真空里的棉花糖:看被困住的空气赢
棉花糖主要是被糖基质困住的空气。把上方的空气抽走,被囚的气泡就会膨胀,体积翻倍,随后塌成一枚起皱的壳。
材料
| 材料 | 用量 | 替代方案 |
|---|---|---|
| 棉花糖 | 6 颗,新鲜柔软 | 放久了的也能用,但膨胀少且会裂 |
| 真空泵或大号注射器 | 1 个,100 毫升注射器堵住出口即可 | 红酒保鲜泵加硬质容器 |
| 硬质透明容器 | 1 个,带可密封的盖 | 厚壁塑料罐;薄壁瓶会被压瘪 |
| 剃须泡沫 | 核桃大小一团,可选 | 打发奶油,膨胀更夸张 |
| 葡萄或密封薯片袋 | 各 1,可选 | 吹了一点气的球 |
| 厨房秤 | 1 台,精度 0.1 克 | 也可以不做质量对比 |
操作步骤
称一颗棉花糖记下质量,把两颗放进容器并密封。
观察要点: 标准棉花糖大约 7 克,直径约 4.5 厘米。
慢慢抽气,压力下降时盯住棉花糖。
观察要点: 它们平滑地胀大,直径涨到约两倍之后才会发生别的事。
在它们停止生长之后继续抽。
观察要点: 外层糖皮到达拉伸极限后表面从光滑变皱,并出现几道裂口。
打开阀门让空气迅速回去。
观察要点: 它们在一秒内向内塌陷,最终比原来更小更密实,表面带一层凹坑壳。
称一下塌陷后的棉花糖,和起始质量比较。
观察要点: 质量变化在 0.1 克以内,这证明变的完全是体积,而不是物质。
原理
棉花糖是一种充气糖泡沫:按体积约 50% 是空气,被蔗糖、葡萄糖浆和明胶构成的基质托住。内部气泡的压力是大气压,约 101 千帕。当容器内压力下降时,每个气泡内部的压力突然高于外部,于是气泡膨胀,直到糖基质的弹性外皮开始抵抗。这层基质的行为像一层橡胶膜:小幅拉伸会回弹,拉伸超过极限就会屈服,之后不再恢复。空气回去时,气泡无法把失去的体积重新吸回来,因为基质已经被拉成了新的形状,所以棉花糖出来时比原来更小,而不是恢复原尺寸。
可以这样理解: 就像钟罩里的气球。把罩里的空气抽走,气球相对而言就鼓起来;把空气放回去,气球缩回原样——除非你把它拉得太狠,橡胶再也铺不平了。
清理与处置
所有食材都可以吃,只是真空处理过的棉花糖更密实、更有嚼劲,不再松软。不要把这处理过的棉花糖放进微波炉,困住的空气和糖会受热不均并爆溅。容器用湿布擦净,完全晾干后再密封。
实验台笔记
什么样才算是好样品
新鲜度是主导因素。新鲜的棉花糖基质柔软可拉伸,能胀到直径的两倍;放久的基质已部分结晶,约 1.4 倍就会开裂。
Observed / 实测容器压力 25 千帕时,新鲜棉花糖胀到直径的 2.0 到 2.2 倍;放久的只有 1.3 到 1.5 倍,还会掉渣。
把压力读出来
如果你的泵带表,记下每次变化发生时的读数。标准棉花糖几乎立刻开始膨胀,约 40 千帕时开始起皱,约 20 千帕时开裂。
Observed / 实测用 100 毫升注射器抽 500 毫升容器,从常压到 20 千帕约需 25 秒。
薄容器与大糖块
值得一试的变体
- 用一团剃须泡沫和一勺打发奶油做同样测试,按体积增幅排序。
- 把密封的薯片袋放进容器:膨胀的是包装袋而不是内容物,说明这一效应对任何被困气体都成立。
- 膨大状态下取出一颗棉花糖,立刻放进微波炉十秒,看它通过另一种机理再次膨胀。
实验台上常被问到的问题
- 为什么它不能恢复原状?
- 糖和明胶的基质被拉伸超过弹性极限并重新排列了。压力恢复时气泡会被压缩,但壁面无法重新鼓回原来的形状,于是整体比原来更密实。
- 棉花糖会失去质量吗?
- 不会,几分钟内测不出来。变的只有体积。如果把膨胀的棉花糖在真空里放一小时,确实会失掉一点水,但那是蒸发而不是压力效应。
- 为什么容器必须是硬质的?
- 软质容器在你抽气时会自身塌陷,内部压力根本降不下去。这个效应完全依赖气泡内部与容器气氛之间的压力差。