文档介绍：第三节传热学基本原理
食物制熟过程中的传热学,涉及热量传递的方法和承担传热任务的介质两个方面的知识。
一、经典的热量传递方式
只要有温度差存在的地方,就会有热量自发地从高温物体或区域传向低温物体或区域。烹调的传热方式有传导、对流和辐射三种。
●温度差即温差----即食物有生到熟是食物吸收了一定的热量,而事物能吸收热量一定有种“推动力”,这种推动力就是温差。
●热传递---由于温差的存在,热量才会从高到底地传递下去,这种传递过程就是热传递。
●热阻---由于在热量传递中遇到阻力,这种阻力称热阻。I=UR
●热传递的方式--传导、对流和辐射
(一)热传导
热传导—指导热物体各部分没有相对位移,或不同物体直接接触时,因组成该物体的各物质的分子、原子和自由电子等微观粒子的额外运动而发生的热量传递现象。
从理论上讲,热传导可以在固体、液体和气体中进行,但是在地球引力场内,单纯的热传导只能在结构紧密的固体中进行。因在液体和气体中,只要有温度差存在,液体分子的移动和气体分子的扩散就不可避免,从而产生对流现象。也就是说,在液体中,热量的传递是以传导和对流两种方式同时进行。
Q=λA△t/δ
(二)热对流
对流—在液体(包括液体和气体)的运动中,热量从高温区域移向低温区域的现象。
在烹调中,单纯在流体之间进行的的热交换即纯对流现象并不是主要的,通常都是温度高的固体把热量传递到与之接触的流体中去,这样就出现了对流和传导同时存在的热交换现象。
典型的现象如:电水壶烧开水,电热元件产热后,传递到水中,使一部分水分子受热温度升高而流向低温区,同时低温区的水分子又立刻补充到高温区继续受热,于是对流现象产生。
单纯的对流现象:将一壶开水到入冷水桶中,此时所产生的热传递方式是典型的对流过程。
Q=аA△t
(三)热辐射
热辐射——是物质在高温状态(包括燃烧和其他激烈化学反应和核反应)下以光子的形式(电磁波)发射能量的过程。 Q=σ₀АТ⁴
根据爱因斯坦质能关系式:E=mc² E表示能量,m表示物质质量,c表示光速(30万km/s)。
在热传递中传导和对流所涉及到的物质,它们的运动速度远远低于光速,即使像自由电子这样的基本粒子,我们仍可以计算它的静止质量。可作为辐射方式的传能物质是静止质量等于零的一种叫做
光子的物质,光子的运动速度等于光速,这便是一类叫做电磁波(俗称射线)的物质,它们一方面具有和质子、中子、电子等相似的微粒性质;另一方面又表现出一定运动频率(或波长)的波动性质,这便是波粒二象性,是现代物理学中量子理论的基础。因此辐射现象蕴涵者很深的物理学原理和奥妙的自然规律。
(四)、热容量
温度---仅表示分子运动的程度,如100度与50度,只能说明100度比50度更热,并不能说明传热的多少。
热量---只不过是度量物体能量改变的物理量,即改变的数量。
♠与物体的质量有关:1公斤肉与2公斤肉,热量不同
♠与物体的性质有关:1公斤肉与1公斤青菜,热量不同。
♠热容量----表示使物体温度升高1度所需要的热量,表达式为
Q=cm(T₂-T₁)
二、烹饪操作中常用的传热介质
(一)水
在烹饪技术中,水是最常用的传热介质,这是因为:
1、/(g ∙℃):(0 ℃下的水),因而能储存大量的热量,投入原料后,整个物料体系的温度不至于下降过快,便于原料成熟。
2、水的导热性能好: 0 ℃的冰水,/(g ∙ K
);45 ℃时的水, /(g ∙ K);100 ℃时的蒸气, /(g ∙ K)。所以,水经加热,立即发生对流,使整个容器内所有的物料处在均匀的温度场中。
3、水是化学性质稳定,又是人体的重要营养物质,无毒无害。
4、水是无色无味的液体,能溶解多种物质,对食品的风味不会产生影响,但要防止水溶性维生素流失。
5、水是最廉价的传热介质,但要合理运用。
(二)、水蒸气
水的沸腾温度在101325Pa时为100 ℃,若压力不变,超过100 ℃便完全汽化为水蒸气,水蒸气也常被作为传热介质。是因为:
1、水蒸气传热冷却后无任何污染。
2、水蒸气的饱和温度随饱和蒸气压而改变,因此传热的温度范围大于液态水。
3、水蒸气不受任何容器及形状的限制,适合于任何形状和任意大小的原料。
4、只要温度稳定,没有冷凝水产生,就不会造成营养素和风味物质的流失,也不会对食物造成污染。
5、传热均匀,主要的传热方式是对流。
水蒸气和蒸气压与饱和温度的关系
饱和蒸气压/Pa
101325
202650
303975
饱和温度/℃