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饺子总在锅里“气炸”？也许得补补传热学啦( 二 )


自然对流是由于各部分温度差异引起的密度差异驱动的流动 。比如在煮饺子且水未沸腾时 ， 接近锅底的水被加热后密度会降低 ， 从而向水面流动 ， 而上层的水温度较低而密度较大 ， 倾向于向锅底运动 ， 形成自然对流 。
强制对流则是在有水泵或其他压力差存在的情况下产生的流动 ， 比如用勺子搅动锅里的水 ， 也会引起水的流动 。
热辐射是指由于热的原因 ， 各种物体自发辐射电磁波从而放出能量的现象 。当电磁波辐射到其他物体 ， 又会被一定程度上吸收 ， 辐射和吸收共同构成了辐射传热 。当体系达到动态平衡时 ， 每个物体吸收和辐射出的热量相同 。
讨论辐射问题时一个理想研究对象是称为绝对黑体的物体 ， 其特征是可以吸收所有照射到表面的电磁波 。这种物体吸收的本领是最大的 ， 显然在达到动态平衡时 ， 其辐射能量的能力也是最大的 。黑体单位时间辐射出的能量由斯忒藩——玻尔兹曼定律揭示：其中A是辐射面积 ， T是黑体的温度 。σ为黑体辐射常数 ， 数值为5.67×10-8W/(m24
该比例系数称为物体的发射率（又称黑度） 。值得注意的是 ， 热辐射的能量显著地受到温度的影响 ， 因此当没有高温物体存在时 ， 一般忽略热辐射 。
在煮饺子的过程中 ， 火焰是具有较高温度的正在完全或部分燃烧的气体 ， 以天然气灶为例 ， 其温度一般可以达到1000-1500K左右 ， 因此可以产生明显的热辐射现象 。然而 ， 火焰本身作为流体 ， 也可以通过热对流的方式向锅底传热 ， 一般情况下后者起主要的加热作用 。
饺子总在锅里“气炸”？也许得补补传热学啦
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看到这里 ， 大家是否觉得盘中的饺子其实散发着物理学的光芒？毕竟煮一次饺子 ， 是火焰的热量是经历了火焰与锅之间的对流传热与辐射传热、锅壁内部的热传导、锅壁与水的对流传热、水内部的热对流与热传导、水与饺子皮儿的对流传热、饺子皮儿与饺子馅儿的热传导才最终将我们盘中的饺子煮熟的 。（觉得不物理可以不喘气念一下上面这句话 。）但是 ， 我们仍然忽略了重要的一环 ， 那就是饺子里的空气 。
2
别把空气真当“空气”
读者问曰：“饺子里有空气很重要么？”
小编答曰：“答案就在下面 。”
读者继续阅读推送 ， 小编继续吃饺子 。
——《中二所外传·传热篇》
先讲个题外话 ， 饺子里面的空气就是饺子煮熟会上浮的重要原因之一 。由于包饺子难免会将部分空气包在里面 ， 当饺子被不断加热 ， 内部的空气也会受热膨胀 。这会导致原来待在锅底的饺子总体积变大 ， 受到的浮力变大 ， 直至浮力能克服自身重力便上浮到水面 。
饺子总在锅里“气炸”？也许得补补传热学啦
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其实空气的存在还关系到两件事：一是为什么为了将馅儿煮熟需要加凉水 ， 二是为什么有时候饺子会煮炸（诶！？不是学不好传热气炸的么？） 。
首先看第一件事 ， 关键在于热量的传递总是先到达饺子皮儿 ， 再向内部传到饺子馅儿 ， 因此皮儿往往很快就熟了 ， 馅儿却不一定 。刚刚已经提到 ， 随着加热 ， 饺子会被内部较热的空气撑起来 ， 这导致了原来直接接触的皮儿和馅儿被空气层隔开 。
按照与前面类似的分析 ， 加了空气层 ， 传热便由皮儿和馅儿之间的直接热传导 ， 变为了通过与空气层的对流换热再传到馅儿 。直观上 ， 增加了环节应该会降低传热的效率 ， 但是究竟影响了多少呢？我们抽象一个理想的模型计算一下 。

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