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Volldampf voraus – Wie funktioniert eigentlich ein Schnellkochtopf?

Nicht nur Hausfrauen wissen, dass man im Schnellkochtopf das Essen schneller gar bekommt. Einige wissen, dass die Temperatur dort höher wird als in einem normalen Topf. Aber kaum jemand weiß, wie das genau funktioniert. Diesem soll nun Abhilfe geschaffen werden.

Zunächst einmal muss man wissen, warum Flüssigkeiten überhaupt verdampfen. Der Vorgang wird auch als sieden oder kochen bezeichnet und ist immer eindeutig an den aufsteigenden Blasen und dem Blubbern erkennbar.

Stoffe haben im Wesentlichen einen von drei Aggregatzuständen: Fest, flüssig oder gasförmig. Daneben gibt es noch Sonderformen, die unter extremen Bedingungen auftreten können, z. B. Plasma (extreme Hitze, wie sie im Inneren von Planeten auftritt oder unter Laborbedingungen mit Laserstrahlen) oder das Bose-Einstein-Kondensat (das bei unvorstellbar kleinen Temperaturen auftritt). Diese sind allerdings der Stoff von Physikstudenten und soll uns nicht weiter interessieren (falls doch: euer Ansprechpartner dafür ist MythGraphics ;)).

Um das alles zu verstehen muss man wissen, dass die Teilchen, also Moleküle und Atome, immer in Bewegung sind. Je schneller, desto wärmer/heißer ist der entsprechende Stoff.



Physik Grundkurs


In jedem Stoff, gleich welchem Aggregatzustand, befinden sich Teilchen mit unterschiedlich viel Energie, also auch in unterschiedlichen Aggregatzuständen. Diese sind dabei „normalverteilt“, folgen in ihrer Anzahl also der Glockenkurve, der Gaußschen Normalverteilung. Das heißt, bei einer Temperatur von 20 Grad Celsius haben die meisten Teilchen diese Temperatur, je weiter diese abweicht (nach oben oder unten), desto weniger Teilchen findet man, die diese Temperatur hat. Teilchen mit 25 oder 15 Grad Celsius Temperatur findet man also noch recht viele, Teilchen mit -80 oder 120 Grad Celsius hingegen noch recht wenig – aber auch die gibt es.

Was heißt das nun? Das bedeutet nicht anderes als dass auch in einer Flüssigkeit Teilchen existieren, die bereits den Siedepunkt erreicht bzw. überschritten haben und somit in die gasförmige Phase übergehen. Darum bilden sich bei Temperaturen nahe dem Siedepunkt so viele Gasbläschen, es gibt einfach schon viele Teilchen, die bereits verdampfen möchten. Darum verdunsten Flüssigkeiten, denn auch wenn sie noch weit vom Siedepunkt entfernt sind gibt es Teilchen, die schon verdampfen. Wenn der Wind zusätzlich diese Teilchen nahe der Oberfläche weg weht, bevor sie ihre Energie wieder an andere abgeben können und so doch unterhalb des Siedepunktes bleiben, verdunstet die Flüssigkeit schneller (gut zu sehen bei Nagellackentferner, da sein Hauptbestandteil, das Aceton, schon bei 56 Grad Celsius siedet). Wenn dann noch die Sonne auf eine Pfütze scheint werden die Teilchen zusätzlich aufheizt und das Wasser an der Oberfläche verdunstet, ohne dass die Pfütze kocht.

Diese Teilchen, die in der Flüssigkeit bereits sieden, erzeugen einen gewissen Druck, den sogenannten Dampfdruck, den jede Flüssigkeit hat.



Dampfdruck vs. Umgebungsdruck


Wie ihr (hoffentlich) wisst hat auch die Luft in der Umgebung einen gewissen Druck. Auf Meereshöhe beträgt er 1,013 bar, also 1.013 Millibar. Wir begnügen uns mit der Angabe, dass es 1 bar ist. Der Dampfdruck kommt nun ins Spiel wenn es um den Siedepunkt geht. Dieser hängt nämlich vom Umgebungsdruck ab!! :idea:

Die Siedetemperatur von 100,0 Grad Celsius für Wasser trifft nämlich nur bei exakt 1,013 bar Druck zu, auf Bergen mit mehreren tausend Höhenmetern kann die Siedetemperatur schon mal auf 80 Grad Celsius fallen. Dort wird der Schnellkochtopf übrigens gern genutzt um „Flachlandgerichte“ zu kochen. Anders herum siedet Wasser bei mehr als 1 bar Druck allerdings auch erst oberhalb von 100 Grad Celsius. :idea: :idea: :idea:



Alles klar?


So langsam kommen wir dem Ziel also näher. Mehr Druck = höhere Siedetemperatur = kürzere Garzeit. :thumbsup: Der Schnellkochtopf baut also einen Überdruck auf um die Temperatur zu erhöhen. Dieser Überdruck liegt übrigens bei ca. 1 bar, also 2 bar absoluten Druck (= 1 bar Umgebungsdruck + 1 bar Überdruck). Die Siedetemperatur von Wasser bei 2 bar liegt bei ca. 121 Grad Celsius. Gemäß der Reaktionsgeschwindigkeitstemperaturregel (RGT-Regel) erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit um das zwei- bis vierfache, wenn die Temperatur um 10 Kelven (= 10 Grad Celsius) verändert wird. Beim Garen von Speisen, was eine komplizierte Verkettung verschiedenster Reaktionen darstellt, erhöht sich die Reaktionsgeschwindigkeit um das zwei- bis dreifache. Die Garzeit (= Zeit bis die Reaktionen beim Garen weit genug abgelaufen sind) sinkt also auf die Hälfte oder gar auf ein Drittel der normalen Zeit.



Die Kür: Eigenheiten des Schnellkochtopfes und „nice to know“


Da sich der Druck im Topf erhöht kann man diesen auch anzeigen lassen. Dies geschieht meist über einen Stift, der mittels einer Feder nach unten gedrückt wird und gegen den Federdruck vom Druck im Topf nach oben gedrückt wird. So kann man den Druck ablesen und erkennen, wann welche Garstufe erreicht ist. Damit sich dieser Druck aufbauen kann muss natürlich der Topf dicht sein, die Dichtungen also regelmäßig kontrollieren und rechtzeitig austauschen (spätestens, wenn Risse etc. erkennbar sind).

Da der Topf Dampf erzeugt kann man nicht nur mit ihm kochen (in Wasser) sondern auch in Dampf garen, dämpfen, dünsten etc. Nur eindicken ist etwas schwierig, da recht wenig Dampf entweicht.

Um eine Vorstellung zu bekommen, wie schnell der Druck steigt, ein paar exemplarische Wertepaare:

20 Grad Celsius: 0,023 bar Dampfdruck
100 °C: 1.013 bar
200 °C: 15,55 bar
300°C: 85,88 bar
370°C: 210,4 bar
374,12°C: 221,2 bar (hier ist der kritische Druck respektive die kritische Temperatur erreicht: Wasser und Wasserdampf sind nicht mehr voneinander unterscheidbar).

Man sieht also, dass der Druck exorbitant schnell ansteigt.



Sicherheitsunterweisung

Ein paar Dinge, wenn ihr noch da seid, die ihr im Umgang mit dem Schnellkochtopf beachten solltet:

  • Nur absolut intakte Töpfe benutzen, alle verschlissenen Teile, z. B. Dichtungen, rechtzeitig austauschen und nur Originalteile oder vom TÜV geprüfte benutzen.
  • Der Topf wird außen heiß – heißer als ein normaler Topf. ;)
  • Den Druck erst ablassen, bevor man den Topf öffnet. Entweder abkühlen lassen oder den Druck mittels eines Knopfes ablassen. Der dabei entweichende Dampf ist auch heiß!! ;)
  • Wenn der Druck weg ist, den Topf nochmal kräftig schwenken oder ein wenig schütteln, falls sich irgendwo noch Hitze gesammelt hat. Es kann sonst zu einem Siedeverzug kommen und schlagartig Wasserreste (die z. B. noch 110°C haben) schlagartig beim Öffnen des Deckels verdampfen und einem das Essen (mit rund 100°C) regelrecht ins Gesicht explodiert. Heiße Oberflächen können bei Temperaturen ab 70°C bereits nach weniger als einer Sekunde Verbrennungen verursachen.
  • Den Topf immer, IMMER(!!!) mit genug Wasser betreiben. Der Topf hat im Inneren eine Markierung (min.). Das Wasser muss drüber sein, maximal darf der Topf jedoch zu 2/3 gefüllt werden, damit sich genug Dampf bilden kann. Bei schäumenden Speisen müssen diese zuerst abgeschäumt oder die Füllmenge auf maximal 1/2 reduziert werden.


Der letzte Punkt ist besonders wichtig, zu Explosionen (bei Schnellkochtöpfen, vor allem aber früher bei Dampfloks) kommt es nämlich meist durch zu wenig Flüssigkeit. Diese kann übrigens ihre Siedetemperatur nicht übersteigen, da die Energie, die man ihr zusätzlich zufügt und die eigentlich die Temperatur erhöhen würde, genutzt wird, die Teilchen aus dem Verbund zu lösen und verdampfen zu lassen. Diese benötigte Energie ist bei Wasser besonders hoch im Vergleich zu anderen Flüssigkeiten (das liegt an den Wasserstoffbrückenbindungen – eine andere Geschichte) – sonst würde das Wasser beim kochen sehr schnell verdampft sein und man müsste ständig nachfüllen. Dadurch kühlt die Flüssigkeit gewissermaßen bzw. limitiert die maximal erreichbare Temperatur.

Ohne genug Flüssigkeit kann sich ein Kessel zu stark erhitzen, was die Festigkeit des Metalls reduziert und somit zu Beschädigungen führen kann. Was mehr als einen Dampfkessel z. B. bei der Eisenbahn zerfetzt hat („Kesselzerknall“).



Ich hoffe, ihr seid nun soweit im Bilde verstanden zu haben, was in so einem Schnellkochtopf eigentlich passiert und wie das genau funktioniert. Wenn noch Fragen offen geblieben sind (für Schüchterne gern auch per PN, wird alles vertraulich behandelt ;)), einfach fragen!! :)




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