О чем Эйнштейн рассказал своему повару - Марлен Парриш

«Мы собираемся всей семьей поехать в горы — в город Ла-Пас (Боливия), и из-за значительной высоты над уровнем моря нам придется очень долго кипятить воду для приготовления пищи. Есть ли какие-то практические рекомендации насчет того, сколько времени занимает приготовление пищи на разной высоте над уровнем моря?»

Ла-Пас находится на высоте от 3500 до 4300 м над уровнем моря (в зависимости от того, в какой именно части города вы находитесь). Действительно, на большой высоте вода кипит при более низкой температуре. Почему так происходит? Чтобы вода закипела, давление в пузырьках, образующихся в ней, должно сравняться с атмосферным давлением — но поскольку на высоте давление ниже, то и вода закипает при более низкой температуре, чем обычно.

По мере того как вы поднимаетесь в горы, температура кипения воды падает на 1,9 °C каждые 300 м над уровнем моря. Так что на высоте 3300 м вода будет кипеть при 86 °C. Считается, что температура выше 73 °C достаточно высока для уничтожения большинства микробов, так что в этом плане у вас все будет в порядке.

Трудно давать какие-то конкретные рекомендации насчет того, сколько времени для приготовления еды потребуется, ведь разные продукты готовят по-разному. Я бы предложил поинтересоваться у местных жителей, сколько времени они тратят на приготовление риса, бобов и т. д. Конечно же, вы всегда можете взять скороварку с собой, если будете путешествовать самолетом, и создать таким образом повышенное давление — какое вам захочется.

А вот с выпечкой все обстоит иначе. На большой высоте вода испаряется быстрее, так что в тесто придется добавлять больше воды, чем обычно.

«Мой муж заявляет, что теплая вода закипает позже, чем холодная, потому что на тот момент, когда вы ставите теплую воду на подогрев, в ней происходит процесс остывания. Я думаю, это просто нелепица. Но он проходил в колледже курс физики, а я — нет».

А какая оценка была у него по физике? Очевидно, что здесь интуиция вас не подвела, в отличие от тех знаний, которые ваш муж когда-то получил. Так что вы правы, а он ошибается.

Хотя я могу попытаться угадать его ход мыслей. Могу поспорить, он решил, что здесь речь идет об инерции, потому что если температура какого-нибудь предмета уже падает, то ему — предположительно — понадобятся дополнительное время и усилия, чтобы остановить падение, и затем нужно заставить температуру подниматься. То есть в первую очередь надо убрать понижение температуры.

Это все верно для физических тел, но температура таковым не является. Когда в прогнозе погоды говорят о падении температуры, на самом деле отнюдь не подразумевается падение чего-то в физическом смысле слова, с грохотом и звуком удара.

Температура — всего лишь придуманный человечеством способ отразить среднюю скорость молекул в каком-то веществе; именно эта скорость нагревает вещество — чем быстрее двигаются молекулы, тем горячее предмет. Мы не можем забраться внутрь и измерить скорость каждой отдельно взятой молекулы, поэтому мы выдумали понятие температуры

В кастрюле с горячей водой миллиарды молекул движутся на более высокой скорости, нежели та, на которой эти молекулы передвигаются в кастрюле с холодной водой. Наша задача при нагревании воды в кастрюле — дать этим молекулам больше энергии, чтобы заставить их двигаться еще быстрее — настолько, чтобы вода смогла закипеть. Очевидно, что «теплым» молекулам для этого понадобится меньше добавочной энергии, нежели «холодным», потому что они уже на полпути к финишу, то есть к точке кипения. Так что теплая вода закипит первой.

Однако использовать горячую водопроводную воду для приготовления пищи все же не стоит, и вот по какой причине. В домах старой постройки могут быть медные водопроводные трубы, соединенные с помощью свинцового припоя. Горячая вода может вымывать крошечные частицы свинца, который является ядом кумулятивного действия (то есть он накапливается в организме). Так что всегда лучше использовать для приготовления пищи именно холодную воду. Да, ее придется дольше нагревать до момента закипания, но поскольку так вы можете прожить дольше, то можно и подождать немного ради этого.

«Я и моя жена никак не можем прийти к согласию вот по какому вопросу: закипит ли вода в кастрюле быстрее, если ее накрыть крышкой? Она говорит, что да, закипит быстрее, потому что без крышки большое количество тепла просто теряется. Я считаю, что закипит позже, потому что крышка повышает давление внутри и точка кипения воды тоже возрастает — будто в скороварке. Так кто из нас прав?»

Ваша жена выиграла, хотя вы тоже отчасти правы.

Когда вода в кастрюле нагревается и ее температура поднимается, над ее поверхностью появляется все больше водяного пара. Так получается потому, что все больше молекул воды на ее поверхности получают достаточно энергии, чтобы «сбежать» из жидкости в воздушную среду. Возрастающий объем водяного пара уносит с собой всевозрастающее количество энергии, которая в другом случае была бы потрачена на дальнейшее нагревание воды. Более того, чем ближе точка кипения, тем больше энергии уносит с собой каждая молекула водяного пара и тем важнее становится задача не потерять эти молекулы. Крышка кастрюли частично блокирует потерю всех этих молекул. Чем плотнее прилегает крышка, тем больше «горячих» молекул останется в кастрюле и тем раньше закипит вода.

Ваше же утверждение, согласно которому благодаря крышке повышается давление внутри кастрюли, словно в скороварке, и, таким образом, повышается точка кипения (соответственно, откладывается и собственно момент закипания), теоретически верно, но в реальности все обстоит иначе. Даже плотно прилегающая тяжелая крышка поднимет давление внутри менее чем на 0,1 %, что, в свою очередь, повысит температуру кипения на сотые доли градуса. Получается, что вы скорее отсрочите момент кипения, гипнотизируя кастрюлю взглядом, нежели накрывая ее крышкой.

«Как-то раз я готовила холодец, уваривая бульон из телятины. Мне казалось, что это будет длиться вечно! Почему его так трудно уварить?»

Выпаривание воды кажется самым простым делом в мире. Нет, ну а что: оставьте лужицу воды, и она через некоторое время испарится сама. Но этот процесс занимает время, ведь необходимые для испарения калории сами по себе очень скоро в воду не перейдут, особенно из относительно холодного воздуха комнатной температуры. Даже на кухонной плите, когда газовая горелка отдает множество калорий кастрюле, вам придется кипятить бульон на малом огне более часа, пытаясь выполнить кажущуюся такой простой задачу «уварить до половины объема».

Для того чтобы уварить даже небольшое количество воды, вам понадобится на удивление много тепловой энергии, и вот почему. Молекулы воды крепко «держатся» друг за друга. Поэтому требуется много затрат энергии для того, чтобы отделить их от общей массы жидкости и отправить в воздух в виде водяного пара. Например, для того чтобы выпарить 0,5 л воды, то есть трансформировать ее из жидкости в водяной пар (уже после того, как она достигла точки кипения), ваша газовая плита должна передать этому количеству воды более 250 калорий. Для примера: такое же количество энергии потратит женщина весом 57 кг на подъем по ступенькам лестницы в течение 18 минут без остановок. И все это лишь для того, чтобы выпарить пол-литра воды.