí kapaliny uvolňuje ve formě bublin, tedy nerovnoměrně a tím klíčovou vrstvu plynu, přilehlou k hladině kapaliny, účinně promíchává.
(Upr. 03.03.2015 10:01) | Nahlásit
ad 1) ano rovnice ideálního plynu platí pro plyn, ale popisuje (přibližně) i chování reálných plynů a přehřátá pára plyn je. Takže pokud vzroste teplota, vzroste tlak páry. Tlak páry nad kapalinou způsobuje to, že voda vře při vyšší teplotě než 100°C a naopak pokud budeme vařit vodu v horách, bude vařit dříve (při nižší teplotě) než při 100°C takže se bude vařit (začne vařit) jak bylo řečeno "dříve".

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.
| Nahlásit
Máš to trochu popletené. Tlak plynu nad kapalinou ničemu nebrání. Parciální tlak páry nad kapalinou je vlastně koncentrace molekul páry ve vrstvě, která je v kontaktu s kapalinou. Část těchto molekul se pohybuje směrem ke kapalině a proniká do ní (kondenzuje). Část molekul v kapalině se pohybuje ve směru k hladině a má dostatečnou kinetickou energii k tomu aby překonala přitažlivé síly ostatních molekul v kapalné fázi a kapalinu opustila. Máme tedy dva pochody - kondenzaci, která je ovlivněná jen koncentrací molekul nad hladinou, a vypařování, které je závislé jen na teplotě kapaliny. V rovnováze mají oba pochody stejnou rychlost. Zvýší-li se teplota kaúpaliny, zvýší se počet molekul, které kapalinu opouštějí. Následně se zvýší koncentrace molekul (kapaliny) nad hladinou - parciální tlak páry, a systém se opět dostane do rovnováhy. Přítomnost cizího plynu nad hladinou kapaliny jen "ředí" páru, takže celkový tlak je vyšší.
(Upr. 15.04.2017 22:25) | Nahlásit
No, ale zde se píše, že var je závislý na tlaku nad kapalinou a nad kapalinou je už jen plyn (a vzduch i pára to jsou plyny).

http://cs.wikipedia.org/wiki/Var
isochorický děj
isochorický děj
| Nahlásit
Var je stav, kdy se pára vyvíjí uvnitř kapaliny, většinou tam, kde je kapalina ve styku s teplosměnnou plochou. Uvnitř bubliny je tlak samozřejmě závislý na celkovém tlaku nad hladinou a hydrostatickém tlaku sloupce kapaliny. Na příklad v průmyslových odparkách se topné výměníky umisťují pod vlastní výparníky, o 5-10m níž. Tím se dosáhne toho, že vývin páry probíhá až v nádobě nad výměníkem a zachová se tak vysoký tepelný výkon výměníku. Z tohoto pohledu je ale papiňák trochu vyjímečný. Jeho úsporná funkce spočívá v dosažení vyšší teploty jen s minimálním varem kapaliny, takovým, který zajistí jen potřebný přetlak (papiňák jen občas odfoukne). Zvýšený přívod tepla už výrazněji teplotu nezvýší.
| Nahlásit
Ahoj, náhodou jsem narazila na tuto diskuzi a klobouk dolů za skvělé odpovědi. Tady nabízím k přečtení hezký článek proč a jak vařit v tlak. hrnci třeba se někomu zalíbí,i když není na takové odborné úrovni: https://www.dommo.cz/Magazin/Clanky/Proc-a-jak-varit-v-tlakovych-hrncich
 Anonym
Odpovídat lze i bez registrace. Dodržujte pravidla Ontoly
Vložit: Obrázek