Перевести одиниці калорію (між
Перевести одиниці: калорія (між.) на грам на °F [кал/(г·°F)] Джоуль на кілограм на кельвін [Дж/(кг·К)]
Робота та замовлення
Загальні відомості
Молекули рухаються під впливом тепла - цей рух називаєтьсямолекулярною дифузією. Що температура речовини, то швидше молекули рухаються і тим інтенсивніше відбувається дифузія. На рух молекул впливає як температура, а й тиск, в'язкість речовини та її концентрація, опір дифузії, відстань, яке проходять молекули за її переміщеннях, та його маса. Наприклад, якщо порівняти як відбувається процес дифузії у воді і меді, коли всі інші змінні, крім в'язкості, рівні, то очевидно, що молекули у воді рухаються і дифундують швидше, ніж у меді, так як у меду більш висока в'язкість.
Для руху молекулам необхідна енергія, і що швидше вони рухаються, то більше енергії їм потрібно. Тепло - один із видів енергії, що використовується в цьому випадку. Тобто, якщо підтримувати в речовині певну температуру, молекули рухатимуться, а якщо температуру збільшити, то й рух прискориться. Енергію у формі тепла одержують, спалюючи паливо, наприклад природний газ, вугілля, або деревину. Якщо нагріти кілька речовин, використовуючи однакову кількість енергії, деякі речовини, швидше за все, будуть нагріватися швидше, ніж інші, через більш інтенсивної дифузії. Теплоємність і питома теплоємність описують саме ці властивості речовин.
Питома теплоємністьвизначає скільки енергії (тобто, тепла) потрібно, щоб змінити температуру тіла чи речовини певної маси на певну величину. Ця властивість відрізняється відтеплоємності, яка визначає кількість енергії, необхіднущоб змінити температуру всього тіла чи речовини на певну температуру. У обчислення теплоємності, на відміну від питомої теплоємності, не враховують масу. Теплоємність та питому теплоємність обчислюють тільки для речовин і тіл у стійкому агрегатному стані, наприклад, для твердих тіл. У цій статті розглядаються обидва ці поняття, оскільки вони взаємопов'язані.
Теплоємність та питома теплоємність матеріалів та речовин
У металів дуже міцна молекулярна структура, оскільки відстань між молекулами в металах та інших твердих тілах набагато менша, ніж у рідинах та газах. Завдяки цьому молекули можуть рухатися тільки на дуже маленькі відстані, і, відповідно, щоб змусити їх рухатися з більшою швидкістю необхідно набагато менше енергії, ніж для молекул рідин і газів. Завдяки цій властивості, їхня питома теплоємність мала. Це означає, що температуру металу підняти дуже легко.
З іншого боку, у води дуже висока питома теплоємність, навіть у порівнянні з іншими рідинами, тому потрібно набагато більше енергії, щоб нагріти одну одиницю маси води на один градус порівняно з речовинами, питома теплоємність яких нижча. Вода має високу теплоємність завдяки міцним зв'язкам між атомами водню у молекулі води.
Вода - одна з головних складових всіх живих організмів і рослин на Землі, тому її питома теплоємність відіграє велику роль для життя на нашій планеті. Завдяки високій питомій теплоємності води, температура рідини в рослинах і температура порожнинної рідини в організмі тварин мало змінюється навіть у дуже холодні або дуже спекотні дні.
Вода забезпечує систему підтримки теплового режиму як тварин і рослин, і поверхні Землі загалом.Величезна частина нашої планети вкрита водою, тому саме вода відіграє велику роль у регулюванні погоди та клімату. Навіть при великій кількості тепла, що надходить в результаті впливу сонячного випромінювання на поверхню Землі, температура води в океанах, морях та інших водоймах збільшується поступово, і температура, що оточує, теж змінюється повільно. З іншого боку, вплив на температуру інтенсивності тепла від сонячного випромінювання великий на планетах, де немає великих поверхонь, покритих водою, таких як Земля, або в районах Землі, де мало води. Це особливо помітно, якщо подивитися на різницю денних та нічних температур. Так, наприклад, поблизу океану різниця між денною та нічною температурами невелика, але в пустелі вона величезна.
Висока теплоємність води також означає, що вода не тільки повільно нагрівається, а й повільно остигає. Завдяки цій властивості воду часто використовують як холодоагент, тобто як охолоджувальну рідину. До того ж використовувати воду вигідно завдяки її низькій ціні. У країнах із холодним кліматом гаряча вода циркулює у трубах для обігріву. У суміші з етиленгліколем її використовують у радіаторах автомобілів для охолодження двигуна. Такі рідини називають антифризом. Теплоємність етиленгліколю нижча, ніж теплоємність води, тому теплоємність такої суміші теж нижча, а значить ефективність системи охолодження з антифризом також нижча, ніж системи з водою. Але з цим доводиться миритися, тому що етиленгліколь не дає воді замерзнути взимку та пошкодити канали системи охолодження автомобіля. У охолодні рідини, призначені для холоднішого клімату, додають більше етиленгліколю.
Теплоємність у повсякденному житті
За інших рівних умов теплоємність матеріалів визначає, як швидко вони нагріваються. Чимвище теплоємність, тим більше енергії необхідно нагріти цей матеріал. Тобто якщо два матеріали з різною теплоємністю нагрівати однаковою кількістю тепла і в однакових умовах, то речовина з меншою теплоємністю буде швидше нагріватися. Матеріали з високою теплоємністю, навпаки, нагріваються та віддають тепло назад у навколишнє середовище повільніше.
Кухонне приладдя та посуд
Найчастіше ми вибираємо матеріали для посуду та кухонного приладдя, ґрунтуючись на їх теплоємності. Це в основному стосується предметів, які безпосередньо контактують з теплом, наприклад каструль, тарілок, форм для випікання та іншого аналогічного посуду. Наприклад, для каструль та сковорідок краще використовувати матеріали з низькою теплоємністю, наприклад метали. Це допомагає теплу легше та швидше передаватися від нагрівача через каструлю до продуктів харчування та прискорює процес приготування їжі.
З іншого боку, оскільки матеріали з високою теплоємністю довго тримають тепло, їх добре використовувати для ізоляції, тобто коли необхідно зберегти тепло продуктів, і не дати йому піти в навколишнє середовище або, навпаки, не дати теплу приміщення нагріти охолоджені продукти. Найчастіше такі матеріали використовують для тарілок та чашок, у яких подають гарячу або, навпаки, дуже холодну їжу та напої. Вони допомагають не тільки зберегти температуру продукту, а й не дають людям обпектися. Посуд із кераміки та спіненого полістиролу – гарні приклади використання таких матеріалів.
Теплоізолюючі продукти харчування
Залежно від ряду факторів, наприклад вмісту води та жиру в продуктах, їхня теплоємність та питома теплоємність буває різною. У кулінарії знання про теплоємність продуктів дозволяють використовувати деякі продукти для ізоляції.Якщо теплоізолюючими продуктами накрити іншу їжу, вони допоможуть цій їжі під ними довше зберегти тепло. Якщо страв під цими теплоизолирующими продуктами висока теплоємність, вони й так повільно віддають тепло в довкілля. Після того, як вони добре прогріються, вони втрачають тепло і воду ще повільніше завдяки ізолюючим продуктам зверху. Тому вони довше залишаються гарячими.
У кулінарії для термоізоляції іноді використовують також матеріали, не придатні для харчування. Кухарі в країнах Центральної Америки, на Філіппінах, в Індії, Таїланді, В'єтнамі та в багатьох інших країнах часто використовують з цією метою листя банана. Їх можна не лише зібрати в саду, а й купити в магазині чи на ринку — їх навіть імпортують з цією метою до країн, де не вирощують банани. Іноді з метою ізоляції використовують алюмінієву фольгу. Вона не тільки запобігає випаровуванню води, але й допомагає зберегти тепло всередині за рахунок запобігання теплопередачі у формі випромінювання. Якщо обернути у фольгу крильця та інші виступаючі частини птиці при її запіканні, то фольга не дасть їм перегрітися та згоріти.
Приготування їжі
Цукор у кулінарії
Питома теплоємність цукру ще нижча, ніж у жиру. Так як цукор швидко нагрівається до температур вищих, ніж температура кипіння води, робота з ним на кухні вимагає дотримання правил безпеки, особливо під час приготування карамелі або цукерок. Необхідно бути гранично обережним, розплавляючи цукор, і не пролити його на незахищену шкіру, оскільки температура цукру досягає 175 ° C (350 ° F) і опік від розплавленого цукру буде дуже серйозним. У деяких випадках необхідно перевірити консистенцію цукру, але цього в жодному разі не можна робити голими руками, якщо цукор нагрітий. Часто люди забувають, як швидко інаскільки сильно цукор може нагрітися, тому й одержують опіки. Залежно від того, для чого потрібний розплавлений цукор, його консистенцію та температуру можна перевірити, використовуючи холодну воду, як описано нижче.
Властивості цукру та цукрового сиропу змінюються залежно від того, за якої температури його готувати. Гарячий цукровий сироп може бути рідким, як рідкий мед, густим, або десь між рідким і густим. У рецептах цукерок, карамелі та солодких соусів зазвичай вказана не тільки температура, до якої повинен бути нагрітий цукор або сироп, але й стадія твердості цукру, наприклад, стадія «м'якої кулі» або стадія «твердої кулі». Назва кожної стадії відповідає консистенції цукру. Щоб визначити консистенцію, кондитер капає кілька крапель сиропу в крижану воду, охолоджуючи їх. Після цього консистенцію перевіряють на дотик. Так, наприклад, якщо охолоджений сироп загуснув, але не затвердів, а залишається м'яким і з нього можна зліпити кульку, то вважається, що сироп у стадії «м'якої кулі». Якщо форму застиглого сиропу дуже важко, але все ж таки можна змінити руками, то він у стадії «твердої кулі». Кондитери часто використовують харчовий термометр і перевіряють консистенцію цукру вручну.
Харчова безпека
Знаючи теплоємність продуктів, можна визначити, як довго їх потрібно охолоджувати або нагрівати, щоб досягти температури, за якої вони не псуватимуться, і за якої гинуть шкідливі для організму бактерії. Наприклад, щоб досягти певної температури, продукти з вищою теплоємністю охолоджують або нагрівають довше, ніж продукти з низькою теплоємністю. Тобто, тривалість приготування страви залежить від того, які до неї входять продукти, а також — наскільки швидко з неї випаровується вода. Випаровування важливе, оскільки вонопотребує великих витрат енергії. Часто, щоб перевірити, до якої температури нагрілося блюдо чи продукти у ньому, використовують харчовий термометр. Особливо зручно використовувати його під час приготування риби, м'яса та птиці.
Мікрохвильові печі
Високі температури, яких досягає жир у мікрохвильовій печі, дозволяють отримати смажену скоринку в деяких продуктів, наприклад бекону, але ці температури можуть становити небезпеку при використанні мікрохвильових печей, особливо якщо не дотримуватися правил користування піччю, описаних в інструкції з експлуатації. Наприклад, коли в печі розігрівають або готують страви з жирних продуктів, то не слід використовувати пластмасовий посуд, оскільки навіть посуд для мікрохвильових печей не розрахований на температури, яких досягає жир. Також слід не забувати, що жирна їжа дуже гаряча, і їсти її обережно, щоб не обпектися.