Книга Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами - Крис Вудфорд

Приготовление пищи в духовке

За миллионы лет с того времени, когда наши доисторические предки готовили кабана на вертеле над костром, до приготовления семейного воскресного обеда в конвекционной духовке принципиально ничего не изменилось. В духовке используются все три способа передачи тепла: теплопередача, конвекция и излучение. Если в духовке есть металлические тэны (трубчатые электронагреватели), при их разогреве начинается процесс конвекции: горячий воздух перемешивается внутри. В процессе теплопередачи этот воздух разогревает находящийся в духовке пищевой продукт. Некоторое количество тепла попадает на него непосредственно от разогретых докрасна тэнов (если они открыты), часть поступает от поддона и стенок духовки. Конвекционные духовки готовят быстрее за счет более активного воздухообмена в горячей зоне.

Приготовление пищи на плите

Когда мы варим суп в кастрюльке, то пользуемся принципом конвекции. Сама кастрюлька разогревается в результате теплопередачи. Изначально она нагревает суп тоже путем теплопередачи. Густой слой жидкости на дне расширяется и становится жиже. Это заставляет его всплывать вверх и «включает» конвейерную ленту конвекции: теплые слои (с большей энергией) поднимаются, опуская вниз холодные. В итоге вся жидкость в кастрюльке равномерно разогревается.

Если вы не будете помешивать жидкость в кастрюле, то могут произойти две вещи. Часть супа внизу, около дна, может прилипнуть к нему и подгореть в результате активной теплопередачи. Она также создаст теплоизолирующий слой между огнем, днищем кастрюльки и более холодным верхним слоем, подавляя конвекцию или вовсе останавливая ее. Этим объясняется то, что у вас может подгореть нижний слой супа у дна кастрюли, а верхний при этом останется холодным. Если вы присмотритесь к процессу конвекции в кастрюльке, то иногда сможете увидеть много независимых точек кипения на поверхности. Там ваш суп (или что вы варите) поднимается наверх и опускается вниз. Каждое такое место – маленький вертикальный конвейер поднимающихся теплых и опускающихся холодных слоев. Этот эффект называется конвективными ячейками Рэлея – Бенара. Если у ваших любимых кастрюлек есть на днище узор, он может стать причиной возникновения ячеек конвекции. Узоры активизируют процесс и, по моим наблюдениям, делают такие ячейки заметными, особенно когда я готовлю рис или вермишель на большом огне.

Микроволновые печи

Главный недостаток любой плиты, в том числе конвекционной, в том, что она должна создать достаточно высокую температуру, чтобы приготовить ужин. Микроволновые печи гораздо быстрее и удобнее, потому что используют в своей работе сверхвысокочастотное (СВЧ), то есть микроволновое, излучение. В них алюминиевому контейнеру с едой для разогрева не нужно проводить полчаса в какой-то горячей зоне.

Как работает микроволновка? Энергия микроволн заставляет молекулы воды, содержащиеся в пище, колебаться быстрее. А поскольку при их колебаниях создается тепло, оно может сообщаться продуктам, которые вам необходимо приготовить. Часто говорят, что в микроволновках процесс приготовления пищи идет «изнутри», но это не совсем верно. Да, микроволны быстрее готовят пищу, в которой есть вода. Черствый кусок яблочного пирога будет разогреваться от центра к краю просто потому, что в центре он более влажный. Что-то более однородное, например кусок мяса, будет разогреваться более ровно и по направлению внутрь. Внешняя часть будет нагреваться и отдаст свое тепло внутрь в процессе теплопередачи, как в обычной духовке.

Инфракрасные грили и галогеновые жаровни

Грили и инфракрасные жаровни, которые разогреваются докрасна, переносят тепло в основном за счет излучения, как и гудящие костры в летних лагерях. Поэтому грили могут располагаться над кусками свинины и тостами с сыром и эффективно разогревать их, хотя большая часть их энергии вообще не попадает на объект приготовления (уходя вверх и вниз от него). Галогеновые лампы готовят еду с помощью инфракрасного излучения. Эффект нагревания появляется от них очень быстро, как от газовой горелки. В отличие от электрической плиты, их разогрева долго ждать не нужно. Но стекло галогеновой лампы тоже становится очень горячим, так что здесь тоже имеет место некоторая теплопередача.

Индукционные плиты

В индукционных плитах используется самый продвинутый в научном смысле способ приготовления пищи. В отличие от других технологий, они не создают непосредственного тепла. Они обеспечивают переменное электромагнитное поле в металлическом корпусе обычной кастрюли или сковородки. Оно создает токи, которые называются вихревыми (токами Фуко). В отличие от обычного тока вихревые никуда не текут. Они вращаются вокруг внутренней кристаллической решетки металлической посуды, преобразуя электромагнитную энергию в тепло. При этом разогревается сама кастрюля или сковородка. Недостаток этой технологии в том, что посуда для приготовления пищи должна быть обязательно металлической, чтобы на нее воздействовало магнитное поле. Алюминиевая не подойдет: алюминий – немагнитный металл.

▲ Три популярных способа приготовления еды. Обычная духовка работает преимущественно на принципе конвекции. В микроволновой печи используются микроволны (СВЧ-излучение), которые генерирует источник, называемый магнетрон. Он разогревает содержащиеся в пищевых продуктах молекулы воды, которые начинают колебаться под воздействием микроволн. Индукционная плита создает невидимый гигантский магнит, в котором циркулируют вихревые токи, разогревающие саму кастрюлю или сковороду, где готовится еда.

Таблетка с энергией?

Если ужины для вас – целая драма, а чаи наскучили, если в обед вы зеваете и находите всё это жевательное мероприятие утомительным, наверное, вы ждете того дня, когда сможете одним махом проглотить энергетическую таблетку, которая даст вам сил на целый день.

Насколько это реально? Обычные таблетки витаминно-минеральных комплексов типа A – Z имеет массу примерно 1,5 г. Наша дневная потребность в энергии составляет 2500 ккал, или 10 500 кДж (10,5 мДж). 666 таких таблеток, которые обладают массой почти 1 кг, дали бы нам 666 × 10,5 = 7000 мДж энергии.

Какова энергоемкость килограмма других существующих на земле веществ? В главе 5 показана энергонасыщенность других материалов. Первое место среди них занимает водород. Но он имеет энергоемкость всего 140 мДж/кг. Даже у бензина этот показатель составляет только 50 мДж. Так что сейчас шансы на то, что кто-то создаст вещество в 100 раз более энергоемкое, чем бензин, практически нулевые[250].

Глава 15. Как всё в мире перемешано

Из этой главы вы узнаете…

Как правильно и неправильно помешивать чай.