Hat a kávé

Ha mikróban melegítesz egy folyadékot – pl. kávét – aztán termoszba öntöd, mennyire lehetsz nyugodt? Meleg marad?

Háát…

Ma reggel – szándékolatlanul – kipróbáltam. Túl sokáig hagytam a press-ben a kávét, kihűlt. (Annyira nem, hogy folyamatosan lehessen inni, de már nem volt tűzforró.) Semmi gond, beraktam a mikróba, visszamelegítettem, majd átborítottam a termoszba. (Ez a normál menet: hosszú kávét szoktam inni, melyet akár egy órán keresztül kortyolok el. Ennyi idő alatt egy sima pohárban bőven kihűl, tehát inkább termoszban tartom és mindig csak egy bő kortynyit borítok a pohárba.)

Még nem is jutottam el odáig, hogy borítsak belőle, de már ekkor elgondolkodtam: vajon mi lesz az eredmény?

Amennyire tudom, a mikrohullámú sütő az tulajdonképpen meghekkeli a fizikát. A hőmérséklet – durva egyszerűsítéssel – az anyagot alkotó mokekulák sebességének az integráltja. Ha az anyaggal energiát közlök, nő a sebesség, nő az integrál -> nő a hőmérséklet. Így melegítünk már több ezer év óta. A mikrohullámú sütő ezzel szemben azt mondja, hogy vízmolekula minden ételben van, tehát ő csak arra koncentrál, hogy ezt a vízmolekulát gyorsítsa be. A kulcs a rezonancia. Mindenki hallott már arról, hogy menetelő katonai alakulat alatt leszakadt a kőhíd. A lábak odacsapkodása minimális energiabefektetés volt, ehhez képest a hatás óriási. A kőhídnak ugyanis van egy saját frekvenciája, mellyel alaphelyzetben rezeg. Ha erre a frekvenciára erősítünk rá, akkor be tudjuk lengetni annyira, hogy szétessen. Ha a vízmolekulát megfelelő frekvenciával – azaz megfelelő ritmusban – tudjuk oldalbabökdösni, akkor begyorsul. Nő a sebessége, nő az integrál, nő a hőmérséklet.

Vigyázat, csúsztattam. A híd nem azért esik szét, mert akkora energiát kapott a katonalábaktól. A rezonancia csak az egyensúlyi állapotából billentette ki, a többit már a gravitáció intézi. De ettől még a hasonlat jogos: a vízmolekulák a mikrohullám hatására ficeregni kezdenek, és bár a hatás nem olyan látványos, mint egy leomló híd esetében, de a hőmérséklet emelkedéséhez pont elég a besugárzott energia. (Ha látványosságra vágysz, tegyél be egy egész főtt tojást a mikróba: a sárgája jobban érzékeny a rezgésre, így kis szerencsével simán fel tudod robbantani a tojást.)

Nézzük akkor a reggeli kísérletet. Megmikróztam a kávét, majd rögtön termoszba öntöttem, aztán egy negyedóra múlva megkóstoltam.
Visszahűlt?
Nem igazán. Pedig az eddigiek alapján azt vártam volna, hogy amint abbamarad a rezegtetés, a molekulák is gyorsan visszanyugszanak az anyag belsejében, függetlenül attól, hogy odakint – mármint az anyag környezetében – mennyire jó a hőszigetelés.

Tulajdonképpen megint csúsztattam. A mikrohullámú sugárzás frekvenciája nem a vízmolekula saját rezgési frekvenciája, mint ahogy az eddig leírtakból következne. Ha csak ennyiről szólna a történet, mint amit eddig írtam, akkor tényleg ennyi lenne a vége is: megszűnik a sugárzás, gyorsan visszahűl az étel. A kulcs az, hogy a mikrohullám hatására a poláros molekulák – különösen azok, amelyekben a molekulák közötti egyéb kötődések jelentősek, lásd hidrogén hídkötés a vízmolekulák esetében – miközben ficeregnek, súrlódnak is. A súrlódás segítségével bejutott energia marad jelen azután is, hogy leállt a sugárzás(1).

(1) Olvastam egy remek hasonlatot, megosztom. Ha hullámzik a tenger és emelgeti a kajakot, attól a kajak energetikai állapota nem sokat változik: ha eláll a hullámzás, ugyanolyan állapotban lesz, mint előtte. De ha úgy kötöttem ki, hogy folyamatosan hozzáér a kikötő betonfalához, akkor a fal egyrészt lereszel belőle egy darabot, másrészt pedig mind a kajak, mind a beton hőmérséklete is megemelkedik, pont a folyamatos súrlódás miatt.

Ezt igazolja pl., hogy a vízgőzt nem lehet tovább melegíteni a mikrohullámú sütőben, dacára annak, hogy a vízmolekula ugyanaz. Csak éppen a másodlagos kötés nincs jelen, a molekulák távol vannak egymástól, nincs súrlódás, így a vízgőz ugyanolyan érzéketlen lesz a sugárzásra, mint az üveg. (A jég esetében pedig sokkal kevésbé hatékony a módszer, hiszen a kristályszerkezet mereven rögzíti egymáshoz a molekulákat – ott az egész kristályt kell mozgatnia a sugárzásnak. A kiolvasztó programok pont ezért működnek úgy, hogy egy ideig sugároznak, aztán kivárnak. Ekkor ugyanis a közben indukált hő – mely a kristályok egymás közti súrlódásában jelentkezik – szétterjed, olvadnak a kristályok, így a következő sugárzási periódus már több vizet fog találni, azaz nő a hatásfoka.)

Ami eleinte félrevezetett, az az a tapasztalat, miszerint a mikróban felmelegített étel hamarabb kihűl, mint a frissen készült. Ez igaz, de az ok más. Egyrészt a mikrohullám leginkább a vízre (kisebb mértékben a zsírokra) hat, a bennük keletkezett hő kerül át hőátadással a sugárzásra kevésbé érzékeny anyagokra. Azaz már a melegítés végén sem lesz egyenletes az étel hőfoka (és akkor még nem is beszéltem arról, hogy a sugárzás eloszlása sem egyenletes, még forgó tányér/forgó hullámtér esetében sem), aztán miközben fogyasztjuk az ételt, úgy oszlik szét a hőmennyiség is, azaz hamarabb langyosodik az egész. Ha teavizet forralok mikróban, akkor az ugyanannyi idő alatt fog kihűlni, mintha vízforralóban forrt volna fel, hiszen egyenletesen tiszta vízről van szó. Az is téves elképzelés, hogy a mikróban kevesebb energiát kap a folyadék, ugyanakkora hőfok eléréshez, így emiatt hűl ki hamarabb. Igaz, hogy gyorsan kapja az energiát, de azért ne becsüljük le a mikrónkat, tolja ő rendesen a naftát. Csak éppen az az anyag belsejében hat, azaz nem kell még külön melegítenie a tárolóeszközt is, így hiába kevesebb az össz energiabefektetés, de a melegítendő anyag azért megkapja a magáét.

Oké, összefoglalva, immár csúsztatások nélkül: a felmelegítés módjától teljesen független a kihűlés módja, még akkor is, ha az a felmelegítés olyan trükkös valami volt, mint a mikrohullám. Az az energia, ami az étel melegítéséhez kellett, így is, úgy is bejutott az anyagba. A termosz ezzel nem foglalkozik és teszi a dolgát, ahogy a fizikaórán tanulta.

6 thoughts on “Hat a kávé

  1. Üdv!

    Meredek volt.
    Örülök, hogy volt időd megírni ezt, mert akkor kicsit ki tudsz kapcsolni.

    Valamint köszönöm a legutóbbi élménybeszámoló leírást, jó volt mint mindíg.

    Proxy5

  2. Azért annyira nem kell aggódni értem. :)
    (Különösen azért nem, mert ha eszembe jut valami marhaság, akkor azt általában megírom, még ha az alvásból is veszem el az időt. Szóval ha hosszú posztok jönnek, az nem azt jelenti, hogy napközben sok időm van, hanem azt, hogy keveset alszom.)

  3. Szakmai ártalom. Valamikor nem csak tanultam ilyesmiket, hanem vizsgáztam is belőlük. A matmodellezés vizsgák a legkeményebb vizsgáim voltak, a Docens úr teljesen kiszámíthatatlan dolgok modellezését dobta fel feladatként. Már a felvezető beszélgetésben is roppant óvatosnak kellett lennünk, nehogy megemlítsünk olyan dolgokat, melyeket nem szerettünk volna modellezni. A kávé és a tea határozottan tiltott szavak voltak, a pálinkafőzésről már nem is beszélve.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *