Nước sôi ở trên núi dưới 100 °C vì không khí trên cao loãng hơn, áp suất khí quyển thấp hơn, mà nước sôi khi áp suất hơi của nó bằng áp suất bên ngoài. Cứ lên cao khoảng 300 m thì điểm sôi giảm chừng 1 °C: ở Đà Lạt cao khoảng 1.500 m nước sôi quanh 95 °C, trên đỉnh Fansipan 3.143 m chỉ còn gần 90 °C. Nồi nước vẫn sủi tăm dữ dội nhưng nóng ít hơn, nên luộc, ninh, nấu cơm đều lâu chín hơn.
Sôi thật ra là gì
Trong nồi nước lúc nào cũng có phân tử thoát khỏi mặt thoáng thành hơi. Lượng hơi ấy tạo ra một áp lực gọi là áp suất hơi bão hoà, tăng rất nhanh theo nhiệt độ. Ở 20 °C, áp suất hơi của nước chỉ khoảng 2,3 kPa. Ở 60 °C khoảng 20 kPa. Tới 100 °C nó đạt 101,3 kPa, đúng bằng áp suất khí quyển ở mực nước biển.
Chỗ mấu chốt nằm ở con số trùng khớp đó. Khi áp suất hơi bằng áp suất không khí đè lên mặt nước, các bọt hơi sinh ra ngay trong lòng chất lỏng mới không bị bóp xẹp. Chúng lớn lên, nổi lên và vỡ ở mặt nước. Đó là sôi. Trước thời điểm ấy nước chỉ bay hơi ở bề mặt, có thể có vài bọt nhỏ ở đáy nồi nhưng chúng tan ngay khi gặp lớp nước nguội phía trên, gây tiếng "reo" của ấm sắp sôi.
Vậy "100 °C" không phải đặc tính cố định của nước. Nó là điểm sôi ở một áp suất cụ thể: 1 atm. Đổi áp suất thì đổi điểm sôi. Toàn bộ nghề chưng cất, từ nồi cất tinh dầu tới tháp lọc dầu và chưng cất chân không, đều dựa trên quan hệ này.
Lên cao bao nhiêu, nước sôi ở bao nhiêu độ
Không khí là một cột khí đè lên đầu ta. Lên càng cao, phần cột khí phía trên càng ngắn và loãng, áp suất càng giảm. Gần mặt đất, áp suất giảm chừng 1 kPa mỗi khi lên cao khoảng 85 m. Kết hợp với đường cong áp suất hơi của nước, ta có bảng dưới đây, tính theo khí quyển chuẩn:
| Độ cao | Ví dụ ở Việt Nam và thế giới | Áp suất khí quyển (xấp xỉ) | Nước sôi ở (xấp xỉ) |
|---|---|---|---|
| 0 m | Bờ biển | 101 kPa | 100 °C |
| 500 m | Nhiều cao nguyên thấp ở Tây Nguyên | 95,5 kPa | 98,3 °C |
| 900 m | Khu nghỉ mát Tam Đảo (nay thuộc Phú Thọ) | 91 kPa | 97 °C |
| 1.500 m | Đà Lạt (Lâm Đồng), Sa Pa (Lào Cai) | 84,6 kPa | 95 °C |
| 2.000 m | Các cung leo núi Tây Bắc | 79,5 kPa | 93,4 °C |
| 3.143 m | Đỉnh Fansipan (Lào Cai) | 69 kPa | 89,6 °C |
| 5.000 m | Trại nền nhiều núi cao châu Á | 54 kPa | 83 °C |
| 8.849 m | Đỉnh Everest | 31 kPa | khoảng 70 °C |
Quy tắc nhẩm "300 m giảm 1 độ" đúng khá tốt ở vài nghìn mét đầu. Lên rất cao thì mỗi độ cần ít mét hơn một chút vì đường cong không thẳng. Ngoài ra áp suất còn đổi theo thời tiết: khi một cơn bão mạnh đi qua, áp suất mặt biển có thể tụt xuống 950 hPa, nước sôi lúc đó chỉ chừng 98 °C ngay cả ở bờ biển. Ngày áp cao mùa đông, nó nhích lên trên 100 °C một chút. Chênh lệch nhỏ, không ảnh hưởng nấu ăn, nhưng đủ để người làm thí nghiệm phải ghi lại áp suất khi đo điểm sôi.
Đo độ cao bằng một ấm nước
Vì quan hệ giữa áp suất và điểm sôi rất chặt, các nhà thám hiểm thế kỷ 18 và 19 từng dùng nó để đo độ cao. Họ mang theo một dụng cụ gọi là nhiệt kế điểm sôi (hypsometer): một bình đun nhỏ và chiếc nhiệt kế chia độ rất mịn. Đun sôi nước, đọc nhiệt độ hơi, tra bảng ra áp suất rồi ra độ cao. Dụng cụ này được ưa chuộng vì phong vũ biểu thuỷ ngân thời đó dài, nặng và dễ vỡ khi mang lên núi.
Ngày nay đồng hồ GPS và cảm biến áp suất trong điện thoại làm việc đó trong nháy mắt, nhưng nguyên lý cũ vẫn đáng biết: mỗi khi đặt nồi lên bếp ở vùng cao, ta đang đứng trước một chiếc máy đo độ cao chưa được chia vạch.
Nấu ăn trên vùng cao: món nào bị ảnh hưởng
Thức ăn chín là nhờ nhiệt độ, không phải nhờ bọt sủi. Khi nồi nước sôi ở 95 °C, mọi món luộc, ninh, hầm đều chỉ nhận tối đa 95 °C dù có vặn lửa to tới đâu. Lửa to hơn chỉ làm nước bay hơi nhanh hơn, không làm nước nóng hơn. Tốc độ các phản ứng làm mềm thức ăn giảm khá mạnh khi nhiệt độ hạ, nên chênh vài độ đã thấy rõ.
Ít bị ảnh hưởng
- Rau luộc, chần: rau chín nhanh ở dưới 90 °C, chỉ cần thêm chút thời gian.
- Trứng: lòng trắng bắt đầu đông khoảng 62 đến 65 °C, lòng đỏ quanh 65 đến 70 °C, đều thấp hơn điểm sôi ngay cả trên Fansipan. Trứng vẫn chín, chỉ cần luộc lâu hơn vài phút.
- Pha trà, cà phê: nước 95 °C vẫn rất hợp; nhiều loại trà xanh còn cần nước nguội hơn thế.
Bị ảnh hưởng rõ
- Đậu khô, hạt cứng, gân, bắp bò, xương ống: cần làm mềm thành tế bào và chuyển collagen thành gelatin, việc này chậm hẳn khi nhiệt thấp. Ở Đà Lạt, nồi đậu đỏ có thể phải ninh lâu thêm đáng kể so với ở đồng bằng.
- Cơm và mì sợi khô: tinh bột hồ hoá chậm hơn; nước lại bay hơi nhanh hơn ở áp suất thấp, nên dễ khê đáy mà hạt vẫn sượng. Cách sửa là thêm chút nước và đậy kín nắp.
- Bánh nướng: chuyện ở đây phức tạp hơn vì bột nở mạnh hơn trong không khí loãng; thợ bánh vùng cao chỉnh lượng bột nở và nhiệt lò. Đây là chuyện của nướng, không còn là chuyện điểm sôi.
Giải pháp quen thuộc của người vùng cao là nồi áp suất. Nồi áp suất cộng thêm áp suất vào mức khí quyển tại chỗ, nên dù ở Đà Lạt, nước trong nồi vẫn có thể sôi ở khoảng 115 đến 118 °C. Cách nồi làm được điều đó sẽ nói riêng ở bài về nồi áp suất.
Leo núi: vì sao một gói mì cũng thành bài toán
Người leo Fansipan qua đêm thường kể nấu mì ăn liền ở lán trên cao "nước sôi rồi mà mì vẫn dai". Đó không phải ảo giác. Nước sôi ở chừng 90 °C, gió lạnh lại cướp nhiệt rất nhanh khỏi nồi nhỏ không nắp. Vài kinh nghiệm thực tế:
- Luôn đậy nắp và dùng tấm chắn gió quanh bếp. Nắp giữ hơi nóng và giảm lượng nước bay mất.
- Sau khi cho mì, tắt bếp để ủ kín vài phút thay vì đun mãi: tiết kiệm nhiên liệu mà kết quả tương đương.
- Tính nhiên liệu dư ra: ở trên cao, cùng một lượng nước cần nhiều thời gian đun hơn và bình ga lạnh cho lửa yếu.
- Nước suối trên núi vẫn cần xử lý. Ở 90 °C, việc đun sôi vẫn diệt được vi khuẩn, virus và ký sinh trùng gây bệnh đường ruột thường gặp; hướng dẫn của Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh Hoa Kỳ (CDC) khuyên đun sôi sủi tăm 1 phút, và 3 phút nếu ở trên khoảng 2.000 m (6.500 feet).
Lưu ý an toàn: chỉ dùng bếp ga dã ngoại ở nơi thoáng, không đun trong lều kín vì nguy cơ ngộ độc khí CO và cháy.
Đi ngược chiều: chưng cất ở áp suất thấp
Thứ gây khó cho bà nội trợ trên núi lại là công cụ quý của ngành hoá. Có những chất hỏng khi đun nóng: hương liệu bị biến mùi, vitamin bị phân huỷ, tinh dầu hoa bị cháy khét. Thay vì mang chúng lên đỉnh Everest, kỹ sư hạ áp suất ngay trong thiết bị bằng bơm chân không. Ở áp suất chỉ còn vài kPa, nước sôi ở khoảng 30 đến 40 °C. Đó là chưng cất chân không, dùng để cô đặc nước trái cây, tinh chế hương liệu hay thu hồi dung môi ở nhiệt độ thấp. Máy cô quay chân không trong phòng thí nghiệm, với bình cầu quay tròn trong chậu nước ấm, làm đúng việc này.
Tức là cùng một định luật: áp suất thấp thì sôi ở nhiệt độ thấp, áp suất cao thì sôi ở nhiệt độ cao. Chỉ khác nhau ở chỗ ta đang muốn nấu chín hay muốn giữ mùi.
Một phép thử nhỏ không cần núi
Muốn thấy nước sôi dưới 100 °C ngay trong nhà, có một cách quen thuộc trong lớp vật lý mà không cần đun gì thêm, chỉ cần một xi lanh nhựa lớn loại không kim (bán ở hiệu thuốc):
- Hút vào xi lanh một ít nước ấm vừa tay, khoảng 40 đến 50 °C, như nước tắm cho em bé. Không dùng nước nóng bỏng.
- Đẩy hết không khí ra, bịt chặt đầu xi lanh bằng ngón tay.
- Kéo mạnh pít tông ra. Áp suất bên trong tụt xuống, và nước ấm bắt đầu sủi bọt như đang sôi.
Mấy bọt đầu tiên một phần là không khí hoà tan thoát ra; kéo và thả vài lần thì bọt hơi nước hiện rõ hơn. Thả tay ra, bọt biến mất. Nước vẫn chỉ ấm, nhưng trong khoảnh khắc áp suất thấp, nó đã đạt điều kiện sôi. Đây là cách trực quan nhất để thấy sôi không gắn với con số 100.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao nước sôi ở trên núi thấp hơn 100 độ?
Vì áp suất khí quyển trên cao thấp hơn. Nước sôi khi áp suất hơi của nó bằng áp suất bên ngoài, nên áp suất thấp thì chỉ cần nhiệt độ thấp hơn là đã đạt điểm sôi. Lên cao khoảng 300 m thì điểm sôi giảm chừng 1 °C.
Ở Đà Lạt nước sôi bao nhiêu độ?
Đà Lạt cao khoảng 1.500 m nên nước sôi quanh 95 °C, xê dịch nhẹ theo thời tiết. Sa Pa ở độ cao tương tự cũng cho kết quả gần như vậy.
Trên đỉnh Fansipan nước sôi ở nhiệt độ nào?
Với độ cao 3.143 m, áp suất khí quyển chuẩn còn khoảng 69 kPa và nước sôi gần 90 °C. Vì thế nấu mì hay luộc đồ trên đỉnh cần lâu hơn và nên đậy nắp kín.
Đun sôi nước trên núi có còn diệt khuẩn không?
Có. Nhiệt độ sôi ở các độ cao thường gặp vẫn đủ diệt vi khuẩn, virus và ký sinh trùng gây bệnh đường ruột phổ biến. Hướng dẫn của CDC Hoa Kỳ khuyên đun sôi sủi tăm 1 phút, và 3 phút nếu ở trên khoảng 2.000 m.
Vặn lửa to hơn có làm nước sôi nóng hơn không?
Không. Khi đã sôi, nhiệt độ nước giữ ở điểm sôi tại áp suất đó; lửa to chỉ làm nước bay hơi nhanh hơn. Muốn nước nóng hơn điểm sôi phải tăng áp suất, như trong nồi áp suất.
