Przemiany fazowe na co dzień

Woda, tak jak niemal wszystkie pozostałe rzeczy na świecie zbudowana jest z materii. Na Ziemi występuje w trzech stanach skupienia: cieczy, gazu oraz ciała stałego. Woda często i łatwo zmienia swój stan skupienia. Przechodzi z lodu do cieczy, albo z cieczy do pary wodnej, albo na odwrót. Te przemiany fazowe są nieodłączną częścią obiegu wody na Ziemi.

Ale nie tylko woda zmienia swój stan skupienia. Zachowuje się tak cała materia. A gdy materia zmienia swój stan skupienia, zmienia także swoje właściwości. Powiedzmy, że chcesz stworzyć plastikowy przedmiot, taki jak butelka. Aby to zrobić, musisz najpierw nadać plastikowi kształt butelki.

Możesz to osiągnąć, rozgrzewając plastik do temperatury topnienia. Płynny plastik łatwiej jest formować. Plastik przybiera kształt formy, do której zostaje wlany. Po schłodzeniu staje się ciałem stałym. Zastygły plastik jest sztywny i dobrze utrzymuje swój kształt.

Wiele innych przedmiotów produkuje się w podobny sposób: topi się materiał, który następnie wlewa się do formy, a na koniec schładza, aby znów stał się ciałem stałym. Spójrzcie na tę kuchenkę turystyczną. Jej paliwo to alkohol. Alkohol w stanie ciekłym nie płonie, ale gdy jego opary mieszają się z powietrzem, zapala się i z łatwością się pali. Gdy wypełnimy kuchenkę alkoholem, alkohol zaczyna parować ze zbiornika.

Gdy zapalamy palnik, opary alkoholu nad powierzchnią cieczy zaczynają się spalać. Reszta ciekłego alkoholu rozgrzewa się. Coraz więcej alkoholu paruje. To podtrzymuje ogień, więc możemy podgrzać posiłek! Teraz przyjrzymy się czemuś, czego używacie codziennie: lodówce.

Zastanawialiście się, jak to możliwe, że zawsze jest w niej chłodno? Z tyłu lodówki znajduje się rura wypełniona płynem chłodzącym. W zależności od ciśnienia w rurze płyn chłodzący zmienia swój stan skupienia z cieczy w gaz, lub z gazu w ciecz. Gdy płyn wyparowuje, pochłania ciepło z wnętrza lodówki, a gdy się skrapla, uwalnia ciepło na zewnątrz. Wnętrze pozostaje schłodzone na tyle, aby przechowywać jedzenie.

Wszystko to dzięki przemianom fazowym płynu chłodzącego! A jeśli przechowujemy jedzenie w zamrażalniku? Gdy woda wewnątrz produktów zamarza i zamienia się w lód, mikroorganizmy, które zwykle rozkładają jedzenie stają się nieaktywne. Zamrożone produkty nie powinny się zepsuć! Przemiany fazowe pomagają ochronić jedzenie przed zepsuciem!

Innym sposobem przechowywania żywności dzięki przemianom fazowym jest jej wysuszenie, czyli usunięcie z niej wody. Gorące powietrze w piekarniku lub w dehydratorze sprawia, że woda wyparowuje z żywności, a dzięki temu produkty dłużej się nie psują. Można stosować jednocześnie suszenie i zamrażanie. Najpierw musimy obniżyć temperaturę, aby cała woda w żywności zamarzła. Następnie należy obniżyć ciśnienie, na przykład przez odessanie powietrza w komorze próżniowej.

Gdy ciśnienie jest wystarczająco niskie, lód zmienia się bezpośrednio w parę wodą, czyli dochodzi do sublimacji. Nazywamy to liofilizacją lub suszeniem sublimacyjnym. Ten proces prowadzi do usunięcia niemal całej wilgoci, co sprawia, że liofilizowana żywność jest bardzo lekka i przez wiele miesięcy, a nawet lat można ją przechowywać bez konieczności zamrażania! Można ją też bez problemu przywrócić do pierwotnej formy: wystarczy dodać wodę. Ludzie często kojarzą liofilizowane jedzenie z astronautami lecącymi w kosmos.

Jednak kawa rozpuszczalna czy mleko w proszku także są liofilizowane, a można je kupić w zwykłym sklepie spożywczym! Czy potrafisz podać więcej przykładów, które pokażą, jak przemiany fazowe pomagają nam w codziennym życiu?