Nauka fizyki z maszyną do waty cukrowej! Cz. 1: Laboratorium gazowe

Fizyka w szkole często kojarzy się z niejasnymi ćwiczeniami i brakiem zajęć praktycznych, przez co nie jest ulubionym przedmiotem młodzieży. A przecież wystarczy odpalić maszynę do waty, by zobaczyć w akcji termodynamikę i mechanikę w ich najpyszniejszym wydaniu. Jako miłośnicy waty cukrowej oraz inżynierowie postanowiliśmy pokazać Wam, że nauka fizyki z maszyną do waty cukrowej to sposób, dzięki któremu możesz poznać i zrozumieć fizykę w przystępny i słodki sposób!

Dziś omówimy model gazowy, który dodaje odrobinę chemii do naszej lekcji fizyki.

1. Od butli do ognia: Rozprężanie i spalanie

Do pracy gazowej maszyny do waty cukrowej niezbędna jest butla z gazem, który jest w formie skroplonej (LPG). Po odkręceniu zaworu gaz ma możliwość rozprężenia się i wychodzi z palnika pod zwiększonym ciśnieniem. Gaz u wylotu palnika należy podpalić, aby płomień ogrzewał aluminiową głowicę od spodu. Proces spalania gazu dostarcza energię cieplną, którą powinniśmy precyzyjnie kontrolować. Sam kolor płomienia pokazuje nam, jaki czynnik jest spalany – największe ciepło wydzielane jest bezpośrednio nad płomieniem. Ale jak sprawić, by ten ogień stopił (nie spalił) cukier niezbędny do waty cukrowej?

2. Ogrzewanie głowicy: Przewodzenie ciepła

Tu do gry wchodzi przewodzenie ciepła. W naszych maszynach gazowych głowice wykonane są z aluminium. Dlaczego? Bo to genialny przewodnik! Aluminium błyskawicznie odbiera ciepło z palnika i przekazuje je do wnętrza głowicy, gdzie czeka cukier. Gdybyśmy użyli materiału o słabym przewodnictwie, cukier grzałby się długo i nierównomiernie, a my tracilibyśmy czas i paliwo. Podczas szkoleń często również wspominamy sytuację garnka zostawionego na gazie – wszyscy wiemy, czym to się może skończyć – dlatego uczulamy naszych klientów, aby nie odchodzili od maszyny, gdy palnik jest włączony, pamiętali o wyłączaniu ogrzewania w momencie skończenia robienia waty oraz zwracali szczególną uwagę na ryzyka związane z żywym ogniem.

3. Magiczna bariera 165°C: Topnienie i karmelizacja

Cukier w głowicy musi przejść zmianę stanu skupienia – to klasyczne topnienie. Jednak wata cukrowa to coś więcej niż tylko stopiony cukier. Kluczowa jest temperatura karmelizacji (między 165 a 195°C). To moment, w którym białe kryształki zmieniają swoją strukturę chemiczną i przechodzą w stan ciekły. Jeśli używacie smakowego, kolorowego cukru do waty cukrowej, proces ten jest jeszcze ciekawszy, bo dodatki aromatyczne muszą współgrać z tą temperaturą, by nie stracić swoich właściwości.

4. Dlaczego cukier leci w górę? Siła odśrodkowa i ciąg

Kiedy cukier jest już płynny, do akcji wkracza mechanika. Głowica kręci się z prędkością kilku tysięcy obrotów na minutę.

Siła odśrodkowa: Dosłownie wypycha płynny karmel przez szczeliny w głowicy. Jeśli używasz cukru drobnoziarnistego – jest szansa, że ta siła wypchnie go z głowicy, zanim zmieni on swój stan skupienia.

Siła ciągu: Zauważyliście charakterystyczne skrzydełka na głowicy (lotki)? To one działają jak śmigło, wytwarzając ciąg powietrza, który unosi nitki cukru do góry. Bez tej siły wata osadzałaby się na dnie misy, zamiast tworzyć puszystą chmurę. Ustawienie lotek ma bardzo istotny wpływ na siłę ciągu, dlatego też warto zwrócić na nie uwagę, szczególnie gdy wata nie leci do góry, tylko ucieka gdzieś na boki.

5. Nitka na patyku: Krzepnięcie i tarcie

Ostatni etap to krzepnięcie. Gorąca nitka karmelu w ułamku sekundy styka się z chłodniejszym powietrzem i wraca do stanu stałego. Ale jak sprawić, by ta nitka została na patyczku?

Odpowiedzią jest siła tarcia. To właśnie dlatego profesjonalne patyczki do waty cukrowej są drewniane i mają lekko szorstką powierzchnię. Gdyby były gładkie, tarcie byłoby zbyt małe, a pierwsza warstwa nitek po prostu by się ześlizgnęła. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej na temat patyczków do waty cukrowej, zachęcamy do przeczytania tego artykułu: Czy patyczki do waty cukrowej mają znaczenie?

Podsumowanie

Jak widać, produkcja waty cukrowej to nie tylko kręcenie patykiem – to kontrola nad wieloma procesami fizykochemicznymi. Jeśli chcecie uniknąć błędów, które wynikają z niezrozumienia tych procesów, zajrzyjcie do naszego wpisu o tym, dlaczego wata czasem nie wychodzi.

W drugiej części opowiemy o procesach, które zachodzą w elektrycznych maszynach do waty cukrowej.