CHƯƠNG 5. NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
5.3. TRUYỀN NHIỆT TRONG NẤU ĂN
Nhiệt là nguồn năng lượng cơ bản làm biến đổi thức ăn. Trong bếp lò, nhiệt được truyền đi theo 3 cách chính: dẫn nhiệt (conduction), đối lưu (convection) và bức xạ (radiation).
5.3.1. Dẫn nhiệt
Dẫn nhiệt là sự truyền nhiệt năng từ vật này sang vật khác, từ phần này sang phần khác của vật.
Khi nghiên cứu quá trình dẫn nhiệt trong vật thể, Fourrier đã phát hiện “ Một lượng nhiệt dQ truyền qua một bề mặt dF trong thời gian dτ sẽ tỷ lệ thuận với gradient nhiệt độ, với thời gian và diện tích bề mặt “.
Khi nấu ăn, nồi, chảo được đặt trên bếp lửa, nhiệt di chuyển từ lửa thông qua phần đáy của nồi, chảo hoặc ấm nước vào làm nóng các phần thực phẩm và nước tiếp xúc với đáy nồi. Sau đó, nó tiếp tục lan rộng ra các phần tử xung quanh làm chín thực phẩm hoặc sôi nước.
Độ dẫn nhiệt phụ thuộc nhiều yếu tố như hệ số dẫn nhiệt, nhiệt độ của vật, cấu trúc vật liệu làm nồi và áp suất. Trong đó hệ số dẫn nhiệt là yếu tố quan trọng, do đó khi chọn vật liệu làm bếp, làm nồi phải căn cứ vào hệ số dẫn nhiệt của vật liệu để lựa chọn.
Nói chung, hệ số dẫn nhiệt của các chất đều phụ thuộc vào nhiệt độ, phần lớn hệ số dẫn nhiệt tăng khi nhiệt độ tăng. Đối với vật thể rắn đồng chất, quan hệ giữa hệ số dẫn nhiệt λ và nhiệt độ gần như theo đường thẳng. [1]
λ : hệ số dẫn nhiệt ở 0oC , λo : hệ số dẫn nhiệt ở t oC , b: hệ số nhiệt độ, được xác định bằng thực nghiệm, nó phụ thuộc vào tính chất của vật liệu. t: nhiệt độ làm việc (oC)
Bảng 5.5. Hệ số dẫn nhiệt một số vật liệu
STT Tên vật liệu (W/m0C) Ghi chú
1 Đồng 384
2 Nhôm 203,5
3 Thép 50
4 Chì 34,9
5 Thép không gỉ 23,2
6 Gạch khô 0.35
7 Bê tông 2.1
8 Bê tông xốp 0.08-0.25
9 Nước ở điều kiện bình thường 0.593
10 Không khí đứng yên 0.023
5.3.2. Đối lưu
Đối lưu nhiệt: là quá trình trao đổi nhiệt xảy ra khi có sự dịch chuyển của khối chất lỏng hoặc chất khí trong không gian từ vùng có nhiệt độ này đến vùng có nhiệt độ khác.
Hiện tượng đổi chỗ của các phần tử khí hoặc lỏng xảy ra là do chúng có nhiệt độ khác nhau nên khối lượng riêng khác nhau. Các phần tử có nhiệt độ cao hơn thì khối lượng riêng bé hơn sẽ nổi lên để các phần tử có nhiệt độ thấp hơn thì khối lượng riêng lớn hơn chìm xuống.
Đối lưu chỉ có thể xảy ra trong môi trường chất lỏng hoặc chất khí vì sự truyền nhiệt lượng luôn luôn gắn liền với chuyển động của môi trường.
Quá trình trao đổi nhiệt từ một bề mặt rắn tới môi trường chất lỏng hoặc chất khí và ngược lại được thực hiện đồng thời bằng dẫn nhiệt và đối lưu.
Quá trình đối lưu có thể diễn ra theo 2 cách:
- Đối lưu nhiệt tự nhiên xảy ra khi giữa các phần tử có nhiệt độ khác nhau và có khối lượng riêng khác nhau.
- Đối lưu nhiệt cưỡng bức: Dùng công bên ngoài như bơm, quạt, khuấy trộn,…
để tạo đối lưu. Vận tốc của quá trình đối lưu cưỡng bức lớn hơn rất nhiều lần so với đối lưu tự nhiên.
Như vậy khi ta nấu ăn, nhiệt được truyền từ đáy nồi lên trên nhờ sự đối lưu của các dòng nước và khí di chuyển từ dưới đáy nồi lên trên miệng nồi.
5.3.3. Bức xạ
Bức xạ nhiệt: là kiểu truyền nhiệt đặc biệt bằng tia, tia đó mang năng lượng và vật hấp thu tia đó chuyển năng lượng thành dạng nhiệt.
Một vật có nhiệt độ thì chắc chắc sẽ phát ra tia bức xạ. Vật có nhiệt độ càng cao thì lượng bức xạ phát ra càng lớn.
Một vật có nhiệt độ thấp để gần một vật có nhiệt độ cao, nếu vật có nhiệt độ thấp phát ra tia bức xạ thì vật có nhiệt độ cao vẫn hấp thu tia bức xạ đó (khác với dẫn nhiệt).
Một vật càng đen thì hấp thu tia bức xạ càng nhiều, một vật càng trắng thì phản xạ tia bức xạ càng nhiều. Vật thể nào phản xạ lại toàn bộ tia bức xạ gọi là vật trắng tuyệt đối.
Như vậy khi ta đốt nhiên liệu cháy hoặc khi ta nung nóng các loại vật liệu, chúng sẽ phát ra các tia có nguồn năng lượng và được truyền tới đáy nồi. Đáy nồi sẽ hấp thu nguồn năng lượng đó và chuyển hóa thành nhiệt năng.
Hình 5.4. Quá trình bức xạ nhiệt Các thành phần của năng lượng bức xạ
Qo: dòng chiếu đến; QA: hấp thu ; QR: phản xạ; QD: xuyên qua Q o = Q A + Q R + Q D
Hoặc
= A+R+D =1