"Een bekeken pot kookt nooit" lijkt misschien de ultieme waarheid tijdens het koken, maar onder de juiste omstandigheden kookt de pot zelfs sneller dan verwacht. Of het nu gaat om kamperen of scheikunde, het voorspellen van het kookpunt kan een uitdaging zijn.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Het bepalen van het kookpunt op basis van druk kan worden bereikt met behulp van vergelijkingen, schattingen, nomografen, online rekenmachines, tabellen en grafieken.
Kookpunt begrijpen
Koken treedt op wanneer de dampdruk van een vloeistof gelijk is aan de luchtdruk van de atmosfeer boven de vloeistof. Op zeeniveau kookt water bijvoorbeeld bij 212 ° F (100 ° C). Naarmate de hoogte toeneemt, neemt de hoeveelheid atmosfeer boven de vloeistof af, waardoor de kooktemperatuur van de vloeistof afneemt. Over het algemeen geldt: hoe lager de atmosferische druk, hoe lager de kooktemperatuur van elke vloeistof. Naast atmosferische druk, heeft de moleculaire structuur en aantrekkingskracht tussen de moleculen van de vloeistof invloed op het kookpunt. Vloeistoffen met zwakke intermoleculaire bindingen koken in het algemeen bij lagere temperaturen dan vloeistoffen met sterke intermoleculaire bindingen.
Kookpunt berekenen
Het berekenen van het kookpunt op basis van druk kan worden gedaan met behulp van verschillende formules. Deze formules variëren in complexiteit en nauwkeurigheid. Over het algemeen zullen eenheden in deze berekeningen in het metrische of System International (SI) -systeem zijn, wat resulteert in temperaturen in graden Celsius (OC). Om te zetten naar Fahrenheit (OF), gebruik de conversie:
T(^oF)=\frac{9}{5}T(^oC)+32
waarbij T temperatuur betekent. Wat atmosferische druk betreft, heffen de drukeenheden elkaar op, dus welke eenheden worden gebruikt, of het nu mmHg, bar, psi of een andere eenheid, is minder belangrijk dan er zeker van te zijn dat alle drukmetingen hetzelfde zijn eenheden.
Een formule voor het berekenen van het kookpunt van water gebruikt het bekende kookpunt op zeeniveau, 100°C, de, atmosferische druk op zeeniveau en de atmosferische druk op het moment en de hoogte waar het koken plaatsvindt plaats.
Op grotere hoogte vereist het lagere kookpunt van water dat voedsel langer wordt gekookt om voldoende interne temperaturen te garanderen. Gebruik voor de veiligheid een vleesthermometer om de temperatuur te controleren.
De Formule:
BP_{corr}=BP_{obs}-(P_{obs}-760\text{ mmHg})\times 0.045^o\text{C/mmHg}
kan worden gebruikt om een onbekende kooktemperatuur voor water te vinden.
In deze formule betekent BPcorr kookpunt op zeeniveau, BPobs de onbekende temperatuur en Pobs de atmosferische druk op de locatie. De waarde 760 mmHg is de standaard atmosferische druk in millimeters kwik op zeeniveau en 0,045OC/mmHg is de geschatte verandering in watertemperatuur met elke millimeter kwikdrukverandering.
Als de atmosferische druk gelijk is aan 600 mmHg en het kookpunt is onbekend bij die druk, dan wordt de vergelijking
100°\text{C}=BP_{obs}-(600\text{ mmHg}-760\text{ mmHg})\times 0.045°\text{C/mmHg}
Het berekenen van de vergelijking geeft:
100°\text{C}=BP_{obs}-(-160\text{ mmHg})\times 0.045°\text{C/mmHg} = BP_{obs}+7.2
De eenheden van mmHg heffen elkaar op, waardoor de eenheden als graden Celsius overblijven. Opgelost voor het kookpunt bij 600 mmHg, wordt de vergelijking:
BP_{obs}=100°\text{C}-7,2°\text{C}=92,8°\text{C}
Dus het kookpunt van water bij 600 mmHg, een hoogte van ongeveer 6400 voet boven zeeniveau, zal 92,8 ° C zijn, of:
92,8\times\frac{9}{5}+32=199°\text{F}
Waarschuwingen
Vergelijkingen voor het berekenen van het kookpunt
De hierboven beschreven vergelijking gebruikt een bekende relatie tussen druk en temperatuur met een bekende verandering in temperatuur met verandering in druk. Andere methoden voor het berekenen van kookpunten van vloeistoffen op basis van atmosferische druk, zoals de Clausius-Clapeyron-vergelijking:
\ln{\frac{P_1}{P_2}}=-\frac{L}{R}\times (\frac{1}{T_1}-\frac{1}{T_2})
aanvullende factoren opnemen. In de Clausius-Clapeyron-vergelijking bijvoorbeeld, bevat de vergelijking de natuurlijke logaritme (ln) van de start druk gedeeld door de einddruk, de latente warmte (L) van het materiaal en de universele gasconstante (R). Latente warmte heeft betrekking op de aantrekkingskracht tussen moleculen, een eigenschap van het materiaal die de verdampingssnelheid beïnvloedt. Materialen met hogere latente warmte hebben meer energie nodig om te koken omdat de moleculen een sterkere aantrekkingskracht op elkaar hebben.
Kookpunt schatten
In het algemeen kan een benadering van de kookpuntdaling voor water worden gemaakt op basis van hoogte. Voor elke 500 voet toename in hoogte, daalt het kookpunt van water met ongeveer 0,9 ° F.
Kookpunt bepalen met behulp van Nomografen
Een nomograaf kan ook worden gebruikt om de kookpunten van vloeistoffen te schatten. Nomografen gebruiken drie schalen om het kookpunt te voorspellen. Een nomograph toont een kookpunttemperatuurschaal, een kookpunttemperatuur op zeeniveau drukschaal en een algemene drukschaal.
Om de nomograph te gebruiken, verbindt u twee bekende waarden met behulp van een liniaal en leest u de onbekende waarde op de derde schaal. Begin met een van de bekende waarden. Als bijvoorbeeld het kookpunt op zeeniveau bekend is en de luchtdruk bekend is, verbindt u die twee punten met een liniaal. Het verlengen van de lijn van de twee met elkaar verbonden bekenden laat zien wat de kookpunttemperatuur op die hoogte zou moeten zijn. Omgekeerd, als de kookpunttemperatuur bekend is en het kookpunt op zeeniveau bekend, gebruik dan een liniaal om de twee punten met elkaar te verbinden, en verleng de lijn om de barometrische druk te vinden.
Online rekenmachines gebruiken
Verschillende online rekenmachines bieden kookpunttemperaturen op verschillende hoogtes. Veel van deze rekenmachines tonen alleen de relatie tussen atmosferische druk en het kookpunt van water, maar andere tonen aanvullende veelvoorkomende verbindingen.
Grafieken en tabellen gebruiken
Er zijn grafieken en tabellen met kookpunten van veel vloeistoffen ontwikkeld. In het geval van de tabellen wordt het kookpunt van de vloeistof weergegeven voor verschillende atmosferische drukken. In sommige gevallen toont de tabel slechts één vloeistof en het kookpunt bij verschillende drukken. In andere gevallen kunnen meerdere vloeistoffen met verschillende drukken worden weergegeven.
Grafieken tonen kookpuntcurven op basis van temperatuur en barometrische druk. De grafieken gebruiken, net als de nomograph, bekende waarden om een curve te creëren of, zoals bij de Clausius-Clapeyron-vergelijking, de natuurlijke logaritme van de druk gebruiken om een rechte lijn te ontwikkelen. De getekende lijn toont de bekende kookpuntrelaties, gegeven een reeks druk- en temperatuurwaarden. Als u één waarde kent, volgt u de waardelijn naar de grafische druk-temperatuurlijn en draait u vervolgens naar de andere as om de onbekende waarde te bepalen.