Tại sao thực phẩm bị khô trong tủ lạnh?

44

E. Palitnik
Có thức ăn nào còn sót lại trong tủ lạnh không?

Chính xác hơn, câu hỏi sẽ phải được đặt ra như sau: “Thực phẩm trong tủ lạnh thường khô nhanh hơn ngoài trời bao nhiêu?” Hãy thử tìm hiểu điều này.

Hãy bắt đầu với hai sự thật mà bạn chắc chắn đã biết:

1. Không khí lạnh là một menu mềm (hãy nhớ tại sao?).
2. Không khí càng mịn thì càng có nhiều nước ở dạng hơi nước có thể hiện diện trong đó. Làm thế nào điều này có thể được giải thích?

Theo quy luật, không khí tiếp xúc với một số vùng nước thoáng đãng. Trong nước ở bất kỳ nhiệt độ nào nó sẽ tìm thấy các phân tử có thể bay ra khỏi mặt nước và tạo thành hơi nước. Đồng thời với quá trình bay hơi cũng xảy ra quá trình chuyển đổi ngược của các phân tử từ hơi sang lỏng (ngưng tụ). Rõ ràng, mật độ hơi càng cao thì quá trình ngưng tụ càng tích cực. Nếu sự bay hơi của nước xảy ra với một thể tích hạn chế (ví dụ, trong một bình kín), thì chắc chắn sẽ đến lúc số lượng phân tử rời khỏi chất lỏng bằng số lượng phân tử quay trở lại. Trong trường hợp này, họ nói rằng trạng thái cân bằng xảy ra giữa chất lỏng và hơi của nó (lượng chất lỏng và hơi không còn thay đổi). Hơi nước ở trạng thái này được gọi là bão hòa, do đó nhấn mạnh rằng trong điều kiện không đổi, không thể bay hơi thêm được nữa.

Rõ ràng là nhiệt độ càng cao thì nước bốc hơi càng mạnh và do đó mật độ của hơi nước phải đảm bảo để trạng thái cân bằng xảy ra. Nói cách khác, nhiệt độ càng cao thì càng có nhiều hơi nước có thể chứa trong một thể tích không khí nhất định. Ví dụ, ở 20°C trong một căn phòng có diện tích 12 mét vuông và cao 3 m, khoảng 600 g nước có thể ở dạng hơi nước và ở 100°C - khoảng 20 kg!

Độ ẩm không khí (hàm lượng hơi nước nhất định trong không khí) thường được đặc trưng bằng một đại lượng vật lý đặc biệt - độ ẩm tương đối. Độ ẩm không khí tương đối là tỷ số giữa khối lượng hơi nước chứa trong 1 m³ không khí với khối lượng hơi nước tối đa có trong thể tích này ở nhiệt độ nhất định. Tỷ lệ này thường được biểu thị dưới dạng phần trăm. Nếu lượng hơi nước trong không khí không thay đổi và nhiệt độ không khí tăng thì độ ẩm tương đối sẽ giảm. Và trên-

45

vòng quay: khi không khí nguội đi, độ ẩm tương đối của nó tăng lên. Ngay khi đạt 100%, hơi nước bắt đầu ngưng tụ, hơi nước “thừa” sẽ biến thành sương hoặc thứ gì khác.

Bây giờ hãy xem không khí bên trong tủ lạnh hoạt động như thế nào. Tất cả các tủ lạnh đều có ngăn đá phía trên. Buồng không khí làm mát của không khí đi xuống. Khi nó tiếp xúc với thành tủ lạnh và thức ăn, nó sẽ nóng lên. Đồng thời, độ ẩm tương đối của nó giảm và khả năng hấp thụ nước tăng lên. Sau khi đun nóng và lấy đi một ít nước khỏi thực phẩm, không khí sẽ bay lên ngăn đông. Ở đây nó được làm lạnh đến nhiệt độ ban đầu, nhưng độ ẩm lại cao hơn ban đầu (do nước lấy từ sản phẩm). Sau một số chu kỳ nhất định, độ ẩm không khí tăng lên đến mức khi đến gần tủ đông, anh ta sẽ buộc phải để lại một ít nước trên buồng dưới dạng “trầm tích” - giọt nước hoặc tinh thể băng.

Vì vậy, với sự trợ giúp của không khí, nước “di chuyển” từ vật thể ấm hơn sang vật thể lạnh hơn - từ thực phẩm đến tủ đông. Trong trường hợp này, quá trình truyền nhiệt rất hiệu quả xảy ra: trong quá trình bay hơi, một lượng nhiệt nhất định từ sản phẩm được truyền vào không khí và trong quá trình ngưng tụ, nó được lấy từ không khí và chuyển vào tủ đông. Tất nhiên, nước sẽ dễ dàng được lấy đi từ những vật thể nóng hơn. Ví dụ, để làm bay hơi 12 nước ở nhiệt độ 0oC, lượng nhiệt cần thiết là khoảng 2,59·10³ JS và ở 50°C - 2,38·10³ JS. (Cùng một lượng nhiệt được giải phóng trong quá trình ngưng tụ.)

Một câu hỏi tự nhiên có thể được đặt ra: các vật “khô” được làm mát như thế nào? Rốt cuộc, trong trường hợp này không có sự chuyển giao nước và chuyển giao năng lượng liên quan! Điều này thực sự đúng. Nhưng vẫn còn một quá trình trang bị thêm nữa - khi làm mát và sưởi ấm không khí tuần hoàn. Đúng là đồ vật “khô” nguội đi khi nóng chậm hơn đồ vật “ướt”.

Bây giờ hãy thử tự trả lời những câu hỏi sau:

1. Khi bạn hít thở cái lạnh, sương mù và những thứ khác xuất hiện. Tại sao?
2. Tại sao kính của tôi bị mờ khi tôi vào nhà vì lạnh? Tại sao kính “đổ mồ hôi” khi trời lạnh?
3. Tại sao vòi hoa sen thường xuyên rỉ nước từ trần nhà và từ đường ống lạnh, trong khi đường ống nước nóng lại bị khô?