估测高压锅内的水温知识讲解.doc

估测高压锅内的水温

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估测高压锅内的水温
一、研究背景
高压锅的出现，源于300多年前，随着生活水平的提高以及社会经济与文化的进步发展，高压锅的应用在人们的生活中占据的地位越来越突出，己经与我们的生活密切相关。因此，了解高压锅的构造、使用方法等是生活实践能力的一种体现。同时，就高压锅而言，无论高压锅的材料还是高压锅的自身构造特征或是高压锅的使用过程，都涉及到了物理学的知识，例如，材料学、热学、力学等。在日常生活中，使用高压锅的过程中，经常发生危险事件，特别是高压锅内的水的沸点温度是很高的，但到底比普通锅中的水的沸点温度高多少呢?如何能够估测出高压锅内的水的温度，成为一个研究课题，充分体现了物理与生活实际的联系，对我们提高理论联系实际的能力以及实践分析能力都具有重要的意义。
    二、课题的目的及意义
    （一）目的：了解高压锅的发明以及发展过程，分析高压锅的结构原理，运用物理学知识解决人们使用高压锅的弊端以及由此造成的危险，真正使高压锅成为日常生活中的安全生活用品。
    （二）意义：加强物理与实际生活的联系能力，加深对物理知识的了解，激发我们学习物理的兴趣以及创造能力。
    （三）研究内容：研究高压锅的历史、种类、结构、优点以及估测高压锅内的水温的方法，分析高压锅与物理学的关系，并运用物理学知识加以理解。
    （四）研究方法及步骤：
    资料收集阶段：第1--2周，到商场以及家庭中调查，获取一些高压锅的相关资料，了解对高压锅的认识。
    实际研究阶段：第3--6周，到高压锅生产厂家，请教高压锅的相关生产问题，做深入研究调查。
    理论讨论阶段：第7--10周，在实验的基础上整理资料，得出结论。
    活动所需的条件：图书资料、电脑、实验设备、各种高压锅。
    预期成果：调研报告
    表达形式：文字、图片
    具体安排：
    第1—2周：确立选题，开题研究；
    第3周：到商场、厂家、图书馆、互联网上获取一些关于高压锅的资料；
    第4——6周：进行实验，写出结论；
    第7——9周：整理结论、理论探讨；
    第10周：完成调查报告。
    三、研究结果
    （一）高压锅的发明历程                                              
    三百多年前，法国有个名叫丹尼斯·巴本的人，他是一个物理学家，也是一个医生，还是一个机械师。由于那时法国国王亨利四世对新教徒的迫害，巴本不得已逃往国外。在跋山涉水的路途中，他发现：在高山上煮马铃薯时，尽管锅里的水哗哗地沸腾，马铃薯还是煮不软。在帕斯卡由实验证实的“高山上的大气压比海平面低”的启示下，巴本猜想：液体的沸点是否随大气压的减小而降低呢?到了国外以后，他便从事这方面的研究工作。终于用实验证实了“液体的沸点随大气压强的减小而降低”的猜想。
    巴本进一步想，如果把问题倒过来，用人工加压的方法增大气压，那么水的沸点不就会升高了吗？1681年，巴本根据这个道理设计并制成了世界上第一个高压锅，当时人们把它叫做巴本锅。巴本锅有内外两层，内层里放要煮的食物，外层是密封的，锅盖更是经过严格选择的，以此控制外层锅里的气压。为了更加安全，锅的外围还特地加上了金属罩。
据说，巴本访问英国时，在英国国王查尔斯二世的要求下，曾作了一次表演，用巴本锅煮肉，不仅省时间，而且就连坚硬的骨头，也能煮得像奶酪一样松软。
当前，我国市场上出售的压力锅，工作压强约为帕，水的沸点是124℃。用它来焖饭比用普通锅节约时间。在工厂里也要用高压锅炉，有些热电厂的中型锅炉内，压强高达帕，水的沸点为249℃，用这样的高温高压蒸汽推动蒸汽轮机发电。
    （二）高压锅的原理
    水的沸点受气压影响，气压越高，沸点越高。在高山、高原上，气压不到1个大气压，不到100℃水就能沸腾。在气压大于1个大气压时，水就要在高于100℃时才会沸腾。人们现在常用的高压锅就是利用这个原理设计的。高压锅把水相当紧密地封闭起来，水受热蒸发产生的蒸汽不能扩散到空气中，只能保留在高压锅内，就使高压锅内部的气压高于1个大气压，也使水要在高于100℃时才沸腾，这样高压锅内部就形成高温高压的环境，饭就容易很快做熟了。当然，高压锅内的压力不会无限地上升，高压锅的排气装置会在气压达到一定程度时把蒸汽排出，保证使用安全。
    （三）高压锅的外形以及构造
    如下图乙所示。高压锅主要由锅体、锅盖（锅盖上有限压阀、排气孔、活塞）组成。

    （四）高压锅的分类
    高压锅按材料构成分为不锈钢高压锅、铝制高压锅等；按使用的能源种类分为电高压锅、非电高压锅等。
    （五）估测高压锅内的水温的方法
家庭常用的高压锅(如图甲所示)与普通锅主要不同之处在于它的密封性好。如图乙所示的是高压锅的结构示意图，它的盖子上有三个气孔，带有活塞的气孔1使锅内与外界连通，此时锅内气压与外界大气压相等(外界大气压为)。当锅内温度升高到100℃时，锅内气体会把气孔1的活塞顶起，这时锅就被密封。锅内温度继续升高，气体压强增大，当压强增至最大值时，气体就会冲开气孔2上的限压阀。气孔3正常情况下无作用，图乙中未画出。锅内气压一般每增加水的沸点就相应增加1℃。锅内水的初始温度相当于室温。限压阀被冲开前，锅内水在升温阶段单位时间内升高的温度相同。

    如果知道此高压锅的限压阀的质量和气孔2的面积，根据力学中的平衡条件就可以估测出高压锅内的水的温度。例如，假设此高压锅限压阀的质量为70g，气孔2的面积为，则锅内的最高温度可达到多少？（g取lON /㎏,结果保留整数)
以限压阀为研究对象，根据平衡条件有     mg +pos=p′锅内s
所以 
所以锅内最高温度为      
若“压强每增加Pa，水的沸点相应增加l℃”这一条件以及限压阀的质和气孔2的面积未知，采用一只手表及题中的其他条件，也能估测出锅内的最高温度。
    锅内最高温度为   
    其中 为从开始加热至气孔1中活塞被顶起的时间，   为从活塞1被顶起至限压阀被顶起的时间。
   （六）高压锅使用的方法以及需要注意的问题
    1．使用压力锅前应读懂说明书，按说明书要求，一般食物和水不得超过锅身高度3/4；煮豆类、干玉米、海带类易于胀大的食物不得超过锅身高度1/2。"并检查锅盖上限压阀排汽孔是否畅通无阻，清洗干净防堵罩、安全阀(或防爆易熔片孔)。
    2．用压力锅煮稀饭、煲骨头汤时，要密切控制火候。火力不宜太大，当锅顶限压阀冒汽时，应调小火候煮到合适时间。切忌离开厨房太远去做别的事情，以免使压力锅温度失控，发生事故。从安全角度看，最好是使用三保险新式压力锅。在煲骨头汤和煮粥时，不等沸腾，就应适当地调小火，以免锅一下沸腾引起超压。
   3．打开压力锅盖前，要采用自然冷却或冷水强制降温后，先缓缓提高限压阀盖，听到“嘶嘶”的排汽声，等锅内压力全部排泄完，方能慢慢开盖。有的人煮好稀饭后，不等降温泄压就急忙开盖，“膨”的一声热稀饭飞出，被烫得一手一脸水泡。有的人虽采用冷水强制降温，拿开限压阀盖后，没有听到“嘶”的排汽声，就扛开盖子，这也是很危险的，有时因排汽孔堵塞，压力没有释放，盲目开盖容易引发烫伤事故。
    4．应注意压力锅安全使用年限。按厂家规定，压力锅安全使用年限为8年，超过年限只能作为普通锅使用了。
    5．压力锅爆炸变形后，不宜再作为压力锅使用，只能作为普通锅使用。有的人为了节省钱，将爆炸变形后的压力锅拿去敲打恢复原状后重新作为压力锅使用，这是很危险的。压力锅爆炸变形后，已破坏了锅身的强度，不能再承受压力了。就好像一位中老年人，腰椎不幸折断，虽经接好，但已不能象过去再挑百斤重担了。
    （七）高压锅的优点及利用
      高压锅随着人们的生活需要己进了千家万户的厨房。同时高压锅也是野外生活（尤其是在高海拔地区）必不可少的炊事用具。它的最大优点是节省时间和燃料。与普通铝铁锅相比，蒸煮同样的食物，节约2/3的时间和燃料。这也是野外活动最可取之处。
利用高压锅可以做出许多美味可口的饭菜。-在这里根据我们多年在西藏和新疆等地区活动中使用的经验，介绍几种在野外或高海拔地区用高压锅烹制食物的方法：
    1．高压锅煮饺子：高压锅内的水烧开后，加少许盐，将包好的饺子下锅，不要盖锅盖，待水沸腾饺子完全漂浮在水面上后，将高压锅盖上，并压上压力阀。大火煮3～5分钟，待有蒸气冲出后，把锅端下迅速冷却，这样煮出的饺子不破、不粘牙。
    2．高压锅做烙饼：高压锅用中火烧热，在锅底抹一层油。将做好的生饼放入锅内，随即盖上锅盖和压力阀，火减至微火，过两分钟后，去阀开盖，把饼铲起，再往锅底抹一层油，烙另一面。用高压锅烙出的饼，色黄、味香、皮脆、好吃。在野外也可用烧过的余炭火，将高压锅放在炭火上。按上述办法烙饼可以节省燃料，有易掌握烙饼的火候。
    3．高压锅煎锅贴:高压锅烧热后倒入适量的油。然后将包好的生锅贴均匀地摆放在锅底，用小火烧约1分钟后，加入少许温开水、醋、油调成的醋油水，迅速盖上锅盖和压力阀，再用中火烤3～5分钟即可出锅。这样煎出的锅贴底部焦黄、皮馅软嫩，比用平底锅或饼档烙锅贴速度快、味道好。
    4．高压锅蒸馒头：在高压锅内放入适量的水（水量约为锅底至屉距离的1/2），水烧开后，在铺好屉布(或在屉上抹一层油)的底屉上，间隔地摆放馒头生坯。然后，盖上高压锅盖，但不要加压力阀（如在盖锅盖的同时加压力阀，馒头发不起来，蒸出的馒头是一个硬面团）。用旺火烧开，自顶眼处蒸气连续外冒算起，10-13分钟后加压力阀，同时减为小火继续蒸，待压力阀被蒸气顶起放气4-5分钟后，把压力阀取下，再蒸1-2分钟，即可离火，待蒸气放尽后开锅。
    5．高压锅烤发糕：将发酵剂用温水调开后加入面粉，和至面不粘手为止（面宜软不宜硬），将备好的果料、油、糖、香精等揉进面团，做成一厚饼待用。把高压锅擦净，放入适量熟猪油，用旺火将锅加热至油融化离火，一边将高压锅倾斜转动，使锅底和锅壁均匀沾油，一边用冷水浇锅外壁，使油在锅内凝固。然后将以做好的面饼放入锅内，发酵约一小时左右，盖上锅盖和压力阀，用文火烤约20分钟，然后打开锅盖将面饼翻个面，再盖上锅盖和压力阀，用文火再烤20分钟，松软可口的发糕就做成了。同样的方法也可烤制小面包，烤制小面包所用的时间适当缩短，每面只需烤3-5分钟即可。
    6．高压锅热剩饭：用高压锅热剩饭比用一般铝锅效果好。将剩饭倒入高压锅内，用锅铲压散，根据饭量多少沿锅边加适量的水，用中火加热，盖上锅盖和压力阀，待有蒸气冲出后停火，3-5分钟后即可开盖食用。这样热剩饭，不仅省时间，而且饭味和新做的饭一样香。
    高压锅除了用于做主食之外，还可用来炒、蒸、煮可口的菜。用高压锅烛肉或鸡等比用普通锅省时省燃料，且味道鲜美可口。但忌用高压锅炸制食物，尤其是盖上锅盖和压力阀炸制食物，易发生意外事故。
    目前市场上高压锅品种较多，选用高压锅要根据实际需要量选用，一般5-6人的小型队伍，可选用直径22-24cm高压锅为宜。大型队伍可选用高原地区部队使用的1号-3号高压锅。

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