富士山上飯煮不熟，
壓力鍋卻煮得更快，這是為什麼？
我們都學過「水在100℃沸騰」。但這只在平地才成立。富士山山頂約88℃就會沸騰，壓力鍋裡則要到120℃才沸騰。沸點不是水本身的性質，而是由周圍空氣施加的壓力決定的。
山屋裡煮的飯，不知為何總是夾生。在高海拔地區，義大利麵怎麼煮都煮不軟。登山書上寫著「高山上米飯煮不熟」。
不是火不夠旺，也不是時間不夠。明明已經充分沸騰，卻還是煮不熟。
另一方面，廚房裡的壓力鍋。同樣的爐火、同樣的火候，一大塊肉卻只花三分之一的時間就變得軟爛。這也不是把火開得更旺。
這兩件事，其實是同一個原理的正反兩種用法。關鍵在於「沸騰究竟是什麼」。
要形成氣泡，水蒸氣必須把周圍的空氣推開。如果推開的力量不夠，氣泡就會被壓垮，無法形成。
在空氣稀薄的高山上，推開空氣比較容易，所以較低的溫度就會沸騰。壓力鍋則相反，讓推開變困難，藉此提高沸騰的溫度。
而決定料理成敗的，並不是有沒有沸騰，而是實際溫度是幾度。這才是關鍵所在。讓我們依序看下去。
沸騰是什麼 ― 「產生氣泡」的現象
加熱水時，表面會漸漸蒸發，但那不是沸騰。沸騰是指水的內部產生水蒸氣氣泡，並浮上來的現象。
試想一下：水中形成氣泡，代表要把原本佔據那個位置的水推開，騰出空間。而水面上還壓著空氣，從上方施加壓力。
也就是說，要產生氣泡，水蒸氣必須擁有「足以推開周圍壓力」的力量。這股力量會隨溫度升高而增強。剛好達到能夠推開周圍壓力的溫度，就是沸點。
所以沸點並非單由水本身決定，而是由「上方施加多少壓力」這場較量的結果決定的。
量測沸騰中鍋子的溫度，即使把火開大，溫度也一直停在100℃。因為加進去的熱，不是用來升溫，而是用來把水變成蒸氣。
也就是說，不管是滾滾沸騰，還是用小火靜靜地煮，鍋裡的溫度都一樣。持續用大火並不會讓料理更快完成，只會讓水更快燒乾。「開大火比較快」之所以不成立，原因就在這裡。
正因如此，要提高溫度，唯一的辦法就是「把沸點本身往上推」。這就是壓力鍋的原理。
富士山上飯煮不熟的原因
海拔越高，頭頂上的空氣就越少，代表施加的壓力越弱。富士山山頂（海拔3,776公尺）的氣壓，據稱大約是平地的三分之二。
因為比較容易被推開，氣泡在較低的溫度就能形成。山頂的沸點約為88℃。粗略來說，海拔每升高100公尺，沸點約下降0.3℃。
接下來才是料理的重點。所謂「飯煮熟」，是指米粒中的澱粉吸水後轉變為柔軟狀態。這個變化需要足夠高的溫度，一般認為要維持98℃以上約20分鐘。
在88℃下，不管煮多久，這個變化都無法完全進行。明明沸騰了，飯芯卻煮不熟，原因就在這裡。就算把火開大，只要沸點是88℃，溫度就是上不去。
而是水本來就沒那麼燙。
壓力鍋做的事情
壓力鍋做的正好相反：把蓋子密閉，不讓蒸氣逃出去。
於是蒸氣會在鍋內累積。蒸氣越多，壓在水面上的力量就越強。壓力一強，氣泡就越不容易形成，沸騰因此被延後，水溫也隨之超過100℃繼續上升。
一般家用壓力鍋內部壓力約達2大氣壓，溫度可達約120℃。壓力閥和洩壓裝置，就是為了防止壓力繼續升高、排出多餘蒸氣而設置的。
雖然只差了20℃，效果卻很可觀。因為食材變化的速度，會隨溫度升高而加速上升。粗估來說，溫度每升高10℃，變化速度就會增快2到3倍。100℃和120℃相比，單純計算就有數倍的差距。堅硬的肉能在三分之一的時間內變軟，原因就在這裡。
- 壓力還沒完全洩掉之前，絕對不要打開鍋蓋。這是最重要的一點。鍋內溫度超過100℃，若打開鍋蓋讓壓力瞬間下降，裡面的水會瞬間沸騰噴出。多數事故都是這樣發生的
- 務必透過指示器或洩壓閥確認壓力已經下降。不要用時間判斷，要看鍋子本身給出的訊號
- 不要裝太滿。豆類、義大利麵等容易起泡、會膨脹的食材，會堵住洩壓閥。請遵守使用說明書上的上限標示
- 定期檢查洩壓閥和密封墊圈。若有堵塞或老化，壓力會排不出去。密封墊圈有建議的更換週期
- 使用時不要離開現場。若聽到異常聲響或蒸氣異常外洩，請關火並等待自然冷卻
身邊還有哪些相同原理的例子
- 高山上泡麵泡不好吃 ― 因為熱水不夠燙，麵條無法完全泡開。高山用食品之所以常見用冷水就能泡開的種類，或事先經過加壓調理的產品，原因就在這裡。
- 飛機上喝到的茶感覺不夠熱 ― 機艙內的氣壓維持得比平地低，沸點也因此下降。
- 就算天氣很熱，山上的水壺也很快就會沸騰 ― 雖然看起來很快沸騰是件好事，但沸騰後的水溫其實偏低。
- 調理包食品在常溫下能長期保存 ― 是因為使用大型加壓裝置加熱到約120℃進行殺菌。有些細菌的芽孢在100℃下不會死亡，要確實處理，就需要這樣的溫度。
- 火山溫泉因地點不同，溫度也不一樣 ― 地底深處承受著強大壓力，就算溫度高到在地面上會沸騰，在地底仍能維持液態。
在家裡也能驗證的事
- 準備一支藥局就買得到的無針針筒（約10 mL），吸入約三分之一的溫水
- 用手指緊緊按住針頭端
- 用力把活塞往外拉（擴大內部空間＝降低壓力）
- 水中會咕嚕咕嚕冒出氣泡。此時溫度仍維持在40〜50℃左右
明明沒有加熱，水卻沸騰了。因為不是提高了溫度，而是降低了壓力。這個實驗能讓你親手感受到，「100℃才沸騰」並不是水本身固有的性質。可以把它想成是富士山山頂上發生的現象，只是更誇張的版本。請勿用熱水進行（有燙傷風險），用溫水就足以觀察到效果。
總結
富士山上飯煮不熟，和壓力鍋能更快煮熟食物，原因其實是同一個：沸點不是水本身的性質，而是由周圍施加的壓力決定的。而決定料理成敗的，不是有沒有沸騰，而是當下的溫度。
「100℃沸騰」只是平地限定的地方規則。
會因壓力改變的不只是沸點，熔點也會以同樣的方式上升。最極端的例子是地球中心，詳見地球中心明明和太陽表面一樣熱，為什麼沒有熔化？一文。
想了解更多 ― 術語、公式與教科書的對應從國中理科到研究中的議題，都會標明這是哪個層級的內容
- 國中國中理科會教到的範圍
- 高中高中「基礎化學」「基礎物理」會教到的範圍
- 高中＋高中「化學」「物理」，或教科書中屬於延伸、專欄性質的內容
- 大學高中不會教，屬於大學專業科目（熱力學、傳熱工程）的內容
- 研究連大學都還沒當作「定論」教授，是研究人員目前仍在探討中的問題
國中術語：沸騰與壓力相關詞彙
- 蒸氣壓：液體想要變成蒸氣的壓力。溫度越高，這個壓力就越大。也就是本文所說的「推開的力量」。
- 沸點：蒸氣壓與周圍壓力相等時的溫度。周圍的壓力一改變，沸點也會跟著改變。
- 氣壓：空氣施加的壓力。平地約為 1,013 hPa（1大氣壓）。富士山山頂約為 640 hPa。
- 潛熱：狀態改變時吸收或釋放的熱量。沸騰中溫度不會上升，就是因為加入的熱都用在這上面。
- 糊化：澱粉經由水和熱轉變為容易消化、柔軟的狀態，也就是「飯煮熟」的實質內容。在麵包膨脹的原理一文中，也曾提到麵團骨架凝固的階段。
高中用公式驗證：為什麼壓力鍋只要四分之一的時間就夠了
壓力鍋只是把溫度提高了約20℃。僅僅20℃，為什麼能煮得這麼快？這點可以用計算來理解。
溫度每升高10℃，反應速度約增快2倍
| 升高的溫度 | 單位是 ℃ |
| 速度倍率 | 每10℃乘以 2 |
這不是嚴格的定律，而是在日常溫度範圍內大致成立的經驗參考值。這裡的重點是，倍率的增加是「相乘」而不是「相加」。20℃不是 2 ＋ 2，而是 2 × 2。
用相乘的方式增加，代表只要稍微提高溫度，效果就會急速放大。這正是壓力鍋的真面目。
| 一般的鍋子 | 100℃ |
| 壓力鍋（約2大氣壓） | 120℃ |
| 溫度差 | 120 − 100 ＝ 20 ℃ |
| 相當於幾個10℃ | 20 ÷ 10 ＝ 2 次 |
| 速度倍率 | 2 × 2 ＝ 4 倍 |
| 一般要燉煮1小時的菜 | 60 ÷ 4 ＝ 15 分鐘 |
時間縮短為四分之一。壓力鍋說明書上寫的省時效果，大致就是這個程度。「只是溫度提高20℃」卻能變成「快4倍」，原因就在於倍率是以相乘方式累積的。
用同樣的想法反過來推算。富士山山頂約在88℃沸騰。
| 與平地的溫差 | 100 − 88 ＝ 低12 ℃ |
| 相當於幾個10℃ | 12 ÷ 10 ＝ 1.2 次 |
| 速度大約 | 降到一半以下 |
| 平地20分鐘煮好的飯 | 20 × 2 ＝ 大約需要40分鐘 |
而且更麻煩的是，把火開大也解決不了問題。因為一旦沸騰，溫度就不會再上升。火力只能「讓水更快沸騰」，沸騰之後的溫度，只由氣壓決定。這正是山上米飯煮不熟的原因。
※ 實際煮飯還牽涉澱粉變化所需的溫度與時間，並非單純倍率就能決定。此處僅為概估計算。
壓力鍋上標示的數值，通常是「比大氣壓高出多少」，而不是「實際承受的總壓力」。把大氣壓加上去，才是實際壓力。
| 標示值（高於大氣壓的部分） | 假設機型為 100 kPa |
| 大氣壓 | 約 101 kPa |
| 實際承受的壓力 | 101 ＋ 100 ＝ 201 kPa |
| 是大氣壓的幾倍 | 201 ÷ 101 ≒ 2.0 倍 |
「約2大氣壓」指的就是這個結果。如果直接把標示數字當成大氣壓的倍率來看，會產生1大氣壓的誤差。確認單位與基準點在哪裡，在這類情況下就非常重要。
| 平地（海拔0 m） | 1,013 hPa ／ 100℃ |
| 海拔 1,000 m | 約 899 hPa ／ 約 97℃ |
| 富士山 山頂（3,776 m） | 約 640 hPa ／ 約 88℃ |
| 珠穆朗瑪峰 山頂（8,848 m） | 約 314 hPa ／ 約 70℃ |
| 家用壓力鍋 | 約 2 大氣壓 ／ 約 120℃ |
※ 氣壓也會隨氣溫與天候變化。壓力鍋的數值依機型而有差異。
珠穆朗瑪峰山頂約70℃就會沸騰，連紅茶都泡不好。高海拔登山食品之所以多半不需要加熱，原因就在這裡。
高中＋用公式來看溫度與壓力的關係
蒸氣壓與溫度的關係可用克勞修斯－克拉佩龍方程式來表示。近似後可寫成以下形式。
ln(P₂/P₁) = −(ΔHv / R) × (1/T₂ − 1/T₁)
其中 ΔHv 是蒸發所需的熱量（水約為 40.7 kJ/mol），R 是氣體常數，T 是絕對溫度。把富士山的氣壓（約0.63大氣壓）代入這個式子，可算出沸點約為88℃，與實際數值相當吻合。
至於反應加快的原因，則可用阿瑞尼士方程式來說明：k = A・exp(−Ea/RT)。由於溫度 T 位於指數項中，只要溫度稍微上升，反應速度 k 就會大幅改變。「升高10℃反應快2〜3倍」這個經驗法則，正是由此式推導而來的參考值。
大學氣泡究竟從何而來
其實，用完全乾淨的水、放在全新容器中加熱，就算到了100℃也不會沸騰。因為氣泡要形成，需要極微小的「種子」。在什麼都沒有的水中要形成氣泡，表面張力會強烈作用，把剛萌芽的氣泡壓垮。
現實中的沸騰，是靠鍋子的刮痕、微小溝槽、溶在水中的氣體等當作氣泡的立足點才得以發生（異質成核）。若缺乏這類立足點，水即使超過100℃也能維持液態（過熱狀態）。這種狀態下若受到刺激，就會瞬間劇烈沸騰，這就是暴沸。
利用沸騰來傳遞熱量的技術（沸騰傳熱），廣泛應用於發電廠的冷卻到電子設備的散熱。這裡的關鍵是臨界熱通量，一旦超過這個數值，氣泡會覆蓋整個表面，導致熱無法傳遞，溫度急遽上升，是安全設計上的重要指標。
研究目前仍未完全弄清楚的事
- 沸騰雖然是日常現象，卻很難精確預測。氣泡會在哪裡、何時、產生多少，強烈受表面極微小刮痕的形狀與潤濕程度影響。從第一原理精確預測臨界熱通量的模型，目前尚未建立。在核能與高性能電子設備的冷卻上，仍有部分依賴實驗數值。
- 暴沸何時發生，事先也無法得知。過熱狀態能持續多久受偶然因素影響，因此微波爐暴沸事故很難預測，對策主要著重於「降低發生機率」。
- 沒有重力時，沸騰的樣貌會改變。在地面上氣泡會因浮力離開，但在無重力環境下，氣泡會持續附著在表面。國際太空站上的實驗仍在進行，適用於長期太空停留的散熱方式，目前仍在設計階段。
- 「飯煮熟」在分子層次的理解也尚未完成。澱粉顆粒吸水崩解的過程，會因溫度、時間、含水量、品種而產生複雜變化。與美味相關的部分，仍有不少依賴經驗與感官評估。
每天在鍋子裡看到的現象，如今仍是研究對象。熟悉與否，和是否真正理解，是兩回事。
與教科書的對應（依層級區分）
| 層級 | 科目・單元 | 對應本文哪個段落 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・狀態變化／沸點與熔點／大氣壓 | 沸騰是什麼、海拔與沸點、針筒觀察實驗 |
| 高中 | 基礎化學・狀態變化與熱／基礎物理・熱量 | 潛熱、沸騰中溫度不上升的原因 |
| 高中 | 化學・氣液平衡與蒸氣壓 | 沸點作為蒸氣壓與外部壓力平衡的結果 |
| 高中＋ | 化學・反應速率（阿瑞尼士方程式）／熱化學 | 克勞修斯－克拉佩龍方程式、升溫10℃快2〜3倍 |
| 大學 | 熱力學・傳熱工程・食品工程 | 成核作用、過熱狀態、臨界熱通量、加壓殺菌 |
| 研究 | 沸騰傳熱（未解決問題） | 臨界熱通量的預測、暴沸、微重力下的沸騰 |
| ― | 家政・安全 | 壓力鍋的使用方式、壓力未洩盡前不可開蓋 |
- 日本氣象廳（気象庁）關於海拔與氣壓的說明資料（標準大氣的概念）。
- Atkins, P. & de Paula, J., Physical Chemistry（克勞修斯－克拉佩龍方程式、蒸氣壓與沸點）。
- Carey, V. P., Liquid-Vapor Phase-Change Phenomena（沸騰的成核作用、臨界熱通量）。
- 日本國民生活中心（国民生活センター）及製品評價技術基盤機構（NITE，製品評価技術基盤機構）關於壓力鍋事故案例與注意事項的公告。
- 日本食品科學工學會（日本食品科学工学会）等機構關於澱粉糊化與煮飯的相關研究。
- 各廠牌壓力鍋使用說明書中，關於使用壓力、不可調理食材、保養維護的指示。
※ 氣壓、沸點、壓力鍋溫度等數值，會因條件與機型而有所差異。本文所列為一般常用的參考值。
※本文為大眾科學解說。使用壓力鍋時，請務必依照您所使用產品的說明書操作。文中所列數值為幫助理解原理的參考值，會因條件而有所差異。