середа, 16 травня 2012 р.

Нагріти, щоб швидше охолодити

Яка вода замерзне швидше: холодна чи гаряча?

 
Проведемо експеримент. Візьмемо дві однакові склянки і наповнимо їх водою, одну – окропом, іншу – водою з-під крану. В якій з них вода замерзне швидше, якщо склянки виставити на мороз?

Відповідь очевидна: щоб заморозити воду слід відвести (забрати) тепло
Q = cm(t - 0°C) + λm
Оскільки температура окропу є вища за температуру води з-під крану, отже від гарячої посудини  слід відвести більшу кількість тепла, а отже процес заморозки займе більше часу.

Але в ході проведення експерименту виявляємо, що гаряча вода замерзає швидше.

Явище, яке здається на перший погляд парадоксальним, має просте фізичне пояснення.


Проведемо ще раз цей самий експеримент, накривши обидві склянки герметично кришками. Виявимо, що дива в цьому випадку не сталося: спочатку замерзне холодна, а потім і гаряча вода.

Щоб розставити всі крапки над і згадаємо, як охолоджується вода?
Охолодження води відбувається в результаті 2-х процесів: теплообміну з навколишнім середовищем і випаровування. Обидві посудини зроблено зі скла, тому теплообмін через стінки буде незначним і охолодження відбуватиметься в основному за рахунок випаровування з поверхні.

Внаслідок випаровування над поверхнею рідини утворюється пара. Якщо посудина з водою закрита, то пара над рідиною швидко стає насиченою і подальше охолодження відбувається лише за рахунок теплообміну.

Зовсім по-іншому охолоджується вода у відкритій посудині. При випаровуванні маса води весь час зменшується і тому, коли температура опуститься до 0°С, у гарячій посудині виявиться значно менше води, ніж у холодній. Після цього рідини в обох посудинах охолоджуватимуться однаково.

Саме це є основним поясненням цього експериментального парадоксу.

Доцільно прочитати:

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...