Por que é necessário um enlatador de pressão ao enlatar?

A física impede que você aqueça líquidos que consistem principalmente em água e temperaturas acima (aproximadamente) do 100 C.

A temperatura do seu elemento de aquecimento pode ser ajustada mais alta, mas nem a temperatura do banho-maria nem o líquido nos seus frascos podem ir mais alto do que o ponto de ebulição em que a água muda de líquido para vapor - que é 100 C à pressão normal ¹. Para aumentar a temperatura, é necessário aumentar a pressão, de modo que o novo ponto de ebulição esteja igual ou acima da temperatura necessária para o enlatamento seguro. Uma pressão fogão pode ser adequado para essa finalidade, desde que o modelo seja projetado para a pressão específica e permita definir / ler a pressão específica ou, alternativamente, a temperatura. Pressão enlatados por outro lado, são projetados especificamente para esse fim e comercializados como tal.

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¹ Observe que o 100 C está correto apenas no nível do mar e recebe mais algumas restrições. Em altitudes mais altas, o ponto de ebulição pode ser significativamente menor. Para a resposta aqui, o 100 C está perto o suficiente. (Ou suficientemente longe de temperaturas seguras de conservas para itens não ácidos.)

Eu gosto de explicar a física desta maneira: o calor é um coisa, a temperatura é uma lugar. Se você colocar uma coisa quente ao lado de uma coisa fria, o calor fluirá da coisa quente para a coisa fria. Isso fará com que a temperatura do frio suba e a temperatura do quente caia, a menos que outros fatores interfiram. A distância e a velocidade com que essas temperaturas se movem depende do material: coisas densas como o ferro podem absorver muito calor, mas a temperatura aumenta lentamente. Coisas leves como ganho de ar ou perda de temperatura rapidamente à medida que o calor se move.

Para um queimador de fogão, você tem entrada contínua de mais calor, para que a temperatura do queimador não caia. O líquido na panela é principalmente água, que pode absorver muito calor e sua temperatura aumentará - até certo ponto. O que interfere é chamado de transição de fase (o que você e eu chamamos de fervura). Nesse ponto, mais energia térmica que entra na água é usada para transformá-la em vapor, enquanto a água restante permanece no local (esse local é cerca de 100C à pressão normal).

Colocar a água sob pressão muda o local em que essa transição ocorre e, assim, a água pode absorver mais calor, atingindo uma temperatura mais alta, antes de se transformar em vapor.

A física por trás da razão pela qual você não pode aquecer a água líquida após seu ponto de ebulição é definida como quando a pressão de vaporização é igual à pressão atmosférica. Portanto, colocar a água de conserva em um forno à pressão atmosférica fará com que a água não fique mais quente do que se estivesse no fogão, que também está à pressão atmosférica, porque a energia necessária para que a água mude de líquido para líquido o gás é o mesmo para as duas situações.

Por que você precisa usar uma panela de pressão é mostrado em A Lei do Gás Ideal: PV = nRT. Reorganizando a equação para a sua situação, obtemos: P = (nR / V) T e observando que (nR / V) é uma constante, podemos reescrevê-la como P = kT, o que indica que o aumento da temperatura aumentará a pressão interna do panela de pressão, aumentando assim a energia necessária para que uma molécula de água se torne vapor. Portanto, a água líquida pode ficar mais quente em uma panela de pressão, que é o que você precisa para garantir a esterilização!