咖啡机的热力学.doc

咖啡機的熱力學
1.器材說明：
虹吸壺：

1. 『下座』：下面圓形玻璃球，上面有刻度寫個幾杯的注水量。可以參考這刻度注水。
2. 『上座』：上面那個筒狀的玻璃器具，在煮咖啡的過程中水會經由它突出的玻璃管進入上壺。
3. 『濾器』：圓形的鐵環外面包著一塊濾布，下面有一條帶著鐵鉤的彈簧連接著鐵鍊。在煮咖啡時濾布放在上壺中，利用彈簧讓濾器緊勾在上壺中。
4. 『把手』：賽風外面的架子，有咖啡色或黑色的握把。
5. 『酒精燈』：加熱下壺用的器具。
6. 『攪拌棒』：通常是竹片，可用來使咖啡粉與水混合均勻。
7.『濕布』：最後用來包下壺讓咖啡在最適當的萃取時過濾出來。還有幫助最後拔掉上壺，因為上壺 會有點燙所以濕布幫忙拔。
摩卡壺：

『下座』：放水的地方，上面附有洩壓閥。
· 『粉槽』：架在下座上，放咖啡粉的地方。九分滿處有一條線，粉量到線上即可。
· 『上座』：就是咖啡最後煮出來的地方，掀開蓋子看看中有金屬管。聚壓式的在金屬管上附有聚壓閥。

美式咖啡機：

1. 『機身』：就是美式咖啡壺的機身啦
2. 『過濾器』：可以將咖啡粉放入的地方，一般市面上有分漏斗型的過濾器與圓底過濾器兩種。
分別採用不同的濾紙。有的美式咖啡壺附有免濾紙的濾網（如上圖中最右邊），有的須用濾紙。
3. 『過濾器上蓋』：有的美式咖啡壺有過濾器上蓋，目的是要讓滴下來的水可以均勻的散開。
4. 『咖啡玻璃壺』：收集過濾出來的咖啡。
5. 『咖啡粉量匙』：機器本身附的咖啡粉量匙會對照水箱所需加入水量來設計。一開始可以參考這刻度。
磨豆機：
把咖啡豆研磨成咖啡粉的機器
ESPRESSO咖啡機：
利用高壓萃取咖啡精華的咖啡機

２.原理：
A.虹吸壺
在許多講究「手工咖啡」的店裡，時常可以見到一種很像實驗器材的上、下兩個玻璃容器，底下用酒精燈或瓦斯燈加熱，下壺的水就會很奇妙的升到上壺，煮好一開火源後，咖啡又奇妙的降回下壺。這個器材就是「虹吸式咖啡壺」（Ｓｉｐｈｏｎ／Ｓｙｐｈｏｎ）
　　造成這個奇怪現象的道理其實就是一個簡單的物理現象：水的體積變化。在１大氣壓的環境底下，１公克的液態水與１公克的水蒸氣，其體積比為１：１００。下壺的水會上升到上壺，就是因為加熱到沸點之後的水蒸汽的體積迅速增加，但因為沒處釋放，便推擠液態水以增加容納水蒸氣的空間，於是液態水就經由管路被推往上壺，並繼續被源源不絕的水蒸氣支撐在上壺。

▲底部的熱源不斷製造氣態的　　　▲熱源移開以後，不在產生具支撐力的氣態
　水蒸汽，維持上部的液態水　　　　水，溫度下降，水蒸汽凝結後，釋出原本
　不至往下掉，提供巧妙的熱　　　　佔據的空間，此時下壺產生負壓，將上座
　平衡。　　　　　　　　　　　　　液體回吸。
B.ESPRESSO
(a) CREMA
上層的紅褐色泡沫即是crema
CREMA是在約9大氣壓90度C才能夠生產出來之咖啡精華。當我們使用ESPRESSO咖啡機主咖啡時，我們將磨碎的咖啡粉以餅狀壓入把手鐵座中。因為機器本身將提供9大氣壓90度C的高溫剛壓水，而咖啡豆在90度C時會釋放出二氧化碳來，而CREMA正是一種由水包覆二氧化碳的物質。當咖啡豆是出二氧化碳時，機器也同時衝出9大氣壓的高壓水，就在此時，水分子將包覆住二氧化碳。然而二氧化碳為氣體固有氣體本身的氣體壓力，而水本身亦具有表面張力，故唯有氣體壓力等於表面張力時，才能順利形成CREMA。若水被施加之壓力過大將衝破二氧化碳，若太小則無法包覆住二氧化碳，經過計算之後9大氣壓時二者正好平衡。
由於再產生CREMA的同時，咖啡豆亦處於高溫高壓中，故當CREAMA流出的同時亦會將咖啡豆中乳脂及香料等精華物質一起帶出，所以這就是為什麼有CREMA的咖啡才是咖啡極品原因。

(b)義式咖啡機運作原理
義式咖啡由於需要將水加熱並且提供高壓，故需要一個加壓器與一個鍋爐來完成這2樣工作。當水經過加壓器(有許多不同的加壓裝置如 幫浦等)後便經由管線進入鍋爐中。鍋爐中的水將分成兩部分；一部分是在管線外面的熱水，一部分是在管線內也就是拿來萃取咖啡的熱水。在管線內的水將透過熱交換的原理吸取爐外熱水之熱量而增溫，此舉是為了要確保飲用水之乾淨所以才將這2種水以管線區分開來。

C.美式咖啡
基本上上述兩種裝置，都是以滴濾式的方式進行沖泡，唯一不同的是，美式咖啡機內置有加熱水的裝置，所以可以加冷水進行沖泡。
美式咖啡機內的加熱裝置是兩個U形金屬管，其一為加熱器，兩者緊密的焊接在一起，一頭接入水口，一頭接灑水口，兩U型管間有逆止閥避免熱水逆流，由於管子很小，加入的水大約10～15秒就會沸騰，然後產生水蒸氣堵住逆止閥，然後熱水會從另一頭推上灑水口，直到管內的壓力低於逆止閥另一邊水的壓力時，就會補入冷水，如此地循環，直到水全部加熱通過U形管就完成沖泡。
D.摩卡壺
原理與虹吸壺相似，同樣是利用水變水蒸氣之後產生的壓力推擠下面的水到中
間的粉槽，但不同的，由於摩卡壺有聚壓閥的構造，可以使翠取咖啡的壓力條
件在2～3BAR左右，翠取率較虹吸壺為高，也容易形成CREMA。