热量和温度的科学

这是我的独家摘录的书,通过科学食品实验室:更好的家庭烹饪大探索世界的食品科学以及它如何能使日常家庭烹饪更容易也更美味。现在是打折的书在卖,或在线。

烹饪是什么?

我知道你渴望直接开始烹饪,但首先回答这个问题:什么是做饭吗?

如果你是我的妻子,你的回答,“这是你做的事情的时候,疯狂的进入你的眼睛。”A great chef might tell you that cooking is life. My mom would probably say that it's a chore, while my wife's aunt would tell you that cooking is culture, family, tradition, and love. And, yes, cooking is all of those things, but here's a more technical way to think about it: Cooking is about transferring energy. It's about applying heat to change the structure of molecules. It's about encouraging chemical reactions to alter flavors and textures. It's about making delicious things happen with science. And before we can even begin to understand what happens when we grill a hamburger, or even what equipment we might want to stock our kitchen with, we have to get one very important concept into our heads first, as it'll affect everything we do in the kitchen, starting with which pots and pans we use. It's this:热量和温度不是一回事。

在最基本的,烹饪是能量的转移从一个热源你的食物。能量引起生理变化形状的蛋白质,脂肪,碳水化合物,以及加速化学反应的速度。有趣的是,大多数时候,这些物理和化学变化是永久性的。一旦一个蛋白质的形状被改变通过增加能量,你不能改变它,随后删除能量。换句话说,你不能uncook牛排。

热量和温度之间的区别可以在厨房最困惑的一件事,但是掌握概念是至关重要的帮助你成为一个更合理的厨师。通过经验,我们知道,温度是一个奇怪的措施。我的意思是,几乎所有人都走来走去舒适穿着短裤在60°天气但感到荒谬的寒意跳进一个60°湖,对吧?为什么一个而不是另使我们冷,即使温度都是一样的?让我试着解释。

热是能源。三年级物理告诉我们,从我们周围的空气到金属的烤箱由分子组成:小事情快速振动,或在液体和气体的情况下,快速跳跃在一个随机的方式。更多的能量被添加到一个特定系统的分子,他们振动或反弹越迅速,越快他们运动转给任何touching-whether分子的振动能量转移到一个金属锅里多汁的肋眼牛排牛排的滋滋声或烤箱内跳跃的空气分子转移能量的硬皮面包烘烤。

热可以从一个系统转移到另一个,通常更有活力(热)系统的能量越少(冷却器)。所以当你放置一个热锅煮牛排,你真正做的是将能量从锅燃烧器系统转移到牛排系统。其中一些补充能量去提高牛排的温度,但它的大部分将被用于其他反应:需要能量使水分蒸发,导致褐变发生的化学反应需要能量,等等。

温度测量是一个系统,允许我们量化多少能量是在一个特定的系统。系统的温度不仅依赖的总能量的身体,还有一些其它的特点:密度和比热容。

密度是一个衡量有多少分子的东西在给定的空间。密集的媒介,它将包含更多的能量在一个给定的温度。通常,金属密度比液体、*进而密度比空气。所以金属,说,60°F将包含更多的能量比液体60°F,它将包含更多的能量比空气60°F。

*好了,自作聪明的人先生。是的,在足够高的温度下,金属会融化成非常密集的液体,是的,甚至Smartier-Pants先生,水星是一个非常密集的金属,甚至在室温下是液态。从你的系统?好的,让我们继续前进。

比热容所需要的能量提高给定的材料在一定温度。例如,它需要一个卡路里的能量(是的,热量是能量!)提高一克水1摄氏度。因为水的比热容是高于,说,铁,和低于空气,相同数量的能源将提高温度克铁的近10倍,一克的空气只有一半。给定材料的比热容越高,所需要的更多的能量提高温度的材料相同数量的度。

相反,这意味着给定相同的质量和温度,水将包含约10倍的能量铁和多达一半的空气。不仅如此,但记住,空气的密度小于水的密度,这意味着大量的热能包含在给定体积的空气在一个给定的温度下将只有一小部分的能量中包含同样体积的水在相同的温度。这就是为什么你会得到一个糟糕的燃烧,把你的手插进一个壶212°F沸水,但你可以将你的手到212°F烤箱不假思索(见“实验:温度和能量的行动,”)。

困惑吗?让我们来做一个类比。

想象被加热的对象是一个鸡笼住房十几个潜在的不守规矩的鸡。该系统可以测量的温度通过观察每个鸡运行速度。正常的一天,鸡可以随意走动,啄,抓挠,煞风景的,一般做鸡做的。现在让我们添加一点能量方程通过混合两罐红牛的饲料。适当的胡椒粉,鸡开始运行的两倍左右。因为每个鸡跑速度,系统的温度上升,在它的总能量。

现在假设我们有另一个相同大小的鸡笼但随着鸡的数量增加一倍,从而使其密度的两倍。因为有两倍的鸡,需要双红牛的数量让他们所有正在运行的速度加速。然而,尽管最终的温度是相同的(每个鸡是运行在相同的最终速度第一的),第二个鸡笼内的总能量的两倍。因此,能量和温度不是一回事。

现在如果我们设置第三个鸡笼,这次打火鸡而不是鸡?火鸡比鸡大得多,它需要两倍的红牛一个运行在相同的速度是一只鸡。所以土耳其鸡笼的比热容是两倍大的比热容第一个鸡笼。这意味着给定一个打鸡到处跑一定速度和一打火鸡跑在同一速度,火鸡会有两倍的能量的鸡。

总结:

• 在一个给定的温度下,密集的材料通常含有更多的能量,所以重锅做饭会更快。(相反,它需要更多的能量来提高密度材料在一定温度。)
• 在一个给定的温度下,材料更高的比热容将包含更多的能量。(相反,材料的比热容越高,所需要的更多的能量把它一定温度)。

在这本书中,大多数食谱呼吁烹饪食物到特开云体育手机官网定的温度。这是因为对于大多数食物,温度是提高的主要因素确定其最终的结构和纹理。一些关键温度,出现一次又一次地包括:

• 32°F (0°C):水的冰点(或冰的熔点)。
• 130°F (52°C):三分熟的牛排。大多数细菌的温度也开始死亡,尽管它可以向上2小时安全消毒食品在这个温度。
• 150°F (64°C):七八分熟的牛排。蛋黄开始变硬,蛋清是不透明但仍然类似果冻。鱼蛋白将加强,白色白蛋白将被迫离开,给鱼类如鲑鱼没有吸引力的一层凝固的蛋白质。在这个温度约3分钟后,细菌经历7日志减少意味着只有1细菌仍将为每百万最初。
• 160°- 180°F (71°- 82°C):全熟牛排。鸡蛋的蛋白质完全凝结的温度(这是大部分奶油或煮熟的鸡蛋打者设置完全)。减少细菌的经验7日志在1秒之内。
• 212°F (100°C):水的沸点(或蒸汽)的凝点。
• 300°F (153°C)及以上:美拉德褐变反应的温度反应产生深棕色,美味的面包皮上牛排或饼bread-begin发生在一个非常快速。热温度,这些反应越快。因为这些范围远高于水的沸点,外壳将酥和脱水。

能源和传热

现在我们知道能量是什么,第二信息层考虑:即能量被转移到你的食物。

传导是直接传输的能量从一个实体到另一个。当你烧你的手是抓一个热锅(提示:不这样做)。振动分子从一个表面将罢工仍然相对分子在另一个表面,从而转移他们的能量。这是迄今为止最有效的传热的方法。下面是一些通过传导传热的例子:

• 灼热的牛排
• 脆的底部的披萨
• 烹饪炒蛋
• 做烧烤汉堡标志
• 煸炒洋葱

对流是能量的转移从一个实体到另一个通过中介的液体,液体或气体。这是一个温和高效传热的方法,尽管在烹饪效率很大程度上取决于食品周围的流体流动的方式。流体的运动被称为对流模式。

作为一般规则,空气在给定表面传播的速度越快,它可以传输更多的能量。静止空气会迅速放弃它的能量,但随着气流,能源供应不断补充的新空气循环物质如食物。对流烤箱,例如,有球迷,是为了里面的空气移动保持在一个良好的剪辑,促进更快,更甚至是烹饪。同样,搅拌时油煎会导致食品酥和布朗更有效率。

下面是一些通过对流传热的例子:

• 蒸芦笋茎
• 煮饺子的股票
• 炸洋葱圈
• 烧烤猪肉肩
• 一个比萨烤箱中烘烤

辐射通过电磁波传输的能量在空间。别担心,这并不像听起来那么可怕。它不需要任何介质传输。热你的感觉当你坐近火或高于预热锅紧握你的手。太阳的能量将前往地球的真空空间。没有辐射,我们的星球(事实上,宇宙)将在很多麻烦!

关于辐射能要记住的一个重要事实是它衰变(即变弱)的平方反比——能量到达一个对象从辐射能源距离的平方的倒数成正比。例如,试着牵着你的手1英尺远离火,然后把它2英尺远。即使你只翻了一倍的距离,火会觉得只有约四分之一热。

这里有一些辐射传热的例子:

• 烤猪上吐痰热煤
• 烤蒜蓉面包烤焙用具
• 从太阳晒黑
• 烤一些腌制三文鱼

大多数时候,在烹饪中,所有三个传热的方法用于不同的区段。烤架上的汉堡,例如。热的烤栅栏帕蒂直接接触的地方通过传导,迅速布朗宁在那些地点。其余的底面帕蒂是通过辐射煮熟的煤。一块奶酪汉堡和流行的盖子,和对流形式,把热空气从煤的正上方,在汉堡的顶部,融化的奶酪。

您可能注意到,这三种类型的热传递的热量只有表面上的食物。为了让食物煮到中心,外层必须它的热量转移到下一层,等等,直到食物的中心开始热身。正因为如此,大多数熟食的外几乎总是比中央更做得好(有技巧来减少梯度,我们会在时间)。

微波能量传递的唯一的标准方法是我们通常用在厨房里,和他们有独特的穿透能力当加热食物的外观。就像光或热,微波是电磁辐射的一种形式。当微波旨在与磁性物体带电粒子(如,说,水在一块食物),这些粒子迅速来回翻转,产生摩擦,这反过来,产生热量。微波可以穿过最稳固的对象的深度至少几厘米左右。这就是为什么微波是一种特别快的方式加热食物不需要等待相对缓慢的能源从表面到中心的转移。

唷!科学课已经闹够了,对吧?容忍我。事情将变得更有趣!

实验:温度与能量

之间的区别的定义温度和能量的定义是微妙但非常重要。这个实验将演示如何理解的差异可以帮助塑造你的烹饪。

材料

• 1正确校准炉
• 1健全的主体与外部感官设备能正常使用
• 一个3夸脱或平底锅装满水好
• 1)准确即时可见的温度计

过程

打开你的烤箱到200°F,让它预热。现在打开烤箱门,把你手里,保持你的手放进烤箱,直到它变得太热可以承受。这样的硬汉你可能把它至少15秒,对吧?30秒?下去吗?

现在把一锅冷水的炉灶和粘你的手。把燃烧器中高温,让水开始升温。搅拌约用手热,但要小心不要碰锅的底部(锅的底部将热量比水快得多)。保持你的手在那里,直到它变得太热承受,删除你的手,和温度。

结果

大多数人可以握着他们的手在200°F烤箱烘焙前至少30秒左右就令人不安的热。但是放手远高于135°F,锅里的水是痛苦的触摸。水在180°F是热得足以烫伤你,和212°F(沸腾)水将水泡和伤疤你淹没你的手。这是为什么呢?

水的密度比空气就多很多倍的分子在一杯水比一杯空气。尽管水是在烤箱的温度低于空气、热水包含能量远远超过热空气,因此加热你的手更迅速。事实上,沸水更多的能量比空气在一个正常的烤箱烘焙温度、350°- 400°F。在实践中,这意味着煮食物做饭的速度比烘焙或烧烤。同样,食物烤库克在潮湿环境中更快的比在干燥的环境中,因为潮湿的空气的密度比干燥的空气。

——摘录与许可的食品实验室:更好的家庭烹饪通过科学,从w.w.诺顿书无论在哪都受用。