Физика повседневности. От мыльных пузырей до квантовых технологий

5. Температура воды в зависимости от расстояния до дна чайника во время кипения при атмосферном давлении. Температура пара составляет 100 °C, что соответствует равновесию газовой и жидкой фаз. Температура воды в объеме чайника близка к 100,4 °C, за исключением области вблизи дна, где она приближается к 110 °C. Температура на дне чайника зависит от интенсивности источника тепла

Вода при кипении чайника перегревается!

Для того чтобы контролировать условия проводимых экспериментов, физики любят использовать сосуды, такие как калориметры, в которых температура постоянна. Поварам же хорошо известно, что в их кастрюлях и духовках такое случается редко… Вода, которая находится у дна чайника, в непосредственном контакте с источником тепла, очевидно, всегда горячее, чем на поверхности. Как уже говорилось, это особенно характерно до закипания, но ситуация сохраняется и во время кипения (илл. 5). Примечательно, что весь объем воды в процессе кипения чайника имеет температуру выше 100 °C, а сама жидкость пребывает в так называемом неравновесном состоянии. Поэтому поднимающиеся снизу пузырьки пара, приближаясь к поверхности, увеличиваются в объеме – в них дополнительно испаряется перегретая вода. И даже после выключения источника тепла вода некоторое время продолжает кипеть. Зальем же воду в заварочный чайник через заполненное чаем ситечко и дадим чаю настояться.

Как подавать чай

Пока чай настаивается, решим, куда его разливать. В некоторых восточных странах традиционным фарфоровым чашкам предпочитают маленькие пиалы. Эти чаши без ручки – вероятно, наследие кочевых племен из Азии – легко хранить, к тому же они менее хрупкие. Еще одно их преимущество – расширяющаяся форма способствует охлаждению поверхности напитка (поскольку больше площадь контакта с окружающим воздухом), что позволяет не обжечься при поднесении пиалы к губам. В Азербайджане стаканчики армуду («груша») также расширяются кверху. Основная же, нижняя, часть сосуда сохраняет напиток горячим: ее сферическая форма минимизирует отношение поверхности к объему, следовательно, минимизирует и охлаждение, которое происходит у поверхности. Популярность же керамических цилиндрических чашек, вероятно, объясняется тем, что их легче производить… и персонализировать при помощи разнообразных расцветок!

Глава 16

Физика на кухне

Шеф-повара былых времен готовили блюда самыми простыми способами. Сегодня же в распоряжении кулинаров целый арсенал электрических приборов с многостраничными руководствами по эксплуатации… и принцип их работы, скорее всего, представляется туманным большинству пользователей! Опишем физику, которая переполняет современные кухни.

Традиционные методы нагрева

День, когда доисторический человек научился добывать огонь, ознаменовал начало новой эры. Огонь дал возможность обрабатывать металлы, а значит… строить автомобили и слетать на Луну! И – что, по мнению некоторых людей, куда важнее, – огонь освободил человека от необходимости есть сырые овощи и мясо. Развитие цивилизации сопровождалось эволюцией кулинарных методов. Многие гурманы сказали бы, что символом цивилизации можно считать правильно прожаренный стейк!

На протяжении веков связь между огнем и пищей менялась, точнее сказать, обогащалась новыми методами; однако фундаментальный процесс, лежащий в основе приготовления пищи, всегда оставался неизменным. Костер, на котором жарилось мясо мамонта, сначала сменился семейным очагом в камине, затем дровяной (илл. 1) или угольной плитой, позднее им на смену пришла газовая плита, и наконец, с пришествием на кухни ХХ века электричества, появились электрические плиты, в ХХI их сменяют индукционные…

Чугунные электрические плиты

Первые электрические плиты имели чугунные конфорки, в которые была встроена электрическая цепь. Конфорки нагревались благодаря эффекту Джоуля – Ленца, который заключается в выделении тепла при протекании по проводнику электрического тока. Именно на этом эффекте основана работа электрических обогревателей и тостеров. Если в качестве проводника выступает очень тонкий провод, то он может нагреваться столь сильно, что станет излучать свет. Это свойство используется в работе ламп накаливания, в которых вольфрамовая нить нагревается более чем до 2000 °C (см. главу 7, «От абсолютно черного тела к звездам»).