Казалось бы, глупый вопрос на самом деле имеет некоторую глубину. Я пытался зачерпнуть немного своего любимого мягкого фирменного мороженого, когда заметил, что оно было замороженным, а не его обычной сливочной консистенции. После того, как оставил его на 10 минут, он снова стал приятным и кремовым.
Примечательно, что этого времени было недостаточно, чтобы он «растаял», так как он все равно не протекал бы, если бы контейнер был перевернут вверх дном, достаточно долго, чтобы «размякнуть». Так почему же мороженое становится жестче/твёрже при охлаждении и мягче, когда ему дают немного нагреться?
Моя гипотеза:
Я думаю, что «твердость» мороженого во многом определяется свойствами кристаллов льда внутри, которые каким-то образом меняются в зависимости от температуры. Теперь, хотя я не знаю, как они меняются, я вполне уверен в том, что они не меняются .
Вы можете рассматривать температуру мороженого как бесконечное множество концентрических слоев, от слоя с максимальной температурой снаружи мороженого, учитывая, что мороженое нагревается снаружи внутрь, до точки минимальной температуры примерно в центре мороженого. мороженое. Таким образом, справедливо предположить, что частичное таяние и, следовательно, уменьшение размера каждого кристалла льда маловероятно, поскольку для этого потребуется, чтобы очень толстая «полоса» слоев мороженого находилась при температуре перехода между полностью кристаллическим и полностью расплавленным, что было бы возможно только при очень медленном охлаждении.
Пару десятков лет назад я косвенно участвовал в исследовании свойств мороженого, которое проводила компания Walls в Великобритании . Работа заключалась в том, чтобы связать консистенцию мороженого с микроструктурой, поэтому она была очень тесно связана с вашим вопросом.
Так или иначе, мороженое имеет удивительно сложную микроструктуру. Оно содержит кристаллы льда, жидкий раствор сахара, шарики жира и пузырьки воздуха (их пропорции меняются в зависимости от типа и качества мороженого). При температурах от нуля до типичных для бытовых морозильников температура не замерзает, потому что сахар снижает температуру замерзания воды, а концентрированный сахарный раствор остается жидким.
Количество присутствующей жидкой фазы уменьшается с понижением температуры. Если представить, что вы начинаете с нулевой температуры, то при понижении температуры образуются кристаллы льда, которые вытягивают воду из жидкой фазы и увеличивают концентрацию сахара в жидкой фазе. Это снижает температуру замерзания до тех пор, пока она не совпадет с температурой морозильной камеры, при которой система находится в равновесии. Дальнейшее понижение температуры приводит к образованию большего количества кристаллов льда, еще больше увеличивает концентрацию сахара и еще больше снижает температуру замерзания жидкой фазы. И так далее. Жидкая фаза не исчезает полностью до тех пор, пока вы не дойдете до очень-очень низких температур, после чего оставшийся сахарный раствор замерзнет в виде стекла.
Именно это изменение количества присутствующей жидкой фазы вызывает изменения, которые вы наблюдали. Когда вы нагреваете изначально очень холодное мороженое, вы растапливаете часть кристаллов льда и получаете больше жидкой фазы, плюс вязкость жидкой фазы уменьшается по мере того, как она становится более разбавленной. Оба они смягчают мороженое.
Я должен подчеркнуть, что это очень упрощенное описание очень сложного реологического поведения, но оно должно дать вам общее представление о том, что происходит. Детали бесконечно увлекательны, если вы коллоидный ученый (или просто любите мороженое). Например, сахар отравляет поверхность кристаллов льда и изменяет их морфологию. В мороженом кристаллы, как правило, представляют собой округлые капли, а не зубчатые кристаллы, которые обычно образует лед. Это также влияет на реологию, поскольку округлые кристаллы легче перетекают друг в друга.
На этот вопрос лучше ответить в химии, чем в физике. (Кроме того, это то, что я думаю , что происходит, основываясь на том, что я узнал из химии в прошлом году.) Почему вода становится льдом, когда вы ее замораживаете? У них обоих один и тот же принцип: вы теряете энергию, когда она остывает.
Когда вода или мороженое находятся в жидкой форме, их молекулы имеют больше энергии, поэтому они могут легко перемещаться (вибрировать, скорее). Когда жидкость замерзает, высвобождается энергия, и молекулы движутся медленнее (но все еще движутся; они полностью перестают двигаться при 0 К). Когда они медленнее, они могут образовывать слабые связи между другими молекулами, которые легко разрушить ложкой для мороженого или нагреванием.
Что касается мороженого, я думаю, что между молекулами образуется гораздо меньше слабых связей, и они больше перемещаются, поэтому вам не нужно столько энергии, чтобы разорвать связи, но связей все еще достаточно, чтобы предотвратить его разрушение. жидкость. Что касается твердого мороженого, то это просто более слабые связи, поэтому вам нужно больше энергии, чтобы их разорвать.
Крис
R.. GitHub ПРЕКРАТИТЕ ПОМОЧЬ ICE