Elegant grillen: Warum verfolgt mich immer der Rauch?

Autor: New Media Center des Instituts für Physik, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Gutachter: Luo Huiqian, Associate Researcher, Institut für Physik, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Im tiefsten Winter ist es ein ganz besonderes Vergnügen, mit Freunden einen Hotpot zu essen. Wenn es draußen schneit, können Sie im Haus am Fenster sitzen, das Essen und die Wärme genießen und voller Freude auf dieses Festmahl warten. Der Dampf aus dem Hotpot steigt senkrecht nach oben und alles sieht noch schöner aus.

Doch während Sie eine so entspannende und schöne Zeit genießen, kommt Ihnen aus irgendeinem Grund immer wieder der Nebel aus dem Topf ins Gesicht.

Es gab keinen Ausweg. Sie, der Sie eine Brille trugen, standen auf. Obwohl Sie sehr widerwillig waren, mussten Sie hilflos auf einen anderen Platz wechseln, in der Hoffnung, Ihren Kompromiss mit dem Nebel gegen langfristigen Komfort einzutauschen. Sie setzten sich wieder hin und ein glückliches Lächeln erschien wieder auf Ihrem Gesicht. Doch in diesem Moment folgte Ihnen plötzlich der Nebel, als wäre er von Ihnen fasziniert. Diesmal waren Sie schließlich verärgert und begannen sich zu beschweren, warum der Rauch überall hinzog, wo Sie waren. Sie haben Ihre Essstäbchen niedergelegt und wollten (den Herausgeber anrufen) anfangen (Ihnen helfen), über diese lästige Frage nachzudenken: Waren Sie in Ihrem früheren Leben eine Dunstabzugshaube?

Nein, nein, nein, tatsächlich können ähnliche Probleme auch beim Grillen im Freien auftreten. Sehr schön erscheint beispielsweise folgende Situation:

Doch langsam geriet die Situation außer Kontrolle:

Immer wenn so etwas passiert, fragen sich die Freunde, die zusammen grillen: Sind alle zusammen verflucht? Oder bin ich der wiedergeborene Gott des Rauchs?

Nein, wir glauben nicht an Metaphysik, wir glauben an die Wissenschaft. Flüche können gebrochen werden, die Gesetze der Physik jedoch nicht. Heute werde ich mit Ihnen besprechen, warum solche hilflosen Dinge wie „Ich bin derselbe“ überall auf der Welt passieren und wie man ein elegantes Barbecue im Freien veranstaltet .

Zunächst einmal: Warum entsteht Rauch? Wir können uns Rauch als eine Ansammlung unvollständig verbrannter Partikel (einschließlich fester Partikel, kleiner Tröpfchen und Gase usw.) vorstellen, wenn brennbare Materialien (wie Holz) brennen. Da diese Partikel zu klein sind, um vom menschlichen Auge direkt gesehen zu werden, nehmen wir sie als Rauch wahr, wenn sie sich ansammeln.

Gleichzeitig wird bei der Verbrennung auch eine große Menge Wärme freigesetzt, und die nahegelegenen Luftmoleküle absorbieren die Wärme und beginnen, sich schneller zu bewegen.

Da die Temperatur lediglich eine physikalische Größe ist, die den Grad der Hitze oder Kälte eines Objekts darstellt, handelt es sich aus mikroskopischer Sicht um die Intensität der thermischen Bewegung der Moleküle des Objekts. Aus makroskopischer Sicht bedeutet dies, dass die Luft um die Flamme herum beginnt, sich zu erhitzen. Diese nahegelegenen, erhitzten Luftmoleküle verfügen über eine größere kinetische Energie und kollidieren mit ihren weit entfernten, sich langsam bewegenden Nachbarmolekülen, wodurch diese an einen weit entfernten Ort in die entgegengesetzte Bewegungsrichtung geschleudert werden.

Dadurch wird in der Nähe der Flamme ein Raum frei, wodurch sich die heiße Luft in der Nähe der Wärmequelle weiter ausdehnen kann. Diese Kettenreaktion führt dazu , dass die Luftdichte in der Nähe der Flamme geringer ist als die Dichte der umgebenden Luft etwas weiter davon entfernt . Manche Freunde fragen sich vielleicht, warum das passiert.

Wir können uns an das ideale Gasgesetz erinnern, das wir in der zweiten Klasse der Mittelschule gelernt haben:

pV = nRT

Dabei stellen p, V und T jeweils Druck, Volumen und Temperatur dar, n ist die Stoffmenge und R ist die ideale Gaskonstante. Auf dieses Szenario angewendet, zeigt sich, dass unter den gleichen anderen Bedingungen heißere Luft eine geringere Dichte hat als kältere Luft.

Wir hören oft, dass Gase mit geringer Dichte dazu neigen, aufzusteigen, und dies scheint die Ursache dafür zu sein.

Beispielsweise würden wir normalerweise erwarten, dass sich die oberen Stockwerke eines Gebäudes im Winter im Allgemeinen wärmer anfühlen als die unteren Stockwerke . Dies liegt daran, dass kalte Luft dichter ist als warme Luft und daher unten bleibt, während warme Luft aufsteigt.

Beispielsweise sehen wir oft, dass mit Helium gefüllte Ballons leicht wegfliegen können . Dies liegt daran, dass die Dichte von Helium geringer ist als die des Gases in unserer Luft, was bedeutet, dass ein Heliumballon gleicher Größe leichter ist als ein Heißluftballon. Der Dichteunterschied ist entscheidend für den Auftrieb eines Ballons.

Der Punkt ist jedoch, dass das, was wir oben besprochen haben, lediglich bedeutet, dass weniger dichte Luft einfach deshalb aufsteigt, weil sie weniger dicht ist. Für etwas Tiefgründigeres, Akribischeres und Gründlicheres müssen wir vielleicht unseren alten Gast, Herrn Newton, einladen.

Das erste Newtonsche Gesetz besagt, dass, sofern auf ein Objekt keine äußere Kraft einwirkt, „ ein ruhender Gegenstand dazu neigt, in Ruhe zu bleiben, und ein bewegter Gegenstand dazu neigt, in Bewegung zu bleiben “. Aus diesem Grund reicht es nicht aus, die Luftdichte einfach zu verringern, um sie aufsteigen zu lassen. Um die Aufwärtsbewegung einzuleiten, muss eine andere Kraft angewendet werden. Die einzige Kraft, die beteiligt sein muss, ist die Schwerkraft . Für uns ist es leicht zu verstehen, dass die Schwerkraft kältere und dichtere Luft an die Erdoberfläche ziehen kann, dabei jedoch auch dichtere Luft die Erdoberfläche erreicht und sich aggressiv ausbreitet, was gleichzeitig die weniger dichte Luft schwächt. Dies hat zur Folge, dass diese „unzureichende“, weniger dichte Luft zum Aufsteigen gezwungen wird. Natürlich handelt es sich bei diesem Vorgang hier nur um eine einfache allgemeine Beschreibung.

In diesem Fall wird es deutlich, wenn man den Ballon noch einmal betrachtet: Der Ballon und die Luft darin werden durch die Schwerkraft nach unten gezogen, während gleichzeitig der Luftdruck versucht, den Ballon nach oben zu drücken, was jedoch nicht ausreicht, um die Schwerkraft zu überwinden, und der Ballon fällt. Wenn die Luft jedoch durch Helium ersetzt wird (das viel leichter als Luft ist), wird das Gewicht des Ballons so gering, dass der Luftdruck ihn leicht nach oben drücken kann.

Zurück zum Grill: Wie bereits erwähnt, ist die heiße Luft rund um das Feuer weniger dicht als die Luft etwas weiter davon entfernt. Die Schwerkraft zieht ihn weniger nach unten als die umgebende Luft ihn nach oben drückt, sodass der Rauch in den Himmel steigt (dies nennt man Konvektion) . Da die Wärmeleitfähigkeit der Flüssigkeit sehr gering ist, wird durch Wärmeleitung nur sehr wenig Wärme übertragen. Dies ist daher die Hauptmethode der Wärmeübertragung. Konvektion tritt an vielen Orten auf: auf der Sonne, auf der Erde und in Ihrem Ofen.

Beim Grillen steigt die aufsteigende Luft jedoch nicht nur von selbst auf, sondern wird auch von der umgebenden Luft nach oben gedrückt. Denn wenn sich die heiße Luft vom Feuer wegbewegt, bewegt sich die nach oben drückende Luft weiter und füllt den Hohlraum, den die heiße Luft hinterlassen hat – und das ist der Raum, in dem Sie sich befinden.

Sie fragen sich, warum es ein Problem ist, wenn ich einfach still sitze? Tatsächlich bist du wütend geworden. Denn **Sie sind dort wie eine Wand, die den normalen Luftstrom in dem Bereich, in dem Sie sich befinden, blockiert****. **Wenn Sie nicht da sind, ist die Luft an Ihrem Sitzplatz die gleiche wie die Luft rundherum und die ganze Gruppe trifft sich am Feuer. Aber wenn Sie dort sind, verhindert Ihr Körper, dass die Luft hinter Ihnen in Richtung Feuer strömt. Daher beginnt der Rauch des brennenden Feuers, sich in Richtung des Tiefdruckgebiets zu bewegen, was bedeutet, dass die Luft in der entgegengesetzten Richtung direkt auf Sie zuströmt. Außerdem wird der Rauch oder Ruß des Feuers mitgenommen. Da Sie die Luft blockieren, ist der Effekt immer derselbe, egal, ob Sie sich ein- oder zweimal bewegen, und es ist nutzlos, denn egal, wohin Sie sich bewegen, blockieren Sie die Luft in die jeweilige Richtung und es entsteht der Eindruck, als würde Ihnen der Rauch immer folgen.

Dies bedeutet insbesondere, dass mehrere Personen den Luftstrom blockieren, wenn sich mehrere Personen an einem Ort aufhalten, wodurch ein größerer Vakuumbereich entsteht . Aus dieser Perspektive lässt sich das Geheimnis erklären, warum der Rauch Sie so sehr liebt.

Was sollten wir also tun, um dieses Problem wirksam zu vermeiden?

Erstens wird die erste Methode Selbstaufopferung genannt. Sie können (so tun, als wären Sie) temperamentvoll und darum bitten, auf einer Seite allein zu sein und dafür sorgen, dass die anderen in andere Richtungen sitzen. Doch dabei gibt es ein Problem. Langsam werden sie feststellen, dass der Rauch auf Ihrer Seite kleiner zu sein scheint, und sie werden alle auf Ihre Seite kommen, um Schutz zu suchen. Das Ergebnis ist vorhersehbar und wird nur zu einer Situation führen, unter der alle leiden.

Die zweite Methode kann als Prinzip der Gleichheit aller Wesen bezeichnet werden. Ich schlage vor, dass Sie bei jedem Grillausflug einen Winkelmesser dabei haben. Da wir sagen, dass eine Person, die in eine Richtung sitzt, einen Vakuumbereich verursacht, warum nicht einfach Bushi verwenden und eine Person in jede Richtung mit gleichem Abstand sitzen lassen? Auf diese Weise wird die Luftmenge in allen Richtungen gleichmäßig blockiert und es kommt nicht zu einer Situation, in der das Vakuum auf einer Seite stärker ist als auf der anderen.

Die dritte Methode kann als Theorie bezeichnet werden, dass Rauchen die Erbsünde ist . Genauer gesagt geht es darum, Rauch direkt zu verhindern. Den Mechanismus der Rauchbildung haben wir bereits im vorherigen Artikel erwähnt. Wer in diesem Fall vermeiden möchte, dass beim Grillen Rauch in Augen und Lunge gelangt, kann an der Quelle ansetzen und dessen Entstehung von vornherein verhindern. Das Mindestergebnis wäre, dass der Staubsauger warme Luft statt schädlichen Rauch liefert. Warum gibt es dann basierend auf der oben genannten Theorie Partikelaggregate? Das liegt nicht daran, dass das Feuer nicht heiß genug ist, sondern auch daran, dass nicht genügend Sauerstoff vorhanden ist . Hier setzen wir beim zweiten Faktor an und suchen nach Möglichkeiten, mehr Sauerstoff einzubringen, damit die Brennstoffe vollständig verbrennen können. Konkret können Sie auf folgende Weise ein Feuer machen:

Wenn es wirklich nicht funktioniert, verwenden Sie einfach rauchfreien Brennstoff , damit jeder dort sitzen kann, wo er möchte.

Ich glaube, dass sich Ihre Mutter nach der Lektüre dieses Artikels keine Sorgen mehr um Ihr Grillfest im Freien machen muss!

Quellen:

[1]Physikalische und chemische Eigenschaften einatembarer Partikel aus Verbrennungsquellen[M]. Science Press, Hao Jiming, 2008

[2] Wärmeübertragung[M]. Science Press, Zhang Jingzhou, 2014

[3] Thermodynamik[M]. People’s Education Press, herausgegeben von Li Chun et al., 1979

[4] Isaac Newton. Übersetzt von Wang Kedi. Mathematische Prinzipien der Naturphilosophie[M]. Xi'an: Shaanxi Volksverlag, 2001.

[5]Deshalb … folgt Ihnen der Lagerfeuerrauch überallhin

[6]Munson, Bruce R. (1990). Grundlagen der Strömungsmechanik. John Wiley & Söhne

Dieser Artikel wurde vom Science Popularization China-Starry Sky Project (Erstellung und Kultivierung) erstellt. Bei Nachdruck bitten wir um Quellenangabe.