Насколько быстрей остывает чай, если в стакане стоит ложечка? По идее, металл забирает часть тепла и отдает его в воздух, но насколько это существенно?
Если стакан стандартный на 250 мл и остальные условия одинаковые, есть ли решение задачи в количественном выражении для ложки из серебра или нержавейки? Как влияет на это жидкость в стакане (например, легкий/крепкий чай, кофе, компот)?
Налитая в стакан жидкость остывает следующими путями:
1). Испаряется с поверхности.
2). От горячей жидкости излучается тепло (вверх).
3). От жидкости стенки стакана нагрелись. Теперь эти стенки теряют тепло:
3а). излучением.
3б). конвекцией. От стенок стакана нагревается воздух. Нагревшийся воздух поднимается вверх, на его место поступает холодный.
За счет потери тепла по пунктам 1 и 2 поверхность жидкости, и за счет потери тепла по пунктам 3а и 3б стенки стакана остывают.
4). Из внутренней части объема жидкости тепло за счёт теплопроводности жидкости передается к поверхности и стенкам.
Состав жидкости (чистая вода, чай или кофе крепкий или слабый, сладкий или несладкий) почти не влияет ни на один из этих пунктов. В случае компота теплопроводность содержащихся в компоте ягод и фруктов значительно отличается от теплопроводности чистой воды. Поэтому передача тепла по пункту 4 будет медленнее, и компот остынет медленнее.
Все эти способы передачи тепла просто так рассчитать очень сложно, так как много неизвестных характеристик. Их конечно можно попытаться определить экспериментально, на это может потребоваться несколько суток непрерывной работы, и естественно никто этим заниматься не стоит.
Что изменится, если в стакан опустить ложечку. Большая часть ложечки в контакте с жидкостью. Она быстро нагреется.
5). Это тепло по ложечке (по механизму теплопроводности) будет передаваться на выступающую из жидкости часть ложечки. Она тоже нагреется, но неравномерно. Ближайшая к жидкости сухая часть ложечки будет наиболее горячей, а дальний конец наиболее холодным.
Эта часть ложечки тоже будет терять тепло по механизмам (6а) - излучения, и (6б) - конвекции (аналогично стенкам стакана).
Это приведет к тому, что содержимое стакана будет охлаждаться чуть быстрее. Но эта добавка к скорости охлаждения составит не более 1-2 %, т. е. практически незаметна.
Проще всего установить это экспериментально.
Берете два одинаковых стакана. Наливаете почти полный стакан холодной воды, чертите на стенке риску по уровню воды. Переливает воду в другой стакан и чертите риску на нём. Доводите чайник до кипения. Быстро наливаете в оба стакана воду до рисок. В один стакан опускаете ложечку. Через определённые промежутки времени измеряете температуру в стаканах и сравниваете. Можно сделать несколько измерений. НИ В КОЕМ СЛУЧАЕ НЕ ВЗДУМАЙТЕ ИЗМЕРЯТЬ ТЕМПЕРАТУРУ МЕДИЦИНСКИМ ТЕРМОМЕТРОМ (ГРАДУСНИКОМ), ТАК КАК ЕСЛИ ТЕМПЕРАТУРА ОКАЖЕТСЯ ВЫШЕ 42 °с (ЕСТЬ ПРАВДА НЕБОЛЬШОЙ ЗАПАС, НЕСКОЛЬКО ГРАДУСОВ), ТО ТЕРМОМЕТР ЛОПНЕТ, И У ВАС ВОЗНИКНУТ ПРОБЛЕМЫ СО РТУТЬЮ.
Теперь обязательно повторите эксперимент, но ложечку поместите в другой стакан, так как расхождения из-за разной геометрии и массы стаканов могу сказаться на результате гораздо сильнее чем влияние ложечки.
После завершения двух экспериментов, усредните результаты.
С ложечкой будет остывать немножко быстрее, потому, что площадь рассеивания тепла становиться немножко больше, за счет торчащего кончика ложечки из кружки. но на практике такую разницу сложно заметить "невооруженным глазом". в количественном выражении решение задачи имеется, тк коэффициенты теплопроводности у нержавейки и серебра - разные. серебро лучше проводит тепло. жидкость не влияет, тк это жидкость и контакт идет по всей поверхности ложки, погруженной в жидкость.
Вы бы сильно не заморачивались по этому поводу. Тем более, что чайные ложечки никто под стандарт не подгонял. Формы и размеры разные. И никто не знает какой температуры лично Ваша ложка.) Ведь можно же ее остудить до определенной температуры, и затем опустить в стакан.
Добавить комментарий