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餃子裡有大科學!煮熟的餃子又能有怎樣的奧秘呢?

2022-12-02由 田然博士 發表于 畜牧業

怎樣觀察熱的傳遞方向

你有從科普的角度來仔細認真地觀察過餃子嗎?比如說餃子在煮熟了的時候,它為什麼會從鍋底浮上水面呢?當你一不小心碰過它以後,它又會靜悄悄地沉下去呢?以及如果你一直不管在鍋中漂浮著的餃子的話,餃子它為什麼又會不小心沉下去呢?

可別小看這些生活中日常特別常見的、有趣的小現象。往往在這些小的現象當中,我們能夠發現許許多多科學奧秘。

就像曾經的牛頓一樣,他只不過是觀察到蘋果會從樹上墜落下來這麼一件小小的事情而已。卻就從這樣一個小小的事件當中,牛頓用他聰明的大腦推算出了著名的物理學定理,並且影響了世界幾百年,至今大家都還在學習由牛頓完善出來的經典力學知識。

餃子裡有大科學!煮熟的餃子又能有怎樣的奧秘呢?

回到我們最開始講的餃子的故事上來。那麼從餃子起起伏伏的這一個過程當中,我們能收穫一些什麼樣的科學知識呢?

讓我們仔細觀察餃子在加熱的時候,它會有一些什麼樣的反應。原本白皙不透明且不帶有光澤的餃子皮在水中逐漸加熱,直到變化為半透明狀。

在這個過程當中,我們可以總結出水的能量傳遞進了餃子皮。而加熱水的能量又經過盛放水的鍋具。但鍋具並不是最直接的熱量來源,它來自我們的爐灶裡邊經過天然氣或者其他燃氣提供的可燃物質點燃的火焰而產生的熱量。就在這樣一個簡單的變化背後,出現瞭如此多的熱量的傳遞。

事實上這就是熱力學第一定律,能量守恆與轉換定律在日常生活中加熱現象當中的應用。不過為什麼我們的餃子皮在加熱過後會變得半透明狀呢?而又為什麼在逐漸煮熟的過程中餃子會往上浮起來呢?

餃子裡有大科學!煮熟的餃子又能有怎樣的奧秘呢?

這是因為餃子皮的分子結構在加熱過程中發生了細微的變化。所以它的物質形態也就相應發生了改變。並且隨著熱量的不斷吸收,餃子皮發生了熱脹現象。

與之相應的,在餃子皮內部的密閉空間裡,其中看似緊緊包裹著的蔬菜或者肉質類食品在受熱過程中分子結構、內部性質也發生了變化,它們可能縮小,也可能脫水,或者發生其他性狀變化。

同時還理應考慮在餃子皮的密閉空間內,那些不曾注意過的空氣在受熱過後也會發生膨脹以至於體積變大。在這裡我們就能夠再次總結出阿基米德原理了。

我們能夠十分輕易地發現,隨著加熱體積變大後,但餃子的整體質量是不曾改變的。也就是說它們單位體積內密度相較之前而言變得更低了。所以原本單位體積內,密度遠高於水的密度時,餃子會沉在水中,但隨著加熱體積膨脹過後,單位體積內的密度降低,低於水的密度後它們就浮了起來。

此外,從另外一個角度簡單地想象一下也可以知道,膨脹過後的餃子,由於內部產生了膨脹過後的空氣,它們就類似於一個鼓鼓囊囊的氣球,體積大密度低,自然會往上浮了。

餃子裡有大科學!煮熟的餃子又能有怎樣的奧秘呢?

當餃子熟了過後,他們的熱量會消失,但為什麼不會順著原來的路徑返還給水或者鍋呢?

這是由於熱力學第二定律,也就是著名的熵增定律。熱量傳遞的方向只能從熱的地方傳到冷的地方,也就是在自然環境中有相較於餃子甚至鍋整體更冷的東西的話,熱量就會向那些物質傳遞過去。

同樣的,已經更改過的物質內部的分子結構,不可能逆向的返還為原來的形狀。所以我們餃子會一直保持著像煮熟了的狀態,而慢慢地沉下去。

餃子沉下去的原因是由於熱量的喪失以至於它們的膨脹返回到原來的狀態,內部的氣體向四處逃逸,最終導致單位體積內的密度高於水,進而下沉。

這樣也能解釋另外一種現象,也就是當我們一不小心碰到浮起來的餃子之後,又沉下去的情況。由於外力的作用,餃子皮不能完全地保持氣密性,就導致餃子有可能在一瞬間就蔫兒了氣。

從另外一個角度來說,也有關於餃子皮在氣體流失過後吸收了更多的水分,從而使得餃子在其他條件不變的情況下,增加了單位體積內的質量,由此使餃子下沉。

餃子裡有大科學!煮熟的餃子又能有怎樣的奧秘呢?

所以千萬不要小看在簡單的日常生活中不曾留意過的現象。經過仔細探究,我們也能在這些現象背後發現大量的科學知識。所以每時每刻都要保持思考,保持專注,讓科學走進生活,從生活發現科學。