为什么面包放久了变硬,饼干却变软?

作者: Frions

来源: 中科院物理所

发布日期: 2021-07-23 12:53:53

本文通过问答形式解释了面包和饼干在空气中的不同变化原因,以及电晕放电、超新星爆炸、沙漏计时的原理,最后介绍了1kg单位的定义变化。

研究表明,变质鸡蛋内容物样品中优势菌群主要是变形菌门和厚壁菌门,这两门的细菌里又有极多的小类。各种细菌参与了不同类别的分解鸡蛋内蛋白质的过程。其中,柠檬酸杆菌属的细菌可能通过代谢产生各种胺醇醛酮以及硫化物。芽孢杆菌属可以产生有机氨或者氨气。这些五花八门的细菌大杂烩产生了许许多多各种各样奇奇怪怪的有刺激性气味的气体,硫化氢只是其中的一部分。吲哚、胺、氨气等也是有强烈刺激性气味或者恶臭的气体物质。

因为人类的头在人的上部,楼沿不会对在上部的人的视野形成遮挡。在高处的人往下看的视角如角A所示,而从低处看高处的人能看到的视角如角B所示。看起来差不太多,但是要记住,楼的边缘藏住了站在高处的人的一部分躯体,甚至只露一个眼睛/脑袋,而不会遮挡他们的视线,低处的人看高处的人的视角小于高处的人看低处的人的视角。所以高处的人很容易发现低处的人,而低处的人不容易发现高处的人。

这也就是为什么古人云,“居高临下”,站在高处,不仅视野更好,也不容易被发现。

面包变干变硬主要是由于淀粉的老化,而饼干变软则是由于饼干吸水回潮。面包等米面制品含有大量淀粉。生淀粉中的淀粉分子排列非常紧密,它们通过氢键形成极致密的疏水性微胶粒结构,这种状态的淀粉与酶不易发生反应,难以消化。

当我们将淀粉粒与水共同加热,淀粉分子间的氢键被破坏,在60~70℃变成糊状,此时淀粉的微胶粒结构消失,易与酶反应,容易消化。在温度较高的情况下,淀粉的糊化比较稳定,但当温度降到30℃以下,或接近这个温度时,淀粉分子间的氢键便会恢复成稳定的状态,淀粉分子彼此通过氢键再次相结合,分子之间又逐渐按次序紧密排列起来。与此同时,原来所含的水分逐渐被排挤出来而减少。

这时,原本松软可口的馒头面包就会变得“坚不可摧”。

这是由于电晕放电。电晕放电是指气体介质在不均匀电场中的局部自持放电。常压下,空气的电离场强约为20-30KV/cm,在高压线附近,导体表面的电场强度达到这个数量级时,其附近的气体介质就会被局部击穿而发生电晕放电现象,这种现象一般发生在曲率半径较小的电极附近,例如高压传输线和同轴圆筒所包围导线的表面。

在电晕放电中,伴随着空气分子的游离、复合、激励与反激励等过程,电晕放电会有声、光、热效应,表现为发出“嘶嘶”的声音,有时会有微弱的辉光以及周围温度上升等。你听到的声音大概就是电晕放电的声效应。

同样是爆炸,此爆炸非彼爆炸,爆炸和爆炸之间的区别很大。我们先复习一下比如炸药爆炸、粉尘爆炸、气体爆炸之类爆炸的共通点。

这些爆炸基本都是化学反应,发光和发热来自于化学反应,这些反应在短时间内由反应自身发出的热量而自持进行,放出大量可见光和热形成“爆炸”。在这样的反应中,反应和发热发光是同步的。但是超新星爆炸却并不是这样。超新星的种类不同,爆炸的机制也有区别。超新星爆发是一个持续时间很长且相当复杂的过程,在这里没办法详细论述。总体来说,超新星的爆炸和发光是分离的。

爆炸中的核反应发生的时间较短,而发光主要来自于爆炸之后的残余物和抛出物。

在比较长的时间尺度上看,沙粒的下落基本是均匀的。不过留心观察会发现,沙子下落时并不像水流那么顺滑,而是以粗细并不均匀的“沙流”下落。这种不均匀流动是气体压强的变化导致的。沙子的下落阻碍了上下两层之间的气体流动,当上层的沙粒减少时气体体积增大压强随之降低,而下层的压强反之会升高,压强差使沙流减速。沙流减速后气体流动改善,压强差减小,沙流再次加速,压强差增大,由此循环往复产生类似振荡的效果。

使用实体记录1kg单位的方法已经是老黄历了。在1889,科学家们搞了一个标准物体来标定1kg的重量。就是这个玩意儿:但是这个东西的质量可能会因为氧化呀磨损啊什么的改变,时间久了说不定就不准了,所以在2019年被淘汰了。因为,我们希望得到一个质量不会改变的“标准件”,最好使用宇宙中不会改变的那些东西-物理学常数来表达我们的标准。在新的定义中,质量的定义只使用了物理学常数,脱离了一切具体的实物。

在2018年的国际会议上人们以下图所示的方式定义1kg(2019年生效):这些物理量可能看起来稍微有点乱,文字总结一下就是1kg的定义使用了:普朗克常数h(单位kg·m^2/s),原子钟振动的频率ν(单位1/s)和光速c(单位m/s)。通过组合这三个量hν/c^2,就可以得到单位为kg的物理量了。

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