Die Naturwissenschaften und insbesondere die Physik spielen im Alltag eine nicht zu unterschätzende Rolle. Gerade beim Kochen können wir uns diese Prinzipien zunutze machen, um dabei Energie zu sparen und noch schneller an den gedeckten Tisch zu kommen. Wie das funktioniert? Ganz einfach, mit einem Schnellkochtopf. Wir erklären euch, wie ein Schnellkochtopf funktioniert und welche Regeln der Physik dahinterstehen.
Schnellkochtopf – Was ist das eigentlich?
Der Schnellkochtopf ist ein spezieller Topf für das Garen von Speisen unter erhöhtem Druck, der sich in seiner Konstruktionsweise deutlich von einem einfachen Kochtopf unterscheidet. Er zeichnet sich dadurch aus, dass sich Topfkörper und Topfdeckel über ein Schraubgewinde fest verschließen lassen.
Damit kann weder Luft von außen eindringen, noch von innen entweichen. Zusätzlich verbaute Dichtungen machen den Topf luft- und wasserdicht. Darüber hinaus ist der meist aus Edelstahl gefertigte Schnellkochtopf dickwandiger als ein einfacher Topf. Nur so kann er dem Druck standhalten, der im Inneren während des Kochvorgangs entsteht.
Damit die Energie von der Herdplatte optimal in das Topfinnere geleitet wird, besteht der Boden aus einem hochwärmeleitfähigen Material. Um sich die Naturwissenschaften beim Kochen von möglichst vielen Speisen zunutze machen zu können, sind für Dampfkochtöpfe Zubehörteile wie Garsiebe erhältlich.
So funktioniert ein Schnellkochtopf.
Das Funktionsprinzip des Schnellkochtopfs ist eines der Grundprinzipien der Naturwissenschaften und eigentlich einfach erklärt: Erwärmt sich das Innere des dicht verschlossenen Topfes, beginnt das Wasser als Wasserdampf zu verdunsten. Die Abdichtung führt dazu, dass der Wasserdampf anders als in einem normalen Topf nicht entweichen kann. Dadurch steigt der Druck im Topf an.
Je mehr Wasserdampf durch den Temperatureinfluss entsteht, desto höher steigt der Druck an. Somit erreicht ein voll aufgeheizter Schnellkochtopf ca. das 1,8-Fache des außerhalb herrschenden Drucks. Das entspricht etwa 180 Kilopascal (kPa). Hier kommt die Physik ins Spiel: Normalerweise siedet Wasser bei 100 Grad Celsius. Durch den erhöhten Druck steigt der Siedepunkt an.
Wie hoch die Temperatur im Topf ansteigt, lässt sich durch die verschiedenen einstellbaren Garstufen regeln. Die Siedetemperatur bei 180 kPA liegt etwa bei 117 Grad Celsius. Diese Temperatur wird meist in der höchsten Garstufe des Schnellkochtopfs erreicht. Das Ergebnis: Die enthaltenen Speisen garen durch die erhöhte Gartemperatur schneller.
Merke: Je höher der Druck im Dampfkochtopf ist, desto höher ist die Siedetemperatur des Wassers.
Zeit und Energie sparen – Speisen garen bis zu 100 Prozent schneller.
Das Kochen im Schnellkochtopf ist ein Paradebeispiel, wie in den Naturwissenschaften Chemie und Physik zusammenwirken. Der Einfluss der physikalischen Größe Wärme führt zum Garprozess, der sich aus verschiedenen chemischen Prozessen zusammensetzt. Aus den Naturwissenschaften kennen wir außerdem die Regel, dass sich die Geschwindigkeit einer Reaktion mindestens verdoppelt, wenn die Temperatur um 10 Grad Celsius erhöht wird.
Heizt sich der Schnellkochtopf also auf der höchsten Garstufe auf 117 Grad Celsius auf, beschleunigt sich der Kochvorgang um mindestens 85 Prozent. Das bedeutet, dass du deinen Herd für das Garen von zwei Kilogramm Kartoffeln nur etwa halb so lang laufen lassen musst. Dementsprechend groß ist die Energieersparnis beim Kochen mit Schnellkochtopf. In Abhängigkeit von den verwendeten Lebensmitteln können Garzeit und Energiebedarf sogar noch weiter sinken.
Sicherheitshinweise für den Umgang mit dem Schnellkochtopf.
Maßgeblich für die Funktionsweise des Schnellkochtopfs ist der Druck von 1,8 Atmosphären. Würde der Topf bei diesem oder einem höheren Druck versagen, bestünde eine hohe Verletzungsgefahr. Sowohl durch heißen Wasserdampf als auch durch mit hohem Druck herumfliegende Bestandteile. Damit innerhalb des Topfes kein zu hoher Druck entsteht. Ist im Deckel ein Überdruckventil integriert, das den Wasserdampf kontrolliert entweichen lässt.
Wichtig: Öffne niemals einen unter Druck stehenden Dampfkochtopf!
Erst wenn der Druck im Inneren auf das Niveau des Umgebungsdrucks abgesunken ist, ist das weitgehend gefahrlose Öffnen möglich. Vorsicht dennoch geboten. Immerhin ist der entweichende Wasserdampf knapp 120 Grad Celsius heiß und damit gut 20 Grad wärmer als bei konventionellen Kochtöpfen.
Der Erfinder des Schnellkochtopfs
Der französische Physiker Denis Papin erfand den ersten Schnellkoch- bzw. Dampfdrucktopf im Jahr 1679, den „Papinschen Topf“. In diesem Zuge erfand er auch das entscheidende Sicherheitsventil, eine wichtige Entwicklung für die spätere Dampfmaschine. 1690 baute er in Marburg die erste funktionierende Wärmekraftmaschine, eine einfache Kolbendampfmaschine. 1707 schließlich entwickelte er ein durch Dampfzylinder und Muskelkraft angetriebenes Schaufelradboot.
Ein Schnellkochtopf im Physikunterricht
Bei der PHYWE haben wir verschiedene Versuche zu dem Thema. Besonders das PHYWE Experiment Dampfdruck von Wasser bei hohen Temperaturen zeigt die Vorgänge plakativ und sicher.
Auch für die hier relevanten Gasgesetze von Gay-Lussac, Amontons und Boyle bieten wir einen spannenden digitalen Versuch mit dem Glasmantel: Zustandsgleichung idealer Gase mit Cobra SMARTsense