압력밥솥의 원리

예전에 가마솥을 사용해서 밥을 하면 밥이 맛있습니다. 여러 이유중 한가지가 뚜껑이 무거워 솥안의 수증기가 쉽게 빠져나갈 수없어서 주변으로 열손실이 적게 되고 온도가 빨리 올라갑니다. 또 압력이 높아지면서 솥안의 온도가 더 높아집니다. 단시간에 빨리 밥을 하게 되니 퍼지지 않고 맛있게 밥이 지어 집니다.

비슷한 원리로 1679년 프랑스 물리학자 드니 파팽이 만든 증기찜통을 개량해 요즘의 압력밥솥을 만들었다고 합니다.

        파핑의 증기찜기 그림 보러가기

온도가 높아지면 공기의 운동이 심해져서 압력이 높아집니다. 압력솥은 솥 안의 수증기의 기압을 설정하면 단계별로 그 기압에 도달하면 수증기가 밖으로 나와서 더 이상 기압이 올라가지 않도록 유지해 줍니다. 대기압을 1기압이라고 하고 자세한 내용은 아래 글에 적어 놓았습니다.

       2019/02/14 - [과학이야기/생활에서] - 압력-대기압 측정

보통 압력밥솥은 2기압까지 올릴 수 있습니다. 물의 경우 압력이 1기압일 때 100도에서 끓는데 2기압이 되면 120도 정도에서 끓게 됩니다. 100도에서 물이 끓게 되면 열을 더 공급해도 100도보다 더 높아지지 않습니다. 기압이 높아져서 끓는 온도가 높아지면 솥의 온도가 그만큼 더 높아지기 때문에 음식이 더 빨리 맛있게 익게 되는 것입니다.

물이 2기압일때 120도에서 끓는 것이 궁금하시면 아래 더보기를 눌러 주세요. 

열역학 제 2법칙에 따라 구하면 상전이 방정식을 구할 수 있습니다. 클라페이롱-클라우지우스 방정식이라고 합니다.

               

물이 수증기가 되면 수증기의 부피가 상대적으로 너무 크기 때문에 부피변화는 거의 수증기의 부피로 봐도 됩니다.

     

물에서 수증기로 변할 때 사용할 수 있는 식으로 정리하면 

     

     

이 됩니다. 이 식을 사용하면 1기압에서 100도(373K)에서 끓는 물이 2기압에서는 몇도에서 끓는지 알 수 있습니다.

     

2기압이 되면 약 120도에서 끓게 됩니다.   

1기압은 760mmHg인데 산에 가면 기압이 낮아져서 0.85 기압정도 되고 이때 끓는 온도는 약 95도 정도입니다. 최고 온도가 거의 95도 까지 올라가는 셈이니 밥이 설익게 됩니다. 그래서 등산을 가면 솥에 돌을 올려서 끓기전에 공기가 덜 빠져나와서 압력을 조금이나마 높여서 밥을 설익지 않게 지을 수 있습니다.