Warmtebronnen. Het kwadraat van 5 is 5 x 5 = 25. Het kwadraat van 10 is 10 x 10 = 100.

Transcriptie

1 Warmtebronnen Effectief gebruik van energiebronnen Je hebt warmte nodig om water te koken, vlees te braden of een cake te bakken. Kortom, voor alle kookprocessen. Deze warmte komt van warmte- of energiebronnen. Energiebronnen, die we in de keuken gebruiken, zijn bijvoorbeeld gasbranders, ovens, elektrische kookplaten, grills en magnetrons. Je moet bij het verhitten zo effectief mogelijk gebruik maken van die warmtebronnen. Als kok moet je dus goed nadenken wanneer je welke bron gebruikt. Daarbij moet je letten op de snelheid van de warmtebron, de werktijd die je ter beschikking hebt en het energieverbruik van de warmtebron. Er zijn drie soorten warmtetransport, die niet allemaal even snel gaan: 1. Warmte-overbrenging door straling gaat het snelst (vlees grilleren). 2. Warmte-overbrenging door geleiding duurt wat langer (aardappelen koken). 3. Voor warmte-overbrenging door convectie is de meeste tijd nodig (aardappelen poffen in de oven). Niet alle warmtebronnen verbruiken evenveel energie. De maximale hoeveelheid energie die een kooktoestel kan geven, noemen we het vermogen. Het vermogen van apparaten geven we aan met de eenheid watt (W). 1 watt is 1 joule per seconde aan energie. 1 kilowatt (1 kw) is 1 kj per seconde aan energie. Een elektrische kookplaat met een vermogen van 2 kilowatt geeft dus per seconde 2 kj warmte-energie. Twee kooktoestellen met hetzelfde vermogen kunnen toch een verschillend kookeffect hebben. Dit hangt af van: De manier van warmte-overbrenging. Je weet al dat stralingswarmte sneller gaat dan geleiding of convectie. Het verlies van warmte. Niet alle warmte die een kooktoestel levert, wordt gebruikt voor het koken. De warmte kan in het kooktoestel verloren gaan of ontsnappen. We zeggen dan: er is warmteverlies of rendementsverlies. Koken op gas en elektrische platen Bij het koken verdwijnt warmte: 1. Door afgifte van warmte aan de omgeving. 2. Met de verbrandingsgassen door de afvoer van de afzuigkap naar buiten. Bij koken op gas gebruik je meer energie dan bij koken met elektriciteit. Een gastoestel met een vermogen van 3,2 kj heeft hetzelfde kookeffect als een elektrische kookplaat met een vermogen van 2 kj. We zeggen ook wel: gas heeft minder energie-rendement. Milieubewust koken We hebben het hier over het rendement in de keuken. In de centrale wordt elektriciteit vaak met gas opgewekt. Dat gebeurt met een rendement van ongeveer 40 procent. Voor die 2 kj elektriciteit is dus 5 kj gas nodig. Dat betekent, dat je met gas per slot van rekening vaak milieubewuster kookt dan met elektriciteit. Koken met infraroodstralen De zon zendt stralen naar de aarde. Een aantal van die stralen kun je waarnemen. Je ziet de lichtstralen en je voelt de warmtestraling. Er zijn ook stralen die je niet kunt waarnemen. De stralen die de zon uitzendt, verdelen we in microgolven, infrarood, zichtbaar licht, ultraviolet en gammastralen. Voorwerpen die heel warm zijn, zenden ook infrarood (infra = onder) stralen uit. De hitte die je voelt bij een gloeiende kookplaat wordt veroorzaakt door de infrarood stralen. Hoe verder je een metalen voorwerp verhit, hoe sterker de infrarood straling zal worden. Wanneer het voorwerp op een gegeven moment roodgloeiend wordt, zendt het rode lichtstralen uit. Infrarood verwarming gaat snel, omdat de warmteenergie direct via straling naar het voedsel gaat. Met een grill met infrarode straling kun je vlees en vis gaar maken en tegelijk bruineren. In een grill plaats je het voedsel enkele centimeters onder of boven de warmtebron. Illustratie 7-22 Grilleren Een biefstuk in de grill op vijf centimeter van de warmtebron is snel gaar. Sneller dan een biefstuk die je op een afstand van tien centimeter van de warmtebron grilleert. Je kunt zelf met de volgende formule uitrekenen hoeveel sneller: de hoeveelheid energie die voedsel via straling bereikt, vermindert met het kwadraat van de afstand. Het kwadraat van 5 is 5 x 5 = 25. Het kwadraat van 10 is 10 x 10 = 100. Dus: de biefstuk die twee maal zo ver van de grill ligt, krijgt vier maal minder straling. De eerste biefstuk zal daardoor vier keer zo snel gaar zijn. 1

2 Bij het grilleren wordt het oppervlak van het voedsel verwarmd door straling. In het voedsel zelf vindt daarna warmtetransport plaats door geleiding. Transport door geleiding gaat langzamer dan door straling. Daarom kun je infrarood straling het best gebruiken bij voedsel met een groot oppervlak of als je het oppervlak wilt bruineren. Infrarood straling kun je daarom goed toepassen bij het gratineren van boter-eiersauzen of het garen van dunne plakken ganzelever. Bij voedsel met een hoog watergehalte kunnen niet alle infrarood stralen tot het voedsel doordringen. Er ontstaat aan de oppervlakte een laagje waterdamp. Dit damplaagje houdt een deel van de infrarood straling tegen. De temperatuur van een grill kan heel hoog worden, tot wel 650 C. Vlees kan dan gauw boven een temperatuur van 260 C komen. Bij een temperatuur van meer dan 260 C kan vlees verbranden, behalve als het voedsel heel vochtig is. Als de grill een hoge temperatuur heeft, moet je het voedsel daarom niet te dicht bij de grill plaatsen. Infrarood stralen zijn warmtestralen met bepaalde eigenschappen. Zo zullen infrarood stralen gemakkelijk door donkere en niet glimmende voorwerpen opgenomen worden. We noemen dit: absorberen van de warmte. Lichte en glimmende voorwerpen kaatsen de infrarood stralen terug. De warmte wordt dan niet geabsorbeerd. Denk maar eens aan witte huizen in warme landen. Daarom moet je bij het grilleren geen aluminiumfolie over het voedsel doen. De infrarood stralen zullen door de glimmende folie terug worden gekaatst. De stralen kunnen het voedsel niet bereiken. Illustratie 7-23 Infrarood-, radio- en microgolven Niet alle soorten voedsel zijn even geschikt voor de bereiding met microgolven. Hoe diep de microgolven in het voedsel doordringen, hangt af van het soort voedsel. Voedsel dat microgolven slecht geleidt, bijvoorbeeld voedsel dat veel zout en weinig vocht bevat, absorbeert de microgolven vooral in de buitenste laag. De moleculen in de buitenlaag gaan door de microgolven trillen. Door geleiding kan de rest van het voedsel warm worden. Omdat voedsel meestal bestaat uit een mengsel van verschillende stoffen, zullen deze verschillende stoffen de microgolven op verschillende manieren absorberen. Uit onderzoek weten we dat water in een magnetron stralingsenergie tien keer sneller opneemt dan ijs. Dit verklaart de problemen die je kunt hebben met bevroren voedsel in de magnetron. Het voedsel dat het eerst is ontdooid, kan al koken terwijl er daarnaast nog ijsdeeltjes in andere delen van het voedsel zitten. Koken met microgolven Ook bij dit kookproces zorgt straling voor de verwarming van het voedsel. Bij het koken in de magnetron maak je gebruik van microgolven. In de natuurkunde leer je dat straling een golfbeweging is. Door deze golfbeweging kunnen moleculen in beweging worden gebracht. De microgolven die een magnetron produceert, kun je vergelijken met de radiogolven die van een zender naar een radio gaan. De microgolven worden door een soort zendertje in de wand van de magnetron geproduceerd. Als je weet dat golven met een korte golflengte dieper in voedsel doordringen dan golven met een langere golflengte, begrijp je ook waarom infrarood stralen vooral de buitenkant van het voedsel verhitten. Microgolven zijn veel korter dan infrarood straling en kunnen tot 2,5 centimeter in het voedsel doordringen. Het voedsel wordt in een magnetron dus van binnen uit verhit. Smeltwater kan plaatselijk aan de kook raken. Microgolven verwarmen bevroren voedsel onregelmatig. Omdat ijskristallen veel minder energie opnemen dan het smeltwater, moet je de magnetron af en toe uitzetten. Dan kan het ijs rustig verder ontdooien en raakt het smeltwater niet aan de kook. Illustratie 7-24 Ontdooien van bevroren voedsel in de magnetron Microgolven geven hun energie gemakkelijk door aan watermoleculen. Hierdoor zijn vooral voedingsmiddelen die water bevatten, geschikt voor een mag- 2

3 netron. De watermoleculen in het voedsel staan dan hun warmte-energie via geleiding af aan de andere voedseldelen. Het voedsel heeft daardoor een betrekkelijk korte kookperiode. Ook al is de hoeveelheid energie in een magnetronoven goed te regelen, als je hem afzet, zullen de watermoleculen hun energie blijven doorgeven. Dan kan het voedsel nagaren. Een magnetron is heel geschikt om kleine hoeveelheden voedsel snel te koken. Als je een grotere hoeveel heid wilt koken, wordt de kooktijd langer. Hoe groter de portie, hoe langer de kooktijd. Dit komt doordat microgolven door meer voedsel moeten dringen. Het koken met microgolven heeft ook een paar nadelen: 1. Doordat water warmte zo snel opneemt, kan het gemakkelijk verdampen met als gevolg dat de waterdamp uit het voedsel kan ontsnappen. Hierdoor kan het voedsel uitdrogen. Daarom moet je voedsel in de magnetron altijd afdekken. 2. Als de waterdamp in het voedsel niet kan ontsnappen, loopt de druk op. Dan kan het voedsel ontploffen. Daarom kun je geen ei in de schil in de magnetron koken. Voedsel met een schil of velletje zoals rookworst, appels of aardappelen moet je met weinig vermogen verhitten en je moet er eerst gaatjes in prikken. 3. Bevroren voedsel ontdooit niet gelijkmatig. Bij ontdooien moet je weinig energie toevoeren. Soms is een rustpauze nodig. Dan gaat het smelten door met de warmte van de ontdooide gedeelten. 4. In de magnetron kun je voedsel niet bruinen. Doordat de microgolven in het voedsel binnendringen, wordt het voedsel van binnenuit verwarmd. Aan de buitenkant wordt het niet extra heet. Ook krijgt het geen korstje. Je kunt vlees toch bruinen door het eerst te grilleren. Vlak voor het serveren kun je het vlees dan verder garen in de magnetron. Tegenwoordig worden voor het bruiningseffect combi-ovens gebruikt. Een combioven is een oven met een magnetron en een grill. 5. Microgolven kunnen niet door metalen dringen. Je kunt dus geen metalen kookgerei gebruiken. Het kookgerei moet gemaakt zijn van materiaal dat de microgolven goed doorlaat. Glas, porselein en aardewerk zijn geschikt voor gebruik in de magnetron. Let op Schalen worden niet warm in de magnetron. Toch heb je ovenhandschoenen nodig om schalen uit de magnetron te halen. De schalen worden namelijk niet warm van de microgolven, maar het voedsel en waterdamp maken de schalen wel warm door geleiding en condensatie. Het grote verschil tussen koken met een magnetron en in een normale oven is: In de magnetron wordt het voedsel van binnenuit verwarmd. De microgolven verwarmen slechts het voedsel en niet de omgeving. In de normale oven wordt het voedsel van buitenaf door stroming en/of geleiding verwarmd. Hiervoor is meer tijd nodig. Illustratie 7-26 Metaal kaatst microgolven terug Koken met water Water is een uniek hulpmiddel bij het koken. Het is goedkoop, bijna altijd beschikbaar, niet vervuilend, het levert geen voedingsenergie en het is niet schadelijk voor de gezondheid. Water kan warmte goed opnemen, geleiden en afgeven. Illustratie 7-25 Ontploffing in de magnetron 1. Koken bij 100 C Als je een pan aardappelen met koud water gaat verwarmen, zal het water de warmte door geleiding aan de aardappelen gaan doorgeven. Zodra het water kookt, condenseert er ook damp uit de dampbellen 3

4 op de aardappelen. De vrijkomende condensatiewarmte wordt aan de aardappelen afgegeven. Op den duur krijgen de aardappelen een temperatuur van 100 C en ze zullen gaar worden. Aardappelen kook je meestal met weinig water. Aardappelen die onder water staan, worden verwarmd door convectie, geleiding en condensatie. Aardappelen die boven het water uitsteken, worden alleen verwarmd door condensatie van de waterdamp. 2. Stomen Als de aardappelen op een roostertje boven het water liggen, kunnen ze alleen door condensatie van waterdamp verwarmd worden. We noemen dat stomen. Dat gebeurt ook in een casserole. Het water in de casserole verdampt en condenseert weer op het voedsel. Ook als je door een buisleiding stoom in een ketel brengt, gebruik je de condensatiewarmte van waterdamp als warmtebron. Voordelen van stomen: Door de grote condensatiewarmte (zie illustratie7-27) warmt het voedsel snel op. Voedsel dat in contact is met stoom, blijft aan de buitenkant vochtig. Er vormt zich geen korst. Het voedsel wordt regelmatig verwarmd, omdat de damp overal tegelijk bij komt. Kookpunt van water ( C) Druk in N/cm , , , , , , , ,9 Schema 7-2 Kookpuntverhoging bij hogere druk Mogelijke nadelen van stomen: Eiwitten kunnen bij 100 C taai worden. De smaak en textuur van het voedsel kunnen ongunstig worden beïnvloed. 3. Koken onder druk Als iemand bij het bokspringen over je heen springt, voel je dat op het moment dat de ander over je heen springt, een kracht op je rug wordt uitgeoefend. Bij druk wordt er een kracht op een voorwerp uitgeoefend. De lucht om ons heen oefent ook een druk uit, al voel je dat niet. Om de aarde zit een dikke laag van ongeveer elf kilometer lucht, die we de atmosfeer noemen. Deze laag lucht heeft een wisselend gewicht, dat we de luchtdruk noemen. De luchtdruk is de kracht waarmee het gewicht van de lucht op de aarde drukt. De druk meten we in Newton per vierkante centimeter. We schrijven dit op als: N/cm 2. De normale luchtdruk op zeeniveau is 10 N/cm 2. We noemen de luchtdruk op zeeniveau ook wel de atmosferische druk of de druk van 1 atmosfeer. Hoe hoger je komt, hoe dunner de luchtlaag wordt en hoe kleiner het gewicht van de lucht die op je drukt, dus hoe lager de luchtdruk. Er bestaat een verband tussen de luchtdruk en het kookpunt van een vloeistof. Bij een hogere druk hoort een hoger kookpunt. Bij een lagere druk is het kookpunt verlaagd. Illustratie 7-27 Koken in en boven water; stoom Je weet al dat het kookpunt van water bij een temperatuur van 100 C ligt. Dit is alleen zo bij de normale luchtdruk van 1 atmosfeer (10 N/cm 2 ). In een kokende vloeistof ontstaan dampbellen, die de vloeistof verlaten. Hoe hoger de luchtdruk boven de vloeistof, hoe groter de hoeveelheid energie die nodig is om de water-moleculen uit de vloeistof te laten ontsnappen. Om de vloeistof toch aan de kook te krijgen, moeten we zorgen voor een hogere temperatuur. Het kookpunt wordt hoger. Het duurt langer voordat de vloeistof kookt. 4

5 4. Gebruik van de snelkookpan Je gebruikt een hogedrukpan, een snelkookpan, om het kookpunt van water door hogere druk te verhogen. Een snelkookpan is een stevige pan van aluminium of roestvrij staal. Het deksel bevat een rubber ring, waarmee je de pan luchtdicht kunt afsluiten. In het deksel zitten twee onderdelen: De drukregelaar. Dat is een klep die open gaat als de druk in de pan hoog genoeg is. Gewoonlijk is dat bij 20 N/cm 2. Als de druk zakt, sluit hij zich weer. De veiligheidsprop. Dat is een extra klepje dat opengaat als de druk in de pan te hoog wordt. Dat gebeurt bijvoorbeeld wanneer de drukregelaar verstopt is. laar sterker is, wordt de druk en dus ook het kookpunt hoger. Meestal kun je de druk opvoeren tot ongeveer 2 atmosfeer (20 N/cm 2 ). Het kookpunt van water is dan ongeveer 120 C. In snelkookpannen laten we de temperatuur niet hoger worden dan 120 C, omdat bij een temperatuur boven de 120 C de structuur van groenten verandert waardoor de groenten te zacht worden. Het voedsel is bij deze temperatuur sneller gaar. Bij 120 C zijn aardappelen in ongeveer zes minuten gaar. Onder normale druk en bij 100 C duurt dat twintig minuten. Hoe hoger de temperatuur, hoe sneller het kookproces. De aardappelen in de snelkookpan worden niet sneller gaar door de hoge druk. Die hoge druk is nodig om een hogere temperatuur te bereiken. Illustratie 7-28 Een snelkookpan Wat doe je en wat gebeurt er als je aardappelen in een snelkookpan kookt? 1. Je doet de aardappelen met een laagje water in de pan. 2. Je sluit de pan met het deksel zonder drukregelaar. 3. Je brengt het water aan de kook. 4. Zodra er veel waterdamp uit het gat van de drukregelaar ontsnapt - dat zie je aan de stoom die zichtbaar wordt - doe je de drukregelaar op het deksel. 5. De waterdamp boven in de pan kan niet meer weg en het koken houdt op. 6. Je blijft warmte toevoeren. De watermoleculen zullen door de warmte sneller gaan bewegen. De temperatuur komt boven 100 C. 7. De dampmoleculen verlaten het water met meer kracht. Omdat de pan afgesloten is, kunnen deze moleculen nergens heen. Ze botsen met kracht tegen het binnenste van de pan. Het gevolg is dat de druk in de pan hoger wordt. 8. Na enige tijd wordt door de hoge dampdruk de drukregelaar omhoog geduwd. Er ontsnapt dan wat waterdamp. De drukregelaar zorgt ervoor dat er niet meer damp ontsnapt dan nodig is om de druk gelijk te houden. 9. Het water kookt nu bij een hogere temperatuur dan in een gewone pan. Nu kun je de warmtebron lager zetten. Het kookpunt is afhankelijk van de druk van de veer in de drukregelaar. Naarmate de veer in de drukrege- 5