物理学者は、鍋の中央で食べ物が燃えていることを説明します

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物理学者は、鍋の中央で食べ物が燃えていることを説明します
物理学者は、鍋の中央で食べ物が燃えていることを説明します
Anonim
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ロシアとチェコの物理学者は、加熱中にフライパンの中央で食品を燃焼させるプロセスを研究しました。中央からの油の流出速度は、硬い表面に落ちる液滴の広がり速度によって非常に正確に表されます。熱毛管対流がこの効果の原因でした-マランゴニ効果の例:温度勾配は、鍋の中央と境界の表面張力の違いにつながります。これを避けるために、著者はより多くの油または均一に温める鍋を使用することをお勧めします。この記事は、PhysicsofFluids誌に掲載されました。

多くの人が焦げ付き防止のテフロンパンを使用していますが、その話は誤ってブログで取り上げました。テフロンは疎水性のため、水に濡れないため、調理中の食品が表面に付着しません。今日、他の疎水性非ポリマーコーティングがあります:例えば、陽極酸化アルミニウム、二酸化ケイ素またはチタンで作られたセラミックコーティング。しかし、焦げ付き防止の鍋でも食品が焦げることがあり、これは鍋の中央で起こることがよくあります。鍋が熱くなると、油が鍋の中央から端に流れ、ドライスポットを形成します。

液膜は、回転式および管状の蒸留塔、スクラバー、電子冷却システムにも見られます。これらのシステムでもドライスポットが発生する可能性があります。これにより、局所的な過熱または質量と熱伝達の中断が発生する可能性があります。したがって、問題の原因と考えられる解決策を確立することは、重要な技術的課題です。

チェコ科学アカデミーの熱力学研究所とA.I.にちなんで名付けられた熱物理学研究所のAlexanderFedorchenkoとJanHruby NS。クタテラーゼ。彼らはひまわり油をフライパンに塗り、それが加熱された焦げ付き防止のフライパンの上に広がるのを見ました。鍋の中央にドライスポットが形成される速度は毎秒5.5センチメートルであり、表面に落下する液滴の拡散速度の理論的に計算された値(毎秒5.3センチメートル)と高精度で一致します。

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ドライスポットの外観

流れる薄膜が定常状態で破損する理由は、集中または熱毛細管対流です。このプロセスは、毛細血管のマランゴニ効果に基づいています。これは、「ワインの涙」と「コーヒーの染み」の原因となるのと同じ効果です。液体が流れる場合、表面エネルギー勾配により、フィルムの自由表面が大きく変形します。流れる液膜のナビエ・ストークス方程式を解くことで、著者らはプロファイルの式を取得しました。

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5度の温度差での液膜波形プロファイル

膜厚が臨界値よりも小さくなると、破裂が発生します。溶液の助けを借りて、温度分布がわかっている場合にどこで破裂が発生するかを見つけることができます。ドライスポットの形成の観点から、フィルムの変形の深さだけでなく、結果として生じる窩のサイズも重要です。それが毛細血管の長さよりも短い場合、変形した表面が復元されます。破裂することはありません。

したがって、著者らは、熱毛管対流により、焦げ付き防止の鍋でも、濡れの悪い液体と同様に、最高温度が観測される中心から最低温度の端に油が流れる可能性があることを示しました。これを避けるために、著者は、油の量を増やすか、鍋の加熱を均等にするか(たとえば、底が厚い鍋を使用する)、または単に食べ物をより頻繁にかき混ぜることをお勧めします。

マランゴニ効果は、周囲の現象で観察できるだけでなく、使用されます。たとえば、数年前、物理学者のグループが、水溶性のイソプロパノールの滴の広がりを研究しました。このような液滴の組成と表面張力を変えることにより、著者らは水面を効果的に洗浄するためのマランゴニ流を得ることができました。

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