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柔软物质和液体

柔软物质和液体

酿造咖啡

10 Nov 2016 罗伯特P折痕
从2016年11月发行 物理世界

一个谦虚的浓咖啡机的物理学比符合眼睛更多的物理学 罗伯特P折痕 finds out

a Pavoni Europiccola coffee-maker

Peter Stephens将水倒入浓缩咖啡制造商的压力容器中,拧在顶部,然后按下开关。 Stony Brook University的实验物理学家,他办公室掉了喝咖啡并讨论物理学。他很了解我的设备。这是他的一次;在被任命后院长并将自己的咖啡壶作为一个字面公中搬到一个更大的办公室,他把它给了我。

乍一看,通过长期的米兰斯公司La Pavoni在意大利制造的Europiccola器件 - 看起来它属于19世纪物理设备的博物馆。大约25厘米的大型并由黄铜制成,其主要特征是压力容器发芽量,管,旋钮和手动杠杆在钟形附件上。唯一的暗示它是20世纪的设备是一个110 V电线从底线尾盘。

经过一分钟后,设备开始呻吟并使软弹出像它致致自身。当蒸汽卷曲的薄带上安全阀上方时,斯蒂芬斯宣布:“我们几乎准备就绪!”要肯定的是,他通过发出自信的喷气机致电的蒸锅上的旋钮。他泵送了杠杆,将咖啡射入我们的杯子。将芳香的香气涂在走廊中。

“干杯!”斯蒂芬斯说我们喝酒。

功能古董

咖啡通常是希望保持警惕解决棘手的理论或对重要实验发现来保持警惕的燃料。但最依赖于锅或自动售货机的咖啡,这是一个耻辱,不是每个人都可以拥有曾经的Pavoni。矿井让我们聊聊咖啡酿造的物理学。

Pavoni的主要部分是加热水的压力容器,杠杆驱动的活塞和过滤篮。随着水的热量,有些转向蒸汽,使热水驱入安装在压力容器上的活塞室中。升高杠杆拔出活塞,打开阀门,使水流进入腔室。按下杠杆向下迫使该水通过过滤器筐中的咖啡渣进入一个或两个等待下面的杯子。

然而,Pavoni的有趣物理学,斯蒂芬斯解释,与博伊尔的法律或水流的裸露机制无关,但与咖啡制作的其他方面有关。取压力容器中的水与流过咖啡颗粒之间的温差。前者的温度约为120℃,而后者的最佳温度为91-97℃。任何凉爽和液体吸收咖啡很差;任何更热的,水都燃烧谷物并使咖啡口味苦涩。然而,活塞缸用作散热器,使水温下降。

还有有趣的物理物理如何如何从咖啡粒中从液体中提取到液体中。咖啡豆由数百种不同类型的分子制成,可饮用味道。在意大利语中酿造浓缩咖啡 - “快速” - 涉及将水通过地面烤豆。诀窍是提取美味的口味和咖啡因,往往最快地出现,并留下苦化合物。这是一个问题,将斯蒂芬斯发送到黑板以绘制流程图。

提取取决于谷物的尺寸和形状,以及它们的包装密度,水温和液体流速。例如,晶粒越大,表面对体积比越小,吸收的物质的百分比越小。但如果谷物太好,它们变成了湿浆,减慢了流动。

Pavoni将大多数此类因素留给用户:其他机器,相比之下,使用荚材用预底豆,测量仪控制水温,弹簧或泵来调节水流。我听说它被解雇为“功能古董”注定要退出到用户的存储壁橱。我有点明白:咖啡壶不应该像一个富克的实验设施一样。但是,我喜欢用户控制过程,而不是它是插入豆荚的问题,调整设置和推动按钮。

临界点

我的Pavoni既不是最简单的,也不是最复杂的家庭浓咖啡制造商。在Ian Bersten的书中找到了良好的历史记录 咖啡浮子,茶汇:通过历史和技术完全了解 (1993年Helian)。机械上最简单的是着名的斯洛维奥·莫卡。你把水倒在底座上,用地面插入一个篮子,拧在上室上,把整个锅放在炉子上。蒸汽驱动通过谷物的热水;它流向而不是滴水。我在罗马的一个跳蚤市场上买了我的第一个市场,以1美元为毕业生,几十年来使用它。

即使在这个简单的设备中,物理学也很复杂,作为斯蒂芬斯和我发现(2008年 是。 J. Phy。 76 558)。例如,它没有发生在我们身上,底部容器中的压力是除饱和水的饱和蒸气压之外的任何东西。但由于一些空气最初存在,因此通过普通的旧温度会产生“超压” pv = nrt. 。 “更具机械简单,难以分析,”斯蒂芬斯说。

斯蒂芬斯必须返回院长的办公室,然后谈到如何讨论如何泡沫或烤豆子。 “这些是我对自然科学感兴趣的事情,”斯蒂芬斯留下了。 “探索在容易量化的界面之间的界面 - 压力,温度和体积 - 以及像一杯咖啡的味道这样的复杂的无形。”我再也不会以同样的方式看了一杯咖啡。

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