.gif)
Якщо коротко – пластикові воронки кращі за будь-які інші. Вони повільніше відбирають тепло у води, якою ми заварюємо каву; вони можуть поглинути менше тепла в принципі; а ще вони повільніше передають це тепло навколишньому середовищу.
Розібратися в тому, чому це саме так, нам допоможе фізика. Є три чинники, які визначають, скільки тепла втратить наша екстракція через воронку:
• Теплопровідність – міра того, наскільки швидко матеріал воронки поглинає тепло і розподіляє його в собі;
• Питома теплоємність – міра того, скільки теплової енергії потрібно, щоб змінити температуру воронки на один градус;
• Тепловтрата з поверхні – міра того, наскільки швидко воронка віддає тепло навколишньому середовищу.
Теплопровідність
Можливо, ви запам'ятали ще зі шкільних уроків фізики, що пластик – це відмінний ізолятор, а метал – відмінний провідник. Скло і кераміка знаходяться приблизно між пластиком і металом. Як бачимо, пластик перемагає щодо теплопровідності – але наскільки саме?
| Акрил | Скло | Кераміка | Нержавіюча сталь | |
| Теплопровідність в Вт/(м·K) | 0.2 | 1 | 4-5 | 16 |
Як бачимо, теплопровідність кераміки в 20-25 разів вище, ніж у акрилу (типового пластика). Це означає, що тепло буде набагато швидше виходити з води, якою ми заварюємо каву, в керамічну воронку.
Питома теплоємність
Далі розглянемо, скільки енергії в принципі можуть увібрати в себе воронки з різних матеріалів. Ця величина називається питомою теплоємністю і вимірюється в Дж/(кг·К) – іншими словами, скільки джоулів енергії піде на те, щоб змінити температуру одного кілограма матеріалу на один градус.
| Акрил | Скло | Кераміка | Нержавіюча сталь | |
| Питома теплоємність в Дж/(кг·К) | 1250 | 753 | 1085 | 490 |
На цьому моменті спотикаються безліч баристів: часто можна почути, що вони використовують керамічні воронки «тому, що вони утримують більше тепла». Але насправді в цьому немає нічого хорошого – воронка, в яку «уміщається» більше тепла, буде забирати більше тепла з води, якою ми заварюємо каву.
З цієї ж причини керамічна чашка зовсім не "утримує температуру» еспресо, як часто говорять (і як колись я і сам говорив) – якщо ви хоч раз в житті куштували еспресо з паперового стаканчика, то, можливо, помітили, що він набагато гарячіший, ніж з чашки. Саме тому, що керамічна чашка, скільки завгодно прогріта, дуже швидко забирає з еспресо велику кількість тепла. – А. Т.
Тепловтрати з поверхні
Тепло переходить з воронки в навколишнє середовище двома шляхами – за допомогою конвекції та випромінювання.
Швидкість конвекції залежить від температури поверхні, яка віддає тепло – чим вище температура цієї поверхні в градусах, тим швидше вона буде втрачати тепло. Матеріали з більш високою теплопровідністю будуть швидше розподіляти тепло всередині, і в результаті це тепло швидше дістанеться поверхні – зони контакту з повітрям.
Як ми вже знаємо, матеріали з більш низькою питомою теплоємністю сильніше розігріваються на одну одиницю тепла; отже, коли тепло доходить до поверхні таких матеріалів, її температура зросте на більшу кількість градусів. В результаті пластик, який має більш низьку теплопровідність і більш високу питому теплоємність, втратить за допомогою конвекції набагато менше теплової енергії, ніж інші матеріали.
Швидкість тепловтрати через випромінювання залежить не тільки від матеріалу і температури поверхні, але і від його структури (включаючи ступінь відполірованості), отже її складно розрахувати. При однаковій температурі скло, кераміка і пластик будуть випромінювати однакову кількість тепла. Сталь випромінює трохи менше тепла, але це перекриває той факт, що у сталі висока теплопровідність і низька питома теплоємність – а значить, сталева поверхня розігріється набагато швидше. До того ж, максимально через випромінювання може бути втрачено приблизно в два рази менше тепла, ніж через конвекцію.
Як щодо воронок з теплоізоляцією?
Повітря – це набагато більш ефективний ізолятор, ніж всі ці матеріали; його теплопровідність становить приблизно 0,02 Вт/ (м · K). Існують воронки, які користуються цією перевагою: воронки з подвійними стінками містять повітря в зазорі між стінок, а відкриті металеві каркасні конструкції зводять до мінімуму площу твердого матеріалу, яка контактує з фільтром, відкриваючи доступ повітрю. До якоїсь міри такі воронки допомагають зберегти тепло, але все одно їх краще за все було б виготовляти з пластику.
Щодо скляних воронок з подвійними стінками, більша частина скла все одно вбере багато тепла, перш ніж в гру вступить повітряний прошарок. Пластик впорався б з цим завданням набагато краще.
Щодо металевих каркасних воронок, площа поверхні металу залишається досить великою, отже він все одно вбере якусь кількість тепла з води і розсіє його в навколишньому середовищі. Також до конвекції і випромінювання додасться тепловтрата через випаровування, яке відбувається на зовнішній поверхні фільтра (там, де фільтр контактує з повітрям), а так величезна кількість тепла йде в навколишнє середовище. Якби такі воронки робили з чогось на кшталт пінополістиролу, вийшло б і дешевше, і ефективніше.
Висновки
Як бачимо, пластикові воронки перемогли у всіх номінаціях – вони повільніше вбирають тепло з води, якої ми заварюємо каву (менша теплопровідність), вони повільніше розігріваються з поглинанням тепла (висока питома теплоємність), а також вони повільніше віддають тепло навколишньому середовищу (низька тепловтрата) . Звичайно, якусь роль відіграє й дизайн воронки – особливо її вага і загальна площа поверхні, - але за будь-яких конструктивних рішень найлогічнішим матеріалом для виготовлення воронок все одно залишається пластик.
Переклад рос. з англ. – Арсеній Тарасов, переклад укр. з рос. – Наталя Восканян.
Оригінал - https://baristahustle.com
