Андрей Варламов - Физика повседневности. От мыльных пузырей до квантовых технологий

Ее крышка герметично закрывается, что позволяет предотвратить выход образующегося водяного пара. По мере того как он накапливается под крышкой, давление в кастрюле превышает атмосферное, а потому растет и температура кипящей воды. Чтобы не произошел взрыв, когда давление достигает определенного порога, порядка 2⋅10 5паскалей (Па), открывается клапан. Температура в такой кастрюле достигает 120 °C, что позволяет готовить значительно быстрее, чем в обычной. Использование скороварки требует некоторых мер предосторожности: прежде чем снимать крышку после приготовления пищи, надо обдать кастрюлю холодной водой, а затем постепенно открывать клапан так, чтобы не ошпариться горячей струей пара. Дело в том, что при резком спаде давления до атмосферного вода температуры 120 °C начинает бурно кипеть! Кроме того, следует избегать приготовления пищи, которая может забить клапан.

Скороварка экономит энергию при любых обстоятельствах, но особенно она полезна на высоте, когда приготовить пищу в обычной кастрюле трудно. На вершине горы Эверест, где давление составляет всего 3,5⋅10 4Па, вода закипает уже при 70 °C!

Кстати, напомним, что общепринятая единица измерения давления называется паскалем – в честь Блеза Паскаля (1623–1662). Этот французский философ и ученый первым доказал, что атмосферное давление на вершине горы ниже, чем на равнине; он показал, что атмосферное давление в определенном месте связано с весом «столба» воздуха, который возвышается над ним. Эксперимент был сравнительно трудным: на высоте почти 1500 м пришлось перевозить ртутный барометр, достаточно громоздкое устройство, которое недавно было изобретено итальянцем Торричелли (см. илл.).

Скороварка. Образующийся при нагревании воды пар не может покинуть емкость, пока давление не достигнет определенного значения, регулируемого клапаном. Это приводит к тому, что температура в скороварке устанавливается порядка 120 °C, что значительно выше, чем в обычной кастрюле

Исторический опыт измерения атмосферного давления в горах, в департаменте Пюи-де-Дом, Франция, гравюра XIX века. 19 сентября 1648 года зять Паскаля отметил высоту столба ртути в трубке барометра и сравнил ее с высотой столба, измеренной гораздо ниже, в городе Клермон-Ферран

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

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.

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!