爆炸是一种能量快速释放的过程,即积蓄在一个小范围内的能量迅速释放到更为广阔的空间之中。想要产生爆炸,那么首先爆炸的物体应该具有较高的单位体积内的包含的能量(单位体积内蕴藏的能量)。
爆炸的能量来源主要有3种,一种是化学反应,例如烟花的爆炸;另一种是物理现象,例如因高温暴晒导致的轮胎爆炸、因气压阀堵塞导致的高压锅爆炸等。
以轮胎为例,大量气体被压缩在一个体积较小的轮胎中,高温暴晒使气体膨胀。但受轮胎外壁的限制,气体无法自由膨胀,这使得轮胎内部压力逐渐升高,直到轮胎外壁没办法承受时,就会“砰”地一声炸裂。
此现象也可从工程热力学的角度来说明。在工程热力学中,我们将物质系统能量的大小表示为焓(hán)值的高低。在轮胎气体温度上升、压力增大时,系统能量升高,焓值变大;在轮胎爆炸时,气体对外做功,焓值减小。
爆米花的制作的步骤是物理爆炸。首先,外层有一个限制体积变化的压力“容器”,即玉米的果皮和种皮;其次,内部压力可以不断升高;最后,也是最重要的是,其内部压力变化能超出“容器”的承受限度。
爆米花的制作的步骤与轮胎爆炸十分相似。我们将玉米粒放在锅里加热,在这样的一个过程中,玉米粒胚乳中的淀粉与水的混合物不断积蓄能量(焓值升高)。随着温度上升,混合物会逐渐膨胀。但是,由于玉米粒果皮与种皮的限制,混合物无法肆意膨胀,这就导致其内部压力不断升高,直到压力增大到玉米粒果皮与种皮没办法承受为止。此时,滚烫的淀粉与水蒸气瞬间突破玉米粒果皮与种皮的限制,向外部喷射出来(焓值降低)。随着体积膨胀,以及与外部冷空气作用,滚烫的混合物瞬间冷却并定型,形成爆米花。这其中还包含另外一个反应——膨化,即淀粉在加压、加热后,突然卸除外力和热源,使其迅速膨胀的过程。
(1)准备100克干玉米粒(含水量不宜太高,13%~14%之间为宜),50克食用油(不一样的种类的油会影响最终制作出的爆米花的口味),50克白砂糖(根据自己喜好可以增减),30克左右的黄油(没有也无妨)。
(2)小火将黄油融化,关火。静置几分钟,待温度降低后,将食用油、玉米粒、白糖倒入锅中,并将它们进行充分搅拌,使得每一粒玉米均匀地包裹上食用油与白糖。
(3)开大火加温,并不断搅拌。等有玉米开始爆开时,盖上锅盖,改为小火,并晃动锅体,使玉米粒受热均匀。注意,要及时盖上锅盖,以免被飞起的爆米花烫伤。
(4)等待锅中“噼里啪啦”的声音变少,关火稍等片刻,你就收获了满满一锅的爆米花。
美味的爆米花里竟藏着这么多科学知识!可见,只要时刻保持好奇心,多读书、多思考、多问几个为什么,生活中再微小的事物都能是我们的“良师”!
本文来自《知识 就是力量》杂志,原文《爆个米花》, 文图 / 史金阳(中国科学院近代物理研究所),有删改,原创作品转载请注明来源。
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