На рубеже веков: приготовление пищи01.09

В 1774 году английским изобретателем Джеймсом Ваттом (Jiames Watt) был создан универсальный паровой двигатель, а в 1831 году Майкл Фарадей выдвинул теорию электромагнитной индукции и создал первый электромагнитный генератор постоянного тока и первую модель трансформатора. Два эти события, в нашем понимании, и определили тот мир, в котором мы сегодня живем. Точная механика и электричество – два фактора, оказавших на человеческую цивилизацию самое большое влияние со времен изобретения колеса. Человек выбрал для себя технократический путь развития и уже никогда не станет другим. Именно инженеры, а не политика или стихийные силы природы с тех пор движут прогрессом, ибо сама идеология технического прогресса построена на обеспечении технологией спроса на саму себя. Самым показательным примером этого является самый первый артефакт индустриальной эры – изобретенная английским рабочим Джоном Харгривсом механическая прялка «Дженни» в 1770 году. Именно этот продукт инженерной мысли и потряс все социально-политические устои старого мира, породив понятия о промышленности, буржуазии и капитализме. К 1810 году в Великобритании насчитывалось уже более 5000 ткацких станков, приводимых в действие паровыми двигателями Уатта… Кстати, только во второй половине XX века промышленность перестала использовать силу пара как энергию для двигателей: КПД в 20% перестал удовлетворять практически все отрасли промышленности. Победное шествие электричества ускорило прогресс до невиданных ранее скоростей – взрывное развитие проводной и беспроводной связи, создание новых отраслей науки и формирование самого понятия о роли и месте человека на планете – все это плоды теории электромагнитной индукции, открытой Фарадеем в 1831 году. И, если бы не Трумэн, то технократический путь развития цивилизации, пройденный человечеством за эти более чем 200 лет, можно было бы назвать эрой торжества разума, эрой окончательного перехода от Homo Habilis к Homo Sapiens.
Изобретение Фарадея 200-летней давности разделили на фазы, переменный и постоянный ток, отсортировали по признакам силы, мощности, частоты и напряжения, пустили по проводам и по воздуху, заставили лучиться и переносить информацию, научили убивать и исцелять, развлекать и даже размышлять. Что же касается чудесных свойств сжатого пара, выявленных Джоном Ваттом, то паротурбинные генераторы до сих пор вырабатывают до 70% этой самой электроэнергии. Известны и бытовые парогенераторы, которые сегодня, в основном, варят кофе и отпаривают стрелки на брюках. Кстати, лидерами технического прогресса в Европе до середины XIX века была не Германия, как ни странно это звучит, а Англия, Франция и северная Италия. Именно эти страны были законодателями техногенной моды задолго до появления Баварского феномена. Родиной же большинства бытовых приложений технологий того времени стали Соединенные Штаты. Это не мудрено, ибо население Северной Америки к моменту Бостонского Чаепития составляли, в основном, англичане. Показательный факт – Джон Фич (John Fitch), спроектировавший, построивший и пустивший по реке Делавер первый в США пароход, был отцом Жозефины Кокрейн – изобретательницы посудомоечной машины. Американцев не смущало отсутствие электричества – первые стиральные, посудомоечные и швейные машины работали от паровой тяги, водяных и ветряных мельниц, лошадиного привода. Европейцы активно и заинтересованно посещали заокеанские технические выставки и не скупились на приобретение патентов на разнообразные новшества, и, в конце концов, Старый свет тоже включился в процесс бытовой инновационности. Самыми активными участниками стали хорошо известные Аксель Грен, Эмиль Ратенау и Вернер Сименс. Результатом их инженерной активности и маркетинговых талантов стало появление на континенте столпов технотизации быта – торговых марок Electrolux, AEG, Bosch и Siemens. С этого момента, – а это самое начало XX века, – и началась история бытовой техники. Так ровесниками века стали пылесос, холодильник, стиральная машина и электроплита, и, если честно, то техника начала XXI века в большинстве своем использует те же технологии. Исключение составляют лишь микроволновый, инфракрасный и галогенный способы тепловой обработки пищи. Естественно, к рубежу тысячелетий все технологии подошли нарядными, эргономичными и максимально функциональными. И наш рассказ о развитии приборов, без которых не мыслим современный дом.

ЭЛЕКТРОНИКА

Начнем с технологий, общих для всех видов техники, а самая общая для всех – это электронное управление и программаторы на микрочипах, ибо любой уважающий себя прибор имеет сегодня на борту электронику в том или ином виде. С тех пор, как в 1974 году процессор INTEL8080 был признан промышленным стандартом, практически все производители задумались о способах применения машинной математики в своей продукции. И, если говорить о 90% современной техники, то электронике поручены четыре основные задачи. Во-первых, электроника позволила управлять параметрами электронагрузки, поступающей на силовые устройства, – двигатели, нагревательные элементы, компрессоры и т.д., что, соответственно, обеспечивает продолжительность жизни устройству и позволяет вводить градуирование мощности. Во-вторых, электроника позволила убрать из блоков управления все механические, а, значит, быстро изнашиваемые части, что, соответственно, удешевило блоки управления и сделало само управление приятным на взгляд и на ощупь. В-третьих, наличие электронного программатора дало неограниченные возможности для подключения самых разнообразных датчиков, сенсоров и интерфейсов, что, конечно, удорожает прибор, но зато позволяет максимально автоматизировать его работу, экономить потребляемые ресурсы и выводить его управление на дистанционные пульты. В-четвертых, любой электронный блок – это уже почти компьютер, а, значит, можно производить update драйверов, управляющих тем или иным агрегатом, оттягивая моральную смерть прибора максимально долго. Безусловно, электроника электронике рознь, и мощность процессора, качество и количество сенсоров могут варьироваться в очень широких пределах, но те задачи, которые поручаются электронике в современном бытовом приборе, еще долго не станут избыточными. Максимально сложная программа, которая может присутствовать в любом приборе – это «FUZZY LOGIC».
История теории нечетких множество ведет свое начало с 1965 года, когда профессор математики Лотфи Заде (Lotfi Zadeh) опубликовал основополагающую работу «Fuzzy Sets». Концепция нечеткого множества зародилась «как неудовлетворенность математическими методами классической теории систем, которая вынуждала добиваться искусственной точности, неуместной во многих случаях нестабильного реального мира».
Началом практического применения теории нечетких множеств можно считать 1975 год, когда был построен первый «нечеткий» контроллер для управления (кстати!) паровым двигателем. В 1982 году разработан первый промышленный контроллер, который был внедрен в управление процессом обжига цемента на одном из заводов в Дании.
Суть программы нечеткой логики в том, что вместо односложного параметра «горячо/холодно», например, при нагреве воды в стиральной машине, в управляющий процессор поступает еще один, как бы размытый параметр «тепло». Параллельно вместо односложных параметров «быстро/медленно» и «много/мало» дополнительно поступают «тщательно» и «средне». В результате процессор вместо трех команд «горячо/быстро/много» получает целых девять, а заданные вами тип белья и вычисленный вес позволяют выбрать оптимальную программу стирки. Так вкратце выглядит суть работы алгоритма нечеткой логики. Даже в самых сложных системах, вплоть до управления целыми производствами, количество вводимых параметров по одной характеристике не превышает 9 вариантов. В среднем процессор работает с 3-5 вариантами ответа от каждого датчика, а для современной электроники это 10-20 долларов за процессор и не более 1000 долларов за само программирование, поэтому алгоритмы нечеткой логики приглянулись инженерам бытовой техники, так как позволяли существенно удешевить процесс автоматизации ее работы: стандартный процессор и месяц работы программиста дешевле, чем чувствительный сенсор. Поэтому при невозможности понять при покупке, насколько мощная электроника стоит в приборе, мы оперируем понятием максимум в 10-20 долларов, и редкий производитель захочет сэкономить на этой составляющей своей техники.
Если же говорить о практической стороне этого дела, выбирайте модель с минимальной возможностью корректирования заложенных производителем программ. Чем меньше кнопок на панели управления – тем более «умная» электроника руководит процессами – тем более производитель уверен в правильности программирования, и, значит, тем более адекватный результат работы машины вы в конечном итоге получите. Доверяйте технике.

НАГРЕВ

Идеология нагрева построена на пропускании электротока через различные металлы и сплавы, обладающие способностью к сопротивлению. В результате «торможения» электрона в молекулярной структуре металла и происходит его нагрев. Чтобы «протолкнуть» электрон сквозь сопротивляющийся металл, электротоку необходимо соответствующая мощность, и чем дольше путь электрона, тем большую мощность должен иметь генератор тока, и тем сильнее, соответственно, нагревается данный металл. Поэтому нагревательный приборы имеют в своей основе спираль из металлов, обладающих соответствующими характеристиками сопротивления.
Буквально до последнего момента нагревательная спираль была основным источником теплового излучения в бытовых приборах, и только в конце 80-х начали появляться технологии, совмещающие эффект нагрева спирали с соответствующими свойствами газов и углеродных композитов. Появились кварцевые и галогенные нагреватели, излучающие мощный инфракрасный спектр, КПД которых в несколько раз превышает показатели металлических спиралей. Но до сих пор лидерство термоэлектрического нагревателя (ТЭНа) по соотношению цена/эффективность все еще неоспоримо для бытовых нужд. ТЭН применяется в 100% стиральных и посудомоечных машин, утюгов и водонагревательных приборов, от чайника до накопительного котла, в 90% приборов для тепловой обработки пищи. А в деле получения поджаристой корочки лидерство ТЭНа оспаривает только газ.
До сих пор бытовой газ остается самым дешевым сырьем для получения тепла. Единственными проблемами приборов, использующих это топливо, являются пожароопасность и невозможность точного выставления температуры нагрева, то есть применения управляющий электроники. Поэтому газ покинул большинство современных духовых шкафов, уступив место программируемому электричеству, и радует голубым свечением лишь на варочных поверхностях и в водонагревательных проточных или накопительных котлах. Промышленным стандартом для газовых приборов сегодня стали автоматический поджиг, осуществляемый пьезоэлементом или сетевым электричеством, и система газ-контроль, перекрывающая газ при отсутствии пламени. Самым популярным вариантом присутствия газа в доме с магистральным газом является плита с комбинацией газовой варочной панели и электродуховки, причем верх может также комбинировать газ и электричество. Это позволяет эксплуатировать как дешевизну газа, так и многофункциональность и программируемость электронагрева.
Принципиально иной технологией нагрева пользуется генератор микроволн – магнетрон. Нагревательные таланты волн сверхвысокой частоты (СВЧ) были открыты совершенно случайно. В конце 40-х американский военный инженер Спенсер заметил, как солдаты разогревают бутерброды на антенне дальней связи. Он провел ряд экспериментов и выяснил, что сверхвысокая частота волны, которая использовалась для связи с самолетами, чудесным образом воздействует на молекулы воды, заставляя их «вибрировать», что приводило к нагреву всего, что эти молекулы содержит, а это – 99% любой органической пищи. Но только через 20 лет рассекреченные исследования Спенсера нашли применение в быту: фирма Sharp в 1964 году выпускает первую бытовую микроволновую печь. Кстати, СВЧ-излучению до сих пор не нашли замены в дальней связи.
Вот, собственно, и все технологии нагрева, известные производителям бытовой техники, и основная тенденция развития приборов, предназначенных для приготовления пищи, – это разнообразные комбинации перечисленных технологий. Для стиральных и посудомоечных машин ТЭН еще долго останется самой эффективной технологией нагрева воды, вероятно, до смены самой концепции стирки и мытья посуды, но это тема для отдельного разговора.
Тепловое излучение, работающее на кулинарном фронте, комбинируют для двух целей: ускорение приготовления и экономия электроэнергии. Так, довольно популярным вариантом сегодня стало соседство магнетрона и ТЭНа – микроволны нагревают продукт до 90 °С, а ТЭНовый гриль, разогревающийся до 250 °С, подрумянивает его. Конвергенция (совмещение разнородных функций в одном приборе) привела к тому, что грань между традиционным духовым шкафом и микроволновой печью практически стерлась. Совмещение технологий нагрева в том и другом случае привело к тому, что минусом современной микроволновой печи стал лишь размер камеры – в ней невозможно запечь целиком, например, крупную дичь или испечь праздничный пирог. Минусом же духовки, оснащенной магнетроном, стал как раз ее размер, не позволяющий микроволнам работать достаточно эффективно. Поэтому для максимальной свободы кулинарного творчества пока необходимо иметь оба этих прибора.

По иронии судьбы начало эры электричества – открытие эффекта электромагнитной индукции – завершило индустриальный период своим бытовым воплощением.
Так называемый индукционный нагрев стал последней бытовой технологией эпохи. Плюсом этой технологии готовки стал непревзойденный до сих пор КПД – 90%, минусом же считается требовательность к посуде – обязателен особый ферромагнитный сплав стали или чугуна. Но если плюс очевиден, то минус явно «притянут за уши»: ассортимент посуды с нужными характеристиками сегодня более чем широк. Отметим тот факт, что сама идеология нагрева любого металлического предмета «утяжеляет» прибор стоимостью сенсорики, реагирующей на размеры предмета, находящегося на конфорке.


Итак, на рубеже тысячелетий инженеры планеты предложили быту 6 технологий нагрева: старые знакомые – спиральный ТЭН, газ и микроволны, сравнительно новые – кварцевый гриль и галогенный нагрев, и последний писк технокухни – индукцию. ТЭН вот уже более стал лет остается лидером нагрева: только эта технология пока способна нагреть все вокруг себя до 500 °С, плюс неоспоримое преимущество – цена. В качестве недостатка только одно – спираль нагревает все вокруг себя, а, значит, большая часть мощности тратится на нагрев воздуха, а не продукта. Как раз этот недостаток и отсутствует у остальных технологий нагрева: все они доставляют тепловое излучение адресно, во многом достигая результатов ТЭНа при гораздо меньшем расходе электроэнергии и времени на разогрев. Что касается непосредственного удобства кулинарного творчества, то самым эффективным кухонным прибором индустриальной эры будет считаться прибор, автоматически комбинирующий все виды нагрева согласно заданной программе, а сделать это сможет только прибор, максимально насыщенный электронными датчиками и сенсорами.

Обсуждение статьи >>

Информация на этой странице защищена авторскими правами. При использовании любых материалов сайта прямая гиперссылка обязательна.