Почему молоко убегает при кипении. Что делать, чтобы молоко не убежало

Молоко при варке часто убегает так быстро, что мы не успеваем его поймать. Почему так происходит и какие физические процессы за это отвечают? The Village разбирается в кухонной физике.

Андрей Санин

профессор, доктор физико-математических наук, сотрудник института физики Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого

Вопрос с убегающим молоком нельзя назвать острым для современной физики. Но вообще это показательный процесс - хороший тест для оценки понимания физических процессов. Простой ответ в одном предложении: кастрюлю с молоком переполняют пузырьки газа, которые не лопаются.

Для начала стоит разобраться, как вообще появляются множества мелких воздушных пузырьков при кипении. Заметить приближение этой фазы в непрозрачном молоке невозможно. А в случае с водой процесс наглядный, особенно если наблюдать за ним через прозрачный сосуд. По мере нагревания, то есть с ростом температуры, вы увидите, что дно и стенки сосуда покрываются мелкими газовыми пузырьками. Они образуются за счёт выделения газов, растворённых в воде. В тонком придонном слое температура несколько выше, и вода, по идее, должна более интенсивно испаряться. Только куда ей испаряться в глубине? Она и находит выход - испаряется внутрь крошечных пузырьков. Они всегда образуются между стенкой сосуда и жидкостью, особенно там, где есть следы жира или мелкие царапины, невидимые глазом микротрещины.

С повышением температуры пузырёк постепенно расширяется, пока давление воздуха и пара внутри него не уравновесится внешним давлением. Наконец выталкивающая сила отрывает его, и он всплывает. А на стенке уже зреет новый.

Молоко же, помимо воды, содержит длинные полимерные молекулы. Когда при нагревании молока из приповерхностных слоёв испаряется вода, эти молекулы сцепляются и образуют прочную плёнку. Тем временем на дне появляются крошечные пузырьки - это выделяется растворённый в жидкости газ. Внутрь пузырьков тоже начинает испаряться вода, они растут, а их стенки укрепляются полимерной плёнкой. Когда пузырьки всплывают, они упираются в плёнку на поверхности и не могут, как в воде, лопнуть и выпустить пар. С приближением молока к точке кипения число пузырьков растёт, они образуют пену, которая приподнимает полимерную плёнку. При этом сами пузырьки достаточно прочны и не лопаются. Подпираемые снизу новыми, они быстро переполняют кастрюлю.

Понимание природы этого явления позволяет с ним успешно бороться. Чтобы молоко не убежало, его размешивают, не давая возникнуть плёнке. Проще всего, если это будут делать сами поднимающиеся со дна пузыри. Надо только, чтобы они всплывали на поверхность уже укрупнившись, тогда любая плёнка будет им нипочём.

Советская промышленность даже выпускала «сторожи для молока» в виде диска из нержавеющей стали с концентрическими канавками. Поверхность его гладкая и легко моется. Диск кладут на дно кастрюли, при этом в канавках остаётся довольно много воздуха, сюда и стремятся пары закипающего молока. В результате на дне образуются довольно крупные пузыри, которые всплывают на поверхность через специальную горловину в диске. Пена в этом случае не образуется, и молоко не убегает. За ним можно даже было не присматривать - это такой физический прототип сегодняшних умных вещей: как только образовывались крупные пузыри - диск начинал слегка погромыхивать.

Ну а в обычных условиях достаточно положить на дно кастрюли перевёрнутое блюдце, из-под которого будут всплывать более крупные пузырьки, и молоко станет кипеть так же, как вода.

Антон Абрезов

шеф-повар кафе «Мечтатели»

Ответ на этот вопрос довольно простой. Всё дело в плотности молока. Кипение воды, например, никогда не начинается неожиданно - вы всегда сначала замечаете маленькие пузырьки на дне. Они постепенно увеличиваются в размере, газ внутри начинает испаряться и выталкивает их на поверхность. Чем выше температура, тем быстрее происходит этот процесс. Так вот, с одной стороны, из-за плотности молока плёнка вокруг этих пузырьков несколько плотнее, а с другой - при его нагревании вода испаряется с поверхностных слоёв и образуется тонкая плёнка, которая и не даёт испаряться пузырькам газа. Поэтому они накапливаются и убегают. Как люди на выходе из метро.

Процесс «убегания» не зависит от используемой посуды или плиты - молоко всё равно убежит. Можно положить на дно кастрюли блюдце, чтобы пузырьки концентрировались на дне и происходил равномерный нагрев молока, которое находится выше блюдца. На поверхность в таком случае поднимаются только большие пузырьки. Но тогда очень велик риск, что молоко подгорит. Я предпочитаю просто не ставить сильный огонь и перемешивать до закипания.

иллюстрация: Настя Григорьева

Кипящая вода никогда не убегает из кастрюли, хотя может очень сильно бурлить. Молоко же при закипании довольно внезапно и быстро поднимается к краю кастрюли и переливается через край - убегает.

Почему это происходит?

Чтобы понять, что происходит при кипении, понаблюдайте за водой, когда её нагревают. (Внимание! Наблюдайте только со стороны, не приближаясь к кастрюле и тем более не наклоняясь над ней!) Сначала появляются маленькие пузырьки на дне и на стенках сосуда. Они образуются за счёт газов, растворённых в воде. Особенно много пузырьков образуется на тех местах, на которых есть царапины или следы жира. В пузырьках, кроме газов, находится водяной пар - результат испарения воды. Ведь на дне кастрюли или другого сосуда вода нагревается быстрее, чем на поверхности. Куда ей испаряться в толще жидкости? Только внутрь этих газовых пузырьков.

С повышением температуры пузыри постепенно увеличиваются, а затем всплывают на поверхность и там лопаются.

В молоке же, в отличие от воды, много различных органических веществ, в частности, белков и жиров. При нагревании они образуют на поверхности молока тонкую, но прочную плёнку. Края этой плёнки прилипают к краям кастрюли. В результате пузырьки не могут пробиться через эту плёнку наружу и скапливаются под ней. Стенки этих пузырьков, в свою очередь, тоже покрыты плёнкой, которая не дает им лопаться. В итоге эти пузыри в молоке образуют пену. По мере закипания число пузырьков растёт, и когда их становится много, они сначала приподнимают, а потом прорывают поверхностную пленку. Молочная пена резко устремляется вверх, на свободу, и мы говорим: молоко убежало.

Понимая природу этого процесса, несложно догадаться, как предотвратить убегание молока.

Способ 1. Постоянно помешивать молоко, чтобы препятствовать образованию плёнки на поверхности.

Способ 2. Добиться того, чтобы пузыри всплывали к поверхности уже достаточно большими и "сильными", чтобы прорвать молочную плёнку. Для этого на дно кастрюли, в которой кипятят молоко, кладут блюдце дном вверх или крышку для консервирования бортиками вниз. Под блюдцем или под крышкой при этом остаётся воздух. Пары в молоке при закипании испаряются внутрь воздушных пространств, которые находятся под блюдцем. Здесь образуются большие пузыри, которые, поднявшись, легко прорывают поверхностную пленку.

Советская промышленность выпускала специальные "сторожи для молока" - металлические диски с круглыми канавками с искривлением с одной стороны для выхода пузырей

Если такой диск опустить на дно кастрюли с молоком, в канавках останется довольно много воздуха. Именно сюда устремляются пары при закипании молока. В результате на дне образуются большие пузыри, которые выбираются из-под "сторожа" через вспециально сделанный выход и устремляются на поверхность. Пена в этом случае не образуется, и молоко не убегает, хотя активно бурлит. Кроме того, когда такой диск начинает "работать", он подпрыгивает на дне, издавая достаточно громкие звенящие звуки. Они сигнализируют хозяйке о закипании молока. Пренебрегать этим сигналом и передерживать молоко на плите не стоит, потому что оно по мере усиления кипения все равно в конце концов одолеет "сторожа" и убежит. А кроме того, ещё и пригорит. Поэтому, поставив молоко на плиту, никогда не отходите от него далеко и не отвлекайтесь на другие дела.

Почему убегает молоко, и как этого избежать? Наблюдали, как идет процесс кипения вообще? В молоке это не видно, поскольку среда непрозрачная, а в воде отчетливо можно наблюдать как по мере нагревания металлических стенок и дна кастрюли на них образуются мелкие газовые пузырьки. Это - растворенные в воде газы. Пузырьки чаще всего образуются там, где есть следы жира, царапинки, микротрещинки. Поскольку около дна и стенок температура воды несколько выше, то там и начинается испарение воды. А куда воде испаряться? Внутрь этих пузырьков! Пузырьки растут, становясь пузырями, и в какой-то момент времени сила выталкивания превышает силу сцеплелния с поверхностью кастрюли и пузырь всплывает на поверхность. Процесс кипения, как мы его представляем в виде бурления воды, начинается, когда таких пузырей образуется сразу большое количество.

а у вас молоко убежало!

А что происходит с молоком? При нагревании молока, на границе его с воздухом образуется полимерная пленка - та самая молочная пенка, которую кто-то из детей любит, а кто-то - на дух не переносит. Чем выше температура поверхности молока без интенсивного кипения, тем толще слой пленки. Чем толще слой пленки, тем сильнее перегревается поверхностный слой молока, ибо жидкость не испаряется, охлаждая тем самым поверхноть. Во многих пузырьках пара такая пленка то же успевает образоваться, в результате чего образуется молочная пена. Всплывающие пузырьки вместо того, чтобы лопаться на поверхности скапливаются под поверхностью пенки, начиная растягивать ее и в определенный момент она лопается. Тут-то и сжавшиеся пузырьки молочной пены расправляются на свободе и шапка стремительно взлетает вверх кастрюли.

Как не позволить убежать молоку. Путей тут несколько. Во-первых классический - непрерывно размешивать молоко, не давая образоваться толстой пленке на поверхности. Во-вторых, можно создать локальные зоны кипения. Например, положив на дно кастрюли обрезки нержавеющей проволоки или стеклянные шарики. Они станут центрами образования пузырей, которые веселым потоком рванут вверх, прорывая образовывающуюся на поверхности пленку. Когда-то в магазинах можно было купить "сторож молока" в виде металлического диска с концентрическими кругами. Его можно было положить на дно кастрюли. Незадолго до начала кипения, образовывающиеся под диском пузыри заставляли его подпрыгивать, дребезжа на дне кастрюли. Для этой цели вы можете использовать блюдце, положив его донышком вверх. Испарение пойдет под блюдце, откуда будут выходить пузыри большого размера, прорывающие молочную пенку.

Еще есть способ, который подходит для микроволновых печей. Стенки посуды, выше уровня молока смазываются сливочным маслом. Тогда молочная пенка поднявшись до границе смазки, выпустит пузыри пены по краям кастрюли, где они благополучно успеют полопаться.

Хитрости - хитростями, но основное правило никто не отменяет: за закипающим молоком следить надо внимательно!

Любая хозяйка знает: стоит отвлечься от кастрюльки с молоком, оно обязательно убежит. Белая шапка пены образуется в доли секунды, никакая сила не способна удержать ее в этот момент.

Как же перехитрить коварное молоко?

Сначала постараемся понять: почему оно все-таки убегает? Из-за образования множества мелких воздушных пузырьков, появляющихся вдруг при кипении. Заметить приближение этой фазы в непрозрачном молоке невозможно. Потому проведем наблюдения с обычной водой.

Хорошо, если найдется прозрачный лабораторный сосуд из химического стекла, но можно обойтись и обыкновенной алюминиевой или эмалированной кастрюлей. Поставьте ее на огонь, наполнив холодной водой.

По мере нагревания, то есть с ростом температуры, вы увидите, что дно и стенки сосуда покрываются мелкими газовыми пузырьками. Они образуются за счет выделения газов, растворенных в воде. В тонком придонном слое температура несколько выше, и вода по идее должна более интенсивно испаряться. Только куда ей испаряться в глубине? Она и находит выход - испаряется внутрь крошечных пузырьков. Они всегда образуются между стенкой сосуда и жидкостью, особенно там, где есть следы жира или мелкие царапины, невидимые глазом микротрещины.

С повышением температуры пузырек постепенно расширяется, пока давление воздуха и пара внутри его не уравновесится внешним давлением. Наконец выталкивающая сила отрывает его, и он всплывает. А на стенке уже «зреет» новый (рис. 1).

Воздушные шарики растут быстро, всплывают… Вот вам и пена. Попробуем научиться управлять ее образованием.

Нанесите несколько царапин на небольшом участке дна емкости, например консервной банки Налейте в нее воду и поставьте на плиту. Заметили, откуда теперь поднимаются пузырьки? Образовался очаг «локального» кипения, а в остальном объеме - перегретая, но практически не кипящая жидкость. Кипение стало управляемым, поднимающиеся со дна пузыри крупные - прямо-таки бьют ключом.

Итак, проблема решена. Но какая хозяйка решится царапать кастрюлю! Пусть лучше молоко убегает, скажет она. Пробовали в качестве «сторожа» использовать проволоку с шершавой поверхностью - клали на дно кастрюли. Но ее оказывается трудно отмывать, поэтому этот вариант не прижился.

Но вот наконец промышленность стала выпускать «сторож» в виде диска из нержавеющей стали с концентрическими канавками. Поверхность его гладкая и легко моется. Диск кладут на дно кастрюли, при этом в канавках остается довольно много воздуха, сюда и стремятся пары закипающего молока. В результате на дне образуются довольно крупные пузыри, которые всплывают на поверхность через специальную горловину в диске. Пена в этом случае не образуется, и молоко не убегает. Можно даже и не присматривать за ним: умный «сторож» сам позовет вас - как только образуются крупные пузыри - диск начнет слегка погромыхивать. (Рис. 2).

Проводила Настя Сергеева, 8 лет, и ее мама Елена Васильевна.

Утро!!! Солнышко заглядывает в окно! Лето! Здорово! Голос бабушки: «Настя, пора вставать, скоро каша будет готова!» А вставать не хочется, полежу еще чуть-чуть….Вдруг слышу: «Ай, ай-яй молоко убежало!» Как убежало, куда убежало, зачем убежало?????

Убежало молоко. Убежало далеко!

Вниз по лестнице скатилось,

Вдоль по улице пустилось,

Через площадь потекло,

Постового обошло,

Под скамейкой проскочило,

Трех старушек подмочило,

Угостило двух котят,

Разогрелось и назад:

Вдоль по улице летело,

Вверх по лестнице пыхтело,

И в кастрюлю заползло,

Отдуваясь тяжело.

Тут хозяйка подоспела:

— Закипело?

— Закипело!

Бородицкая Марина

Что же происходит с молоком, когда мы его нагреваем, почему оно убегает и как его остановить?! Что нужно делать, чтоб молоко не убегало?

1. Настя думает, что нужно взять широкую кастрюлю, а не узкую, тогда молоко не убежит.

2. Мама Насти говорит, что нужно сделать тише газ.

3. Бабушка говорит, что нужно взять специальную кастрюлю, из которой молоко не убегает.

В энциклопедии Настя прочитала, почему молоко убегает. Оказывается вот почему:

Мы знаем, что вода бывает в трех состояниях: пар, жидкость и лед. Молоко – это жидкость, и если его нагревать, то жидкость начнет испаряться, и образуются у дна пузырьки пара. Чем больше температура – тем больше по размеру пузырьки и они стремятся вверх к поверхности. Пузырьки пара всплывают. А на поверхности уже образовалась пленка, т.е. пенка, такая противная, которую дети заставляют всегда маму убирать! И она не выпускает пузырьки по одному. Они там накапливаются, собираются с силами! Как только много их набирается, молоко хочет убежать. И вот молоко уже убежало!

Что же делать, чтобы молоко не убегало?

Гипотеза № 1

Если взять две разные кастрюли: одну маленькую, а другую пошире и сравнить, как кипит молоко в них?

Зависит ли убегание молока от того, какой ширины кастрюля?

Проведем эксперимент: Нагреваем молоко в стеклянной пробирке, оно быстро побежало вверх! Нагреем молоко в наклонной пробирке. Почему в наклонной? Потому, что наклонная пробирка больше нагревается огнем, как будто это широкая кастрюля с молоком. Молоко тоже быстро побежало вверх! Даже еще быстрее.

Вывод: Значит, от размера кастрюли не зависит, убежит молоко или нет! От размера кастрюли зависит, скорость, с которой убегает молоко. Чем больше поверхность соприкосновения кастрюли с огнем, тем быстрее молоко закипит и убежит.

Гипотеза № 2

Зависит ли убегание молока от силы огня?

Чем сильнее огонь, тем быстрее молоко закипит и соответственно убежит. На слабом огне молоко убегает не так быстро, но все равно убегает!

Вывод: Значит и от силы огня зависит скорость убегания. Чем сильнее огонь, тем быстрее убежит.

Гипотеза № 3

У бабушки есть специальная кастрюля, из которой молоко не убегает.

Почему же это происходит? Данное приспособление состоит из двух сосудов, один побольше, другойпоменьше и они вставлены друг в друга. В

большой контур заливается вода, а в саму емкость молоко, а на отверстие, куда заливается вода, надевается свисток. При нагревании сначала начинает

кипеть вода, и она равномерно нагревает молоко. При кипении воды, свисток начинает свистеть, предупреждая нас о том, что скоро молоко будет готово.

Так как молоко нагревается равномерно и не образуются пузыри, молоко не убегает.

Вывод: Значит, кастрюля помогает сделать так, чтоб молоко не убегало.

Есть ли еще приспособления или способы «усмирить» молоко?

Чтобы молоко не убежало нужно:

И вот уже Настя может сделать общий ВЫВОД:

Проведя все эксперименты, она увидела, чтоб не убегало молоко нужно использовать приспособления: специальные кастрюли для молока, «сторож для молока» или если нет «сторожа» — простую стеклянную или железную крышку на дно, а так же не забывать про силу нагревания (слабый огонь).

Ну что, юные ученые. Теперь вы знаете ответ на один интересный вопрос, который возможно спрашивали у своих родителей, после того как видели как убегает молоко на домашней кухне. Вам понравился эксперимент? Надеемся, что в гостях у бабушки вы поищите специальную кастрюлю и повторите эксперимент. Давайте продолжим изучение веселой науки вместе. Приглашаю вас изучить другие разделы сайта . А если у вас есть вопросы — задавайте их нам и мы ответим на них в ближайшем выпуске “ПочеМук ”.

Список литературы:

2. Стихотворение «Убежало молоко» Бородицкая Марина

3. «Первые вопросы и ответы о воде», Бухова Татьяна (перевод с английского).