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¿Por qué una taza de Peltre mantener una bebida caliente mejor que un vaso de espuma?

Sé que mi tema suena improbable, y es por eso que he publicado. Me ayudó a mi hija con un proyecto de ciencias para la escuela. Hemos probado cinco materiales diferentes para determinar que se mantenga caliente agua caliente, vidrio, cerámica, plástico, peltre y de espuma. A mayo de asombro, el estaño hizo el mejor, aunque sólo leve mejor que la espuma. Yo estaba tan sorprendido de que yo re-hicieron las pruebas para la espuma y el estaño y obtuvo los mismos resultados. Colocamos agua hirviendo en la taza y se mide la temperatura en un periodo de cinco minutos. La temperatura en el vaso de espuma cayó alrededor de 24 grados y en el estaño cayó a alrededor de 23 durante el periodo de cinco minutos. Todos los demás fueron un grado o dos más. No puedo explicar esto y soy un ingeniero químico. No se puede encontrar mucho en Internet.

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pentane Puntos 1288

El metal de la taza se equilibre con el agua mucho más rápido que la espuma de la taza de la voluntad -, pero después de que el calor no tiene lugar a donde ir, excepto que se pierde en forma de vapor a través de la convección natural o transferido a través de la radiación,$^\daga$ mecanismos de transferencia de calor que no dependen del material de la taza. Resulta que la radiación juega un papel muy pequeño, como se muestra a continuación:

Dicen que cada taza es un cilindro con un diámetro de 10 $\ cm$ y altura de 10 $\ cm$. La introducción de la temperatura de ebullición del agua ($373\ K$) y el área de la superficie de la taza ($150 \pi\ cm^2$) en la Ley de Stefan-Boltzmann da una aproximación de la calor irradiada por la copa de 15 Vatios. 5 minutos a 15 Vatios = 4,500 J de energía irradiada, que llamaremos $P$. Suponiendo que usted llenó las tazas a la parte superior, no es de 250 $\pi\ cm^3$ de agua o una masa $m$ de $250 \pi\ g$. Dado que el agua es la capacidad de calor $C$ es $4.18\ J/g\cdot K$ se puede calcular el descenso de la temperatura de $\Delta T$ debido a la radiación utilizando la definición de la capacidad de calor:

$$\Delta T= \frac{Q}{mC} =\ \frac{4,500\ J}{\left(250 \pi\ g\right)\left(4.18\ J/g\cdot K\right)}=1.3\ K$$

Que es mucho menos de los 23 grados de temperatura de la gota, por lo que la mayoría de la pérdida de calor proviene de la refrigeración por evaporación según lo sugerido por Martin Beckett. Esto significa que la velocidad de enfriamiento es relativamente poco afectada por el material de la taza y en lugar de ello depende en su mayor parte en el área de la superficie de agua expuesta al aire. Una gran oportunidad de aprendizaje sobre los diferentes mecanismos de transferencia de calor!


$^\daga$Esto es suponiendo que no hay adicional de la conducción de la mesa. Si la mesa estaba hecha de metal usted puede ver el efecto que esperaba, ya que el calor iba a ser capaz de llevar a cabo rápidamente a través de la taza de peltre en la tabla.

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blowdart Puntos 28735

La pérdida de calor de una taza abierta probablemente fue dominado por evaporación, por lo que el material no tiene mucho efecto y estaba dentro de los límites de su experimento.

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Bhaskar Singh Puntos 21

La copa que aísla el mejor de minimizar la convención y el presente, el más caliente de líquido en la superficie, donde el delta T entre el líquido y el aire determinará de refrigeración.

La copa que conduce el calor de la mejor va a llevar calor desde la parte superior a la parte inferior y causar corrientes de convección. El calor se propaga de manera más uniforme en todo el líquido y la superficie del líquido tendrá una temperatura ligeramente inferior que con el mejor aislante de la copa. El delta T entre el líquido y el aire será menor, aunque el contenido de calor de las dos tazas de líquido eran los mismos.

Yo esperaría que el aislamiento de la copa para que se enfríe más rápido si la boca es el mismo tamaño y forma y el nivel de líquido es el mismo. Un pequeño cambio en las corrientes de aire tendrá un gran efecto. Puede usted probar con una tapa? Un disco flotante de espuma para encajar cada copa iba a hacer, y hacer las mediciones durante 30 minutos.

Esa es mi teoría y me quedo con ella!

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