爆米花是我们熟悉的零食,原本紧实的玉米粒,是如何拥有“爆炸头”的呢?这里面又有哪些科学知识呢?
爆炸的原理
要解答上述问题,我们首先要理解爆炸产生的机理。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能量密度(单位体积内蕴藏的能量)。
爆炸的能量来源主要有三种,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,直到轮胎外壁无法承受时,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。在轮胎气体温度升高、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。除此以外,还有依靠原子核反应的爆炸。
玉米粒的“变身”过程
爆米花的制作过程是物理爆炸: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,其内部压力变化可以超出“容器”的承受限度。
爆米花的制作过程与轮胎爆炸十分相似。我们将玉米粒放在锅里加热,在这个过程中,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)。随着温度升高,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无法承受为止。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。
来源:知识就是力量公众号