Warum kocht Wasser bei niedrigem Druck schneller

Warum kocht Wasser bei niedrigem Druck schneller

Wir alle haben in der Schule gelernt, dass Wasser aus dem Wasserhahnen bei einer Temperatur von 100°C siedet. Durch die zugeführte Wärme beginnen sich die Wassermoleküle immer stärker zu bewegen, bis sie den Kontakt zueinander verlieren: das bedeutet, dass ein guter Teil des Wassers vom flüssigen in den gasförmigen Zustand gewechselt hat, und die Dampfblasen, die sich am Topfboden bilden, steigen auf und platzen an der Oberfläche. Der Wechsel in einen anderen Aggregatszustand benötigt Energie, aber wenn das Wasser im Topf einmal am Sieden ist, wird es nicht mehr heisser, auch wenn man es höher aufwallen lässt. Die Energie, die man ihm zusätzlich zuführt, bewirkt nur, dass es stärker verdampft.

Nun versteht man, weshalb sich keine Zeitersparnis ergibt, wenn man die Speisen bei sehr hoher Temperatur kocht. Reduziert man das Gas oder die Stomzufuhr der Herdplatte kurz bevor das Wasser brodelt, spart man nicht nur Energie mit dem Herd, sondern auch weil weniger Dampf entsteht und man deshalb die Dunstabzugshaube nicht auf voller Stärke laufen lassen muss. Gerade im Winter hat der übermässige Gebrauch des Dunstabzugs einen Verlust der Heizenergie zur Folge, da die warme Innenluft nach draussen befördert wird.

Eine Frage des Luftdrucks

Es ist in der Tat der atmosphärische Druck, der bewirkt, bei welcher Temperatur Wasser kocht, denn der Luftdruck "drückt" auf den Dampf. Mit zunehmender Höhe sinkt der Luftdruck, und dies bedeutet, dass der Siedepunkt für Wasser pro 300 Höhenmeter um jeweils ein Grad Celsius tiefer liegt. Sein Siedepunkt liegt zum Beispiel auf 2000 Meter über Meer bei 93°C, auf dem Gipfel des Mont-Blanc bei 85°C und auf der Spitze des Mount-Everest kocht Wasser bereits bei 72°C – und wird dabei nicht mehr heisser. In einem Dampfkochtopf hingegen kann Wasser eine Temperatur von 120°C erreichen, und deshalb ergibt sich hier eine verkürzte Kochzeit der Speisen.

Zucker und Salz erhöhen den Siedepunkt

Gibt man dem Wasser Zucker oder Salz zu, erhöht sich sein Siedepunkt. Auf diesem Prinzip beruht das Zuckerthermometer. Es wird insbesondere zur Temperaturmessung der Konfitüre während des Kochvorgangs benutzt: Je mehr Flüssigkeit verdampft, umso konzentrierter wird der Zuckergehalt der Konfitüre, und umso heisser ist die Masse. Wenn das Thermometer 105° anzeigt (die Temperatur ist je nach Rezept unterschiedlich), weiss man, dass die richtige Zuckerkonzentration erreicht ist und die Konfitüre die gewünschte Konsistenz hat.

Nudeln mit wenig Wasser kochen

Beim Kochen von Nudeln reicht die zugefügte Menge Salz nicht aus, um den Siedepunkt signifikant zu erhöhen (weniger als ein Grad Celsius). Salzt man das Wasser, hat dies demzufolge kaum einen Einfluss auf die Kochzeit und auch nicht auf die Beschaffenheit der Nudeln. Salzt man die Teigwaren jedoch erst nach dem Kochen, merkt man dies beim Kauen, denn sie sind innen ganz fade.

Für gewöhnlich kocht man die Pasta in viel Wasser in einem grossen Kochtopf ohne Deckel, damit nichts überläuft, und man glaubt, dass dies die Voraussetzung für das Gelingen eines Nudelgerichts ist. Teigwaren können aber auch anders gekocht werden, ohne Energie zu verschwenden.

Es ist durchaus möglich, Nudeln in nur 1,5 oder 2 Liter Wasser zu kochen, wenn man vermeidet, dass das Wasser zu stark sprudelt. Und bleibt man unter dem Siedepunkt, kann sogar ein Deckel verwendet werden – was den Energieverbrauch noch einmal senkt. Allerdings sollten die Nudeln von Zeit zu Zeit mit einem Kochlöffel umgerührt werden, damit sie nicht am Topfboden anhaften. Es gibt sogar Rezepte für kurze Pasta (Penne, Makkaroni, Farfalle), bei denen so wenig Wasser verwendet wird, dass am Ende der Kochzeit nichts abgeschüttet werden muss, genau wie bei einem Risotto. Die gesamte Stärke bleibt so im Kochtopf und trägt zur Cremigkeit der Sauce bei.

Kocht man die Nudeln in einem normal grossen statt in einem hochwandigen Topf, trägt ebenfalls dazu bei, den Energieverlust zu vermindern. Denn die Topfwände aus Metall geben Wärme an die Umgebung ab, ähnlich wie ein Radiator.

Gibt es 160 Grad heißes Wasser?

Antwort:

Ja, das kann es geben. Flüssiges Wasser gibt es auch bei 160 Grad Celsius oder gar höheren Temperaturen. Der Trick hierbei ist, dass das Wasser einem höheren Druck ausgesetzt wird. Normalerweise fängt eine Substanz bei einem gewissen Druck und einer bestimmten Temperatur, der Siedetemperatur, an zu kochen. Bei Wasser beträgt die Siedetemperatur bei normalem atmosphärischen Druck 100 Grad Celsius. Wenn man nun den Druck erhöht, so steigt die Siedetemperatur an. Dies lässt sich damit erklären, dass sich das Volumen einer Substanz beim Verdampfen vergrößert. Beim Verdampfen muss das flüssige Wasser gegen den Druck ankämpfen, der auf ihm liegt. Je höher dieser Druck ist, desto mehr Energie, also eine höhere Temperatur, wird dabei benötigt. Damit ist es möglich, den Druck so einzustellen, dass Wasser auch bei 160 Grad nicht genügend Energie hat, um zu verdampfen. Aus diesem Grund können auch Schnellkochtöpfe Lebensmittel schneller kochen – das Wasser in Schnellkochtöpfen wird einem höheren Druck ausgesetzt und kocht bei höheren Temperaturen als 100 Grad, wie es in normalen Kochtöpfen der Fall wäre. Die meisten Schnellkochtöpfe von heute haben einen Innendruck von ungefähr dem Zweifachen des atmosphärischen Drucks, und die Siedetemperatur des Wassers beträgt ungefähr 125 Grad Celsius. Um flüssiges Wasser bei 160 Grad zu erhalten, muss man den Druck bei sechsfachem Atmosphärendruck halten. Dies sollte man nicht zu Hause ausprobieren, aber in einem Labor kann dies demonstriert werden.

Eine Frage zum Nachdenken: Welchen Topf müsste ein Bergsteiger auf dem Mount Everest verwenden, um Frühstückseier zu kochen?

Wenn man in München mit einem genauen Thermometer die Siedetemperatur von Wasser misst, so stellt man nicht 100°C sondern je nach Wetterlage 97-98°C fest.
Noch deutlicher ist die Abweichung der Siedetemperatur von 100°C, wenn man sie auf hohen Bergen misst (Möglichkeit der Höhenmessung?)

Der Grund für die abnehmende Siedetemperatur von Wasser mit zunehmender Höhe ist offensichtlich die Abnahme des Luftdrucks.

Nur beim Normaldruck von 1013 hPa auf Meereshöhe ist die Siedetemperatur gerade 100°C.

Wird der Luftdruck über den Normaldruck erhöht, so steigt die Siedetemperatur über 100°C. Man nützt dies zum schnelleren Kochen von Speisen im Dampftopf aus.

Warum kocht Wasser bei niedrigem Druck schneller

Graph von Luftdruck und Siedetemperatur als Funktion der Höhe

Stelle in je einem Diagramm den Verlauf von Luftdruck p und Siedetemperatur ϑs in Abhängigkeit von der Höhe dar.

h in m 0 903 1804 3000 4191 5382 6565 7741 8910
ϑs in °C 100 97 94 90 86 82 78 74 70
p in hPa 1013 909 814 701 601 513 436 370 312

Entnimm dem Diagramm die Siedetemperatur von Wasser auf dem 6263 m hohen Chimborasso (höchster Berg von Ecuador).

Herr Schlaumeier möchte sich auf dem Gipfel des Chimborasso sein Bergsteigermenü abkochen. Aus der Beschreibung entnimmt er eine Kochzeit von 15 Minuten. Als Herr S. nach 15 Minuten sein Essen probiert, ist er gar nicht so recht zufrieden. Warum wohl?

Warum kocht Wasser bei niedrigem Druck schneller
Warum kocht Wasser bei niedrigem Druck schneller

Die Siedetemperatur des Kochwassers ist auf dem Chimborasso nur noch ca. 80°C. Die Garzeit, welche auf der Packung angegeben ist, bezieht sich jedoch auf ca. 100°C Siedetemperatur. Herr Schlaumeier ist mit seinem Essen nicht zufrieden, weil es noch nicht ganz fertig gekocht ist (außerdem schmeckt es einem in solch großen Höhen sowieso nicht besonders).

Erläuterung der Siedepunktserniedrigung bei Abnahme des Luftdrucks
Wenn sich im Wasser beim Sieden Dampfblasen bilden, so muss der Druck in der Wasserdampfblase (Dampfdruck pD) etwa so groß sein wie der Luftdruck b (aufgrund des hydrostatischen Druckes des Wassers muss pD sogar etwas größer als b sein).
Nimmt der äußere Luftdruck ab, so reicht schon ein niedrigerer Dampfdruck zur Blasenbildung und damit zum Sieden aus. Dies bedeutet, dass die Wasserdampfmoleküle nicht mehr so intensiv auf die Grenzfläche Dampf-Flüssigkeit prasseln müssen. Die mittlere kinetische Energie der Moleküle und damit die Temperatur kann geringer sein.
Warum kocht Wasser bei niedrigem Druck schneller

Versuch: Wie man durch Abkühlung Wasser zum Kochen bringt

Warum kocht Wasser bei niedrigem Druck schneller

Wasser kocht bei ca. 100°C

Warum kocht Wasser bei niedrigem Druck schneller

Das Wasser wird von der Kochstelle genommen. Es hört schnell auf zu sieden.

Warum kocht Wasser bei niedrigem Druck schneller

Verschließt man den Kolben mit einem Korken und gießt über ihn kaltes Wasser, so beginnt das Wasser wieder zu sieden.

Deute das Versuchsergebnis.

Nach der Entfernung der Heizquelle stoppt das Sieden. Schließt man den Kolben mit dem Korken ab, so kann weder Wasserdampf entweichen noch Luft von außen in den Kolben dringen.

Durch das Begießen des Kolbens mit kaltem Wasser kühlen das Wasser und der Wasserdampf im Inneren ab. Insbesondere das Volumen des Dampfes verringert sich und als Folge nimmt der Druck über dem Wasser ab. Dadurch sinkt aber die Siedetemperatur des Wassers und es siedet nun wieder (trotz Abkühlung von außen).

Die Druckabhängigkeit der Siedetemperatur macht man sich beim Schnellkochtopf zu Nutze, wo das Garen unter leicht erhöhtem Druck erfolgt.

Während der Ankochzeit bildet sich Wasserdampf, der die Luft aus dem Topfinnern verdrängt. Ist die Luft vollständig aus dem Topf verdrängt, strömt Dampf aus dem Ventil, im Topfinnern baut sich ein Überdruck auf. Den Druckanstieg regelt ein Überdruckventil, das auf zwei Garstufen einstellbar ist. Infolge höheren Drucks erhöht sich der Siedepunkt des Wassers. So kocht die Flüssigkeit erst bei 105°C (Stufe I) oder bei 120°C (Stufe II). Die höhere Temperatur im Topf bewirkt eine Verkürzung der Garzeit und hat einen niedrigeren Energieverbrauch zur Folge.

Die Werbung verspricht eine 40%-ige Energie- und eine 30%-ige Zeitersparnis.

Warum kocht Wasser bei niedrigem Druck schneller