物理学家终于破解了不粘锅的粘锅之谜

作者: 小雨

来源: 原理

发布日期: 2021-02-07

物理学家通过研究发现,不粘锅中心食物粘连的问题与液体薄膜上的“干燥斑”现象有关,这是由热毛细管对流引起的。研究人员建议通过增加油膜厚度或使用底部更厚的平底锅来解决这一问题。

你经常做饭吗?如果是的话,那你是否注意到过这样一个问题:有时食物总是会粘在锅的中心位置,即使你所使用的锅是包裹了不粘涂层的不粘锅。其实,这个问题与一个普遍存在于自然界和工程中的现象有关,那就是形成于液体薄膜上的“干燥斑”。我们都能看到过,玻璃窗上的一层连续的水膜会突然破裂,留下一片片干燥的区域的。

最早注意到这种现象的是前苏联物理学家 Y. Karetnikov,在一篇于 1954 年发表的论文中,他描述了液体在沿垂直的表面流下时,在液体薄膜上会出现破裂的现象。这种现象几乎无处不在,但对于一些工程设备来说,它会带来一些负面作用。比如在蒸馏塔、工业洗涤器,以及其他一些带有电子元件的设备中,当形成于固体表面的液体薄膜中出现干燥斑时,会导致如电子元件急剧过热,或热传递和质量传递下降等情况。

现在,一篇新发表于《流体物理》杂志上的论文,揭示了液体薄膜在固体表面的破裂过程。在这项研究中,捷克科学院的两名物理学家利用不粘锅,对这一问题进行了测试。他们在一个涂有陶瓷颗粒的不粘锅中加热一层薄薄的葵花籽油,油膜厚度仅为 1.5 毫米。接着,他们用摄像机记录了用最大火力加热葵花籽油的过程,并测量了在葵花籽油中的干燥斑的形成和增长速度。

他们观察到,锅子中的最初连续的葵花籽油薄膜在加热时突然开始破裂,且这个干燥区域是从锅子的中心开始向外延展的,然后很快达到最大直径。接着,他们用涂有聚四氟乙烯(铁氟龙)的平底锅进行了实验,观察到了相同的现象。他们意识到,是由于一种被称为“热毛细管对流”的现象,导致了油膜上出现了干燥斑,而这种热毛细管对流过程,会将油往锅子的边缘“吸”。

研究人员观察到,当超过一定的大小,油膜上的洞就无法再愈合。

对每种液体来说,这个临界点因温度而异。任何超过临界大小的干燥区域都会迅速扩大。研究人员说,现在我们已经很清楚食物为什么会粘在锅的中间了。我们可以采取一些简单的措施来避免这种情况的发生:比如你可以增加油膜厚度,以防止油膜过于薄;又或者你可以使用底部更厚的平底锅,以便更加均匀地传热,防止温度梯度的出现;在不影响烹饪效果的情况下,也可以尝试用适中的火力。

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