Андрій Шарий. „Фiзика кухонної каструлi”
Звичайна каструля вже давно стала справжнім символом кухні. Щодня у ній готуються найрізноманітніші страви. Зовні цей кухонний реманент має дуже простий вигляд: тонкостінна металева посудина з кришкою без жодних видимих технологічних секретів. Але чи насправді все так просто?
Не всі продукти, потрібні для повноцінного харчування, успішно засвоює організм людини у сирому вигляді. Тому важлива термічна обробка, яка змінює хімічний склад їжі і робить її простішою для перетравлювання. Видів такої обробки багато: смаження, запікання, варіння, тушкування тощо, але зосередимося сьогодні на варінні, як найбільш поширеному і корисному для здоров’я.
Отже, кладемо продукти до каструлі, заливаємо водою, нагріваємо і деякий час утримуємо за температури кипіння. Якщо ми візьмемо каструлю з першого-ліпшого матеріалу, нас може спіткати невдача: не всі матеріали добре проводять тепло. А ті, які мають добру теплопровідність, не всі достатньо міцні. А серед міцних не всі достатньо хімічно інертні… І так можна продовжувати довго. А ще ж треба не забути, що каструля має легко відмитися після приготування їжі! Спробуємо знайти компроміс і дібрати найкращий матеріал і конструкцію.
За високих температур значна кількість речовин, які входять до складу їжі, можуть вступати у хімічні реакції з матеріалом каструлі і псувати смак їжі або навіть отруїти її. Так мідний посуд, покритий тонким шаром свинцю, а також свинцеві труби водогонів стали причиною отруєнь у Римській імперії. Отже, матеріал каструлі має бути хімічно інертним. На цю роль прекрасно підходять скло та кераміка, але вони дуже крихкі і недостатньо міцні. А ще вони погано проводять тепло, і тому використання газу чи електрики на кухні може бути не дуже ефективним, а приготування страв триватиме довго. Попри те, ці матеріали є діелектриками, а тому їх не можуть використовувати господині, у яких сучасні індукційні плитки.
Добру теплопровідність і високу міцність мають метали, але більшість із них прекрасно реагують з органічними кислотами та солями, яких багато міститься в їжі. Раніше популярними були мідні, а згодом, алюмінієві каструлі. Ці матеріали мають добру теплопровідність, тому їжа в них прогрівається швидко та рівномірно. Але алюміній та мідь виявилися небезпечними: йони цих металів доволі легко проникають в їжу і шкодять організму людини. До того ж кольорові метали не надто міцні, і такі каструлі легко деформуються, а під час перемішування їжі металевими ложками мікроскопічні часточки металу відділяються від дна й стінок і потрапляють до страви.
Iнколи каструлі виготовляють із звичайної сталі, а для захисту від корозії та для хімічної стійкості поверхню металу вкривають шаром емалі. Але емальоване покриття дуже крихке, псується від ударів, деформацій і перегрівання посуду. А ще воно небезпечне, адже для міцного зчеплення з металом під ним міститься прошарок токсичних речовин. Тож користуватися емальованим посудом, який має тріщини або подряпини, категорично заборонено.
Пошуки матеріалу для ідеальної каструлі розпочалися кількасот років тому і тривають досі. На сьогодні якісна кухонна каструля – це доволі довершений і складний виріб, виготовлений з різних матеріалів. Власне каструлю найчастіше виготовляють із особливих сортів сталі – сплаву на основі Феруму та Хрому. Такі сталі називають нержавіючими, часто вони містять ще багато інших домішок (Нікель, Силіцій, Купрум та інші). Для харчового посуду важливо, щоб Нікелю та Купруму в сталі було якомога менше. Не останню роль відіграє також вміст Карбону, який завжди міститься у сталі разом із залізом. І позбавитись його під час виробництва непросто. Що менший вміст Карбону, то хімічно стійкіша сталь. Використання високоякісної сталі має ще одну перевагу: вона легко витримує нагрівання до кількасот градусів, тому каструлю можна використовувати не тільки для варіння, але й для тушкування чи смаження, як сковорідку. З матеріалом визначилися. Попрацюємо над конструкцією.
Дно каструлі має не просто передавати тепло від полум’я чи електричного нагрівника плитки всередину, але й рівномірно розподіляти його на всю свою площу. Чому це важливо? Уяви собі точку дна, яку безпосередньо гріє язичок полум’я. Його температура сягає 1000 °С, і якщо з цієї точки тепло не відводити, то дно тут прогріється дуже сильно. Якщо в каструлі переважно вода, і дна нічого не торкається, тепло буде ефективно і швидко розподілятися по всьому об’єму завдяки конвекції. Чи рівномірно прогріте при цьому дно, чи ні, не має особливого значення. Але достатньо припинити або сповільнити конвекцію біля дна якраз там, де міститься джерело тепла – температура його стрімко зросте, а страва в цьому місці пригорить.
Найважче завдання для каструлі – зварити кашу. Конвекція дуже ускладнена, а теплопровідність води і круп занадто погана, щоб відвести тепло від дна. На початку приготування ще все просто, адже біля дна достатньо води, вона закипає, відбираючи при цьому величезну кількість тепла від дна, пара проривається крізь кашу нагору, конденсується і передає тепло страві. Але коли крупа розм’якшується, доступ води до дна практично припиняється. Єдиний спосіб врятувати ситуацію – максимально рівномірно розподілити тепло конфорки на всю площу дна і не допустити різкого зростання температури в окремих точках.
Щоб цього досягти, дно каструль роблять багатошаровим. Поверх тонкого шару нержавіючої сталі накладають товсті алюмінієві або мідні пластини. Деякі виробники заявляють про використання у дні до восьми різних шарів з міді, алюмінію та різних сортів сталі задля рівномірного розподілу тепла, але подробиці конструкції тримають у секреті, захищають їх патентами. У якісніших каструль навіть невеликого розміру (1–2 л) загальна товщина дна сягає 12 мм, а маса порожньої каструлі може мати 1,5–2 кг.
А максимально енергоефективним посудом можуть похвалитися навіть не кухарі найдорожчих ресторанів, а туристи! Для них дуже важливо обійтися у поході мінімальною кількістю палива. Тому „туристичні” каструлі мають на дні спеціальні алюмінієві або мідні „ребра”, які суттєво збільшують площу контакту з полум’ям і більш ефективно відбирають його тепло. Бічні ж поверхні вкриті жаростійким матеріалом з поганою теплопровідністю – для запобігання втратам тепла у навколишнє середовище. Для приготування страви у такій каструлі витрачається у кілька разів менше газу, ніж зазвичай.
І мало не забули про кришку. До неї вимоги значно скромніші порівняно з дном каструлі. Тому поставимо на перше місце зручність. Із таких міркувань кришки часто роблять скляними – крізь них добре видно, як готується страва, їх легко мити, вони не псують страви хімічними добавками. Добре, якщо у кришці є маленький отвір для виходу пари, це запобігає підстрибуванню кришки під час помірного кипіння води в каструлі.
Дотримання такої великої кількості вимог до матеріалів, а також складність технології виробництва призводять до високих цін на якісний посуд. Комплект каструль для кухні може зрівнятися в ціні з домашнім комп’ютером чи телевізором незважаючи на те, що одне – „прості залізяки”, а друге – складнющі високотехнологічні пристрої.
- До XVIII ст. використовували глиняні горщики і чавунні казани.
- Перші чавунні каструлі з’явилися на початку XVIII ст.
- Наприкінці XVIII ст. почали використовувати залізні каструлі з довгою ручкою.
- На початку XIX ст. відразу у декількох країнах Європи з’явилися перші емальовані каструлі.
- Нержавіючу сталь – основний матеріал, з якого сьогодні виготовляють професійний кухонний посуд – винайшли 1921 року у Франції.
- Прототип каструлі-скороварки придумав французький фізик і фармацевт Дені Папен 1679 року. Кришку притискали болти, а клапан – поршень із важелем, на якому висів вантаж.
Шарий Андрій Михайлович, 
учитель фізики і директор
Кувечицької ЗОШ Чернігівської області,
переможець II Всеукраїнського інтернет-конкурсу
„УЧИТЕЛЬ РОКУ-2017” за версією
науково-популярного природничого
журналу „КОЛОСОК” у номінації „ФІЗИКА”
Поширити
Схожі публікації
Ігор Корч. „Зонд New Horizons: місія до Плутона”
Американський астроном Клайд Томбо, який відкрив Плутон у 1930 році, і не мріяв, що колись люди зможуть відправити до нього космічний апарат. Ідея місії до цієї планети виникла на початку 1990-х років, коли її першовідкривач був ще живий. У 1992 році 86-річний Томбо отримав несподіване повідомлення з Лабораторії реактивного...
Микола Станько. Таємниці колірних гармоній
Ми живемо у різнобарвному світі. Споконвіку вчені, філософи та художники прагнули пізнати природу кольорів, розташувати їх у певному порядку, виділити серед них основні, вміти вдало та гармонійно їх компонувати. Що таке колір? Колір – це одна з невіддільних ознак будь-якого предмета. Кольори можна тільки бачити, а тому дуже важко...
Євген Гайдай. Життя і безсмертя. Частина 2
У 1920–30-х роках американський біолог Чарльз Ліпман проводив досліди з вугільними породами. З них він виділяв бактерії, що могли бути „замуровані” там протягом мільйонів років. Як вважав сам Ліпман, бактерії не жили в таких умовах, а виживали. Сьогодні такий стан називається ангідробіоз – виживання організму в умовах сильного висихання.