Sposoby przenoszenia energii

Dzisiaj zajmiemy się energią. Nie będę jednak o niej traktować ściśle definicyjnie, bo nie od tego jest ten blog. Omówię to zagadnienie w kontekście powiązania energii z żywnością. Czym jest energia? Jakie są jej źródła? Jakie są sposoby przenoszenia energii? Ale na samym początku zastanówmy się czym właściwie jest gotowanie.

sposoby przenoszenia energii - grillowanie
Źródło: Koepke, C. https://unsplash.com/photos/C2yH3zXzaP0 (dostęp 23.10.2020r.).

Gotowanie polega na przekształcaniu surowej żywności w inną postać. Dlaczego w  tajemniczo brzmiącą „inną” postać? Odpowiedź jest prosta. Ta „inna” postać może oznaczać wiele form żywności: gotowaną, smażoną, pieczoną, schłodzoną, mrożoną czy nawet fermentowaną. Jakakolwiek by ona nie była, niezbędna jest do tego energia. I właśnie do niej można sprowadzić całe gotowanie – do procesu przenoszenia energii z danego źródła do żywności.

sposoby przenoszenia energii - gotowanie
Źródło: Marcell, G. https://unsplash.com/photos/GaLWM8dX73U (dostęp 23.10.2020r.).

Energia charakteryzuje określoną materię poprzez jej zdolność do wykonania pracy. Umożliwia zmianę. Im większą energię posiada dany atom, cząstka, struktury czy cały system, tym większe prawdopodobieństwo, że zajdzie zmiana w nim samym lub w otaczającym środowisku. By bardziej to zobrazować, weźmy za przykład gotującą się wodę w garnku. Gdy wrzucimy do niej makaron, energia, którą posiada woda, będzie pobierana przez kluski. W nich będzie zachodzić szereg przemian (w tym także rozpad lub powstawanie nowych wiązań chemicznych), w rezultacie czego uzyskamy nadający się do spożycia produkt. To tak w bardzo dużym skrócie.

Wyjątkowy e-book z 20 przepisami na nietuzinkowe, autorskie dania: przystawki, zupy, dania główne i desery

Sposoby przenoszenia energii

Przejdźmy teraz do tego, w jaki sposób energia jest transportowana z tej naszej przykładowej wody do makaronu. I jak w ogóle doszło do tego, że woda się zagotowała? I tu przechodzimy do meritum, czyli do sposobów wymiany ciepła. Wyróżniamy się trzy takie sposoby:

  • kondukcja lub inaczej przewodzenie,
  • konwekcja,
  • radiacja.
sposoby przenoszenia energii -przewodzenie-konwekcja-radiacja
Źródło: https://webstockreview.net/pict/getfirst (dostęp 23.10.2020r.).

Przewodzenie ciepła

Przewodzenie polega na przenoszeniu energii z jednego materiału (ciała stałego) do drugiego w wyniku bezpośredniego kontaktu – styku między nimi. Energia wymieniana jest między dwoma ciałami lub wewnątrz jednego przedmiotu między jej ciepłym a zimnym obszarem. Kondukcja jest najbardziej efektywną metodą wymiany ciepła. Podstawą tego procesu jest fakt, że gdy spotykają się dwie cząstki o różnej temperaturze (temperatura jest w tym wypadku swoistą miarą energii, jaką posiada dany ośrodek), to dążą one do jej wyrównania. Doświadczyłeś tego zjawiska osobiście pewnie nie raz, np. parząc dłoń, którą dotknąłeś gorącej patelni czy garnka. Garnek w takim przypadku po prostu oddał część swojej energii Twojej dłoni. Niestety było jej zbyt dużo i w zbyt krótkim czasie, dlatego skóra uległa poparzeniu. Przykłady z kuchennego podwórka to np. przypiekanie spodu pizzy czy smażenie kotleta na małej ilości tłuszczu. Dlaczego małej? Ponieważ kiedy tłuszczu jest dużo mamy wtedy już do czynienia z kolejnym sposobem przenoszenia energii, czyli konwekcją.

 

kondukcja
Przewodzenie ciepła.

Konwekcja

Konwekcja również polega na przenoszeniu energii z jednego ciała stałego do drugiego, ale potrzebne jest do tego medium (płyn lub gaz), które będzie to ciepło transportować. Z pewnością brałeś udział w takiej wymianie, np. smagany silnym wiatrem. Wpływ na szybkość procesu ma prędkość ruchu nośnika. Im będzie ona większa, tym szybciej będzie następować wymiana energii. Dlatego też potrząsanie metalowym sitem z frytkami podczas smażenia ich w głębokim tłuszczu ma sens, bowiem w krótszym czasie otrzymasz bardziej chrupkie ziemniaki. Innymi przykładami konwekcji jest gotowanie pierogów czy kaszy (medium jest tutaj woda) albo pieczenie pizzy czy ciasta w piekarniku (ciepłe powietrze przenosi energię).

konwekcja czajnik
Źródło: Encyclopædia Britannica. Ionic bond. https://kids.britannica.com/kids/article/convection/601846 (dostęp 23.10.2020r.).

Radiacja

Radiacja to już ostatni sposób przenoszenia energii, tym razem odbywa się ono w przestrzeni przy udziale fal elektromagnetycznych. Każde ciało (także przedmiot) emituje promieniowanie, w mniejszej lub większej ilości, która zależy od jego temperatury, czyli energii jaką posiada. W tym przypadku nie jest potrzebny bezpośredni kontakt między emiterem a przyjmującym energię. Przykładem z życia codziennego jest Słońce, które wytwarza i przekazuje swoją energię. W przypadku żywności jest to grillowanie steka czy opiekanie chleba (w urządzeniu z rozgrzaną do czerwoności grzałką), podgrzewanie jedzenia w kuchence mikrofalowej albo suszenie grzybów czy pomidorów na słońcu. Przenoszenie energii w ten sposób możliwe jest tylko w otoczeniu gazowym (np. powietrze) lub w przypadku próżni. Płyny i ciała stałe same pochłaniają promieniowanie. Dlatego wracając do przykładu grillowania, tylko powierzchnia mięsa jest ogrzewana w wyniku radiacji, zaś wnętrze już nie.

radiacja ognisko
Źródło: Johnson, C. (2011). Radiative Heat Transfer: Theory
https://claesjohnson.blogspot.com/2011/10/radiative-heat-transfer-theory.html (dostęp 23.10.2020r.).

Łączenie metod przenoszenia energii

W gotowaniu, w większości przypadków, nie występuje tylko jedna metoda transportu ciepła, ale dwie lub nawet trzy jednocześnie. Wypiekając chleb mamy do czynienia z przewodzeniem (zewnętrzne partie ciasta przekazują ciepło do zimnego środka), konwekcją (krążące wokoło powietrze ogrzewa bochenek) i radiacją (nagrzane ścianki piekarnika emitują ciepło). Każda z nich zapewnia inne cechy finalnemu produktowi, np. chrupiącą skórkę czy delikatny miękisz ciasta. W kolejnych postach zajmiemy się poszczególnymi technikami kulinarnymi, by poznać i wykorzystywać je jak najlepiej 😊.

kondukcja_konwekcja_radiacja

Podsumowanie:

  • Gotowanie polega na przekształcaniu surowej żywności w inną postać.
  • Energia charakteryzuje daną materię i określa jej zdolność do wykonania pracy.
  • Temperatura jest miarą energii, którą posiada dany ośrodek.
  • Wyróżnia się trzy sposoby przenoszenia ciepła: przewodzenie (kondukcję), konwekcję i radiację.
  • W gotowaniu w większości przypadków, nie występuje tylko jedna metoda transportu ciepła, ale dwie lub nawet trzy jednocześnie.

Literatura:

Boom, R., Buijsse, C. (2018). Food Production and Preservation. Wageningen University & Research.

López-Alt, J. K. (2015). The food lab: better home cooking through science. WW Norton & Company.

McGee, H. (2007). On food and cooking: the science and lore of the kitchen. Simon and Schuster.

Potter, J. (2011). Gotowanie dla geeków. Helion.

Vega, C., Ubbink, J., & Van der Linden, E. (Eds.). (2012). The kitchen as laboratory: Reflections on the science of food and cooking. Columbia University Press.