האי היבש שמתחת
לחביתה

בוודאי גם לכם קרה שאף על פי ששימנתם היטב את המחבת שלכם, האוכל המטוגן עדיין נדבק לתחתיתה. החדשות הטובות הן שייתכן שהאשמה לא מוטלת על כישורי הבישול שלכם. חוקרים מהאקדמיה הצ'כית למדעים הצליחו להסביר לאחרונה מדוע במרכזה של מחבת שמכוסה שכבה דקה של שמן נוצר אזור יבש שמזמין את האוכל שאתם מטגנים להידבק אליו. המחקר פורסם לאחרונה בכתב העת Physics of Fluids.

היווצרות "איים" יבשים בשכבות נוזל דקות היא תופעה שכיחה בטבע, בתהליכי הנדסה כימית וכמובן במטבח. קל להבחין באיים יבשים שנוצרים כשמים זורמים על פני שמשה חלקה, כשנוזלים עוברים זיקוק על פני עמוד זיקוק, וכאמור גם כשמחממים מחבת משומנת. חקר התופעה חשוב לא רק לטיגון חביתות, אלא גם מכיוון שהיווצרות אזורים יבשים בתהליכי הנדסה כימית עלולה לגרום לחימום יתר או לפגום ביעילות התהליך.

האשמה אינה תמיד בכישורי הבישול שלכם. היווצרות של "אי" יבש באמצע מחבת מלאה שמן | Alex Fedorchenko

פיזור לא אחיד

לצורך המחקר הצטיידו החוקרים במחבת עם ציפוי קרמי מונע הדבקה, כיריים, שמן חמניות ומצלמה דיגיטלית, ועקבו אחר היווצרות האזור היבש במרכז המחבת. הצילומים העלו שמרגע שה"אי" מתחיל להיווצר הוא מתקדם במהירות ממרכז המחבת כלפי חוץ עד שהוא ומגיע לקוטר סופי.

בניתוח הממצאים גילו החוקרים שמרכז המחבת מתחמם מהר יותר מהקצוות, ובעקבות החימום הלא אחיד מתרחשת תופעה בשם הסעה תרמוקפילרית, שמכונה גם  אפקט מרנגוני. במסגרתה השמן נע ממרכז המחבת לעבר הקצוות ופני השטח החלקים שלו מתעוותים.

התהליך מתרחש משום שמולקולות בנוזל לא "אוהבות" בדרך כלל להימצא על פני השטח, במגע ישיר עם האוויר שבחוץ, מפני שזה מאלץ אותן לשבור קשרים עם מולקולות אחרות בנוזל. מולקולה שנמצאת בעומק הנוזל חווה כוח משיכה (המכונה כוח קוהזיה) מהמולקולות המקיפות אותה. לעומת זאת, מולקולה שנמצאת על פני השטח חווה כוחות משיכה חלשים הרבה יותר מהאוויר שמעליה, בעוד מולקולות הנוזל הסמוכות אליה ממשיכות למשוך אותה אליהן בעוצמה רבה יותר. לכן היא נוטה להידחות מפני השטח.

"אי הרצון" להיות על פני השטח מביא לתופעה פיזיקלית שנקראת מתח פנים, ובאה לידי ביטוי בשכבה חיצונית אטומה יחסית שקשה לחדור מבעד לה לעומק הנוזל. מתח הפנים פוחת בדרך כלל ככל שהטמפרטורה עולה. אפקט מרנגוני מתרחש כשנוצרים הבדלים במתח הפנים במקומות שונים על פני אותו נוזל. במצב הזה נוצר כוח שמושך מולקולות נוזל מאזור שמתח הפנים בו נמוך לאזור שמתח הפנים בו גבוה יותר. במקרה שלנו מולקולות יעברו הסעה ממרכז המחבת, שם חם יותר ומתח הפנים נמוך יותר, לקצוות הקרים יחסית.

אפקט מרנגוני מתרחש כשנוצרים הבדלים במתח הפנים במקומות שונים על פני אותו נוזל. אי יבש ונטול שמן באמצע מחבת מלאה בשמן | Alex Fedorchenko

עובי שכבת הנוזל במרכז המחבת הולך אפוא ומצטמצם, ופני השטח של השמן מתעוותים עד שבשלב מסוים השמן לא מסוגל להחזיק יותר את הצורה הרצופה שלו ונוצר בו חור. החוקרים מצאו שכשהחור חוצה גודל קריטי מסוים, השמן לא יכול לאחות אותו יותר והחור יגדל. הנקודה הקריטית הזו משתנה בהתאם לסוג הנוזל ולטמפרטורה שלו.

המחקר גם משיא עצות מעשיות. החוקרים מציינים שככל שהשמן עמוק יותר, כך פוחתת הסבירות שייפער בו חור. זו כמובן הצעה פיזיקלית בלבד, ואין לראות בה המלצה בריאותית או קולינרית. כמו כן, מחבת עם חחתית עבה מפזרת את החום בצורה אחידה יותר ממחבת דקה, וכך מקטינה את הפערים במתח הפנים. גם טיגון בחום נמוך או בחישה של האוכל יכולים לסייע. ומעבר להקטנת הסכנה שהחביתה הבאה שלכם תידבק למחבת, הבנת התהליך עשויה לייעל יישומים רבים שנעשים בתעשייה הכימית.