Что быстрее остынет вода или железо

Почему вода нагревается быстро, а охлаждается так медленно?

Сегодня довести воду до кипения не представляет каких-либо трудностей. Для этого нужно всего лишь включить на кухне плиту и поставьте на нее чайник. Обычно кипячение воды занимает всего несколько минут. Но вы наверняка замечали, что после кипения вода охлаждается до своей первоначальной температуры гораздо дольше. Чтобы остыть до двадцати градусов по Цельсию может потребоваться несколько часов (в зависимости от конструкции чайника). Почему вода нагревается быстро, а охлаждается так медленно?

Быстрый нагрев и медленное охлаждение

Давайте рассмотрим это явление на примере металлического чайника, наполненного водой. Вода, которую нужно нагреть от нормальной комнатной температуры (около 20 градусов по Цельсию) до температуры кипения, должна преодолеть разницу в 80 градусов. При этом она поглотит определенное количество энергии, которая преобразуется в кинетическую энергию молекул воды.

Количества тепла, необходимое для нагрева тела определенной температурой, можно рассчитать с использованием следующего соотношения:

Q = масса тела * удельная теплоемкость * разница температур

Из этой простой формулы есть несколько интересных следствий. Чем больше масса тела, тем больше тепла оно потребляет. Разные вещества потребляют разное количество энергии. Чем выше желаемая температура, тем больше энергии нам потребуется на нагрев.

Охлаждение работает точно так же, но с одним небольшим отличием — тепло в этом случае передается от горячей воды во внешнее пространство вокруг чайника.

Температура варочной панели обычно составляет несколько сотен градусов Цельсия. Поэтому она может передавать значительное количество энергии в воду и быстро нагревать ее до температуры, при которой она начинает испаряться (100 °С) Для такого же быстрого охлаждения нам понадобится такая же большая разница температур – температура внешней среды должна быть минус несколько сотен градусов Цельсия. Безусловно, ничего подобного в природе не встречается, поскольку минимальный предел температуры, которую может иметь физическое тело во Вселенной -273,15°С (абсолютный ноль температуры). А наш хладагент (воздух вокруг чайника) имеет температуру около + 20 °C. Таким образом, охлаждение происходит намного медленнее, чем нагрев воды.

Тепло — вид энергии

Большинство людей недооценивает количество энергии, которую потребляет вода для ее нагрева. Для нагрева 1 кг воды на 1 градус требуется 4187 Дж. На первый взгляд это не очень интересно.

Но представьте, что мы приложим то же количество энергии не для нагрева 1 кг воды, а для ее ускорения (кинетическая энергия).

Источник

В какой кружке ваш чай и кофе дольше останется горячим?

The Big Data Stats выяснил, в какой посуде напиток дольше сохраняет тепло. Для исследования аналитический портал выбрал три кружки: вакуумную из нержавеющей стали, стеклянную кружку с двойными стенками и обычную керамическую. Оказалось, что быстрее всего чай остыл в последней. Смотрите график:

Мы решили углубиться в эту тему и разобраться в ней до конца. Статья будет интересна всем, кто давно не открывал учебник по физике.

«Горячий» хит-парад материалов для кружек

Если не брать во внимание посуду особой формы (двойные стенки), а учитывать только материал, на первом месте по способности хранит тепло окажутся керамика и стеклокерамика . Толстые стенки с плотной молекулярной структурой позволяют замедлить процесс теплообмена между жидкостью и воздухом.

Фарфор, будучи более сложной вариацией керамики, хоть обладает свойствами этого материала, но тепло сохраняет хуже, поскольку у фарфоровой кружки очень тонкие стенки, и теплообмен с воздухом происходит быстрее. Именно поэтому иногда такие кружки изготавливают с силиконовым ободком.

Стекло обладает менее плотной кристаллической решеткой и, следовательно, худшей теплоизоляцией, поэтому жидкость в стеклянной кружке ней остывает значительно быстрее.

Металл очень хорошо проводит тепло, поэтому кружка из стали мгновенно нагревается сама и очень быстро позволяет напитку остыть.

Пластиковая кружка имеет еще более высокую теплопроводимость – здесь чай и кофе остынут максимально быстро.

Как материал влияет на вкус

Еще один плюс в копилку керамики – она позволяет раскрыть вкус и аромат во всей полноте. Минус – она также успешно впитывает в себя запах напитка, поэтому для чая и кофе лучше будет иметь разные кружки. А вот, стекло является нейтральным материалом, который не ухудшает, но и не улучшает вкус напитка. Зато и запахи стеклянная кружка практически не впитывает – можно смело брать одну для всех случаев. Стеклокерамика также остается непроницаемой для молекул чая и кофе.

Худший вариантом для горячих напитков считается пластик, который впитывает вкус и запах, а в ответ может выделять различные канцерогенные вещества (если это некачественный вариант).

Источник

Почему металл холодный?

Изменчивый металл

Начнём с того, что не всегда предметы из металла холодные. Вспомните, какой становится металлическая ложка в горячей воде. Например, если поместить деревянную ложку в кипяток, она нагреется. Но ложка из металла, побывавшая в кипятке, нагреется намного сильнее. При неаккуратном обращении можно даже ошпариться, забыв металлические столовые приборы в горячей кастрюле или сковороде.

Делиться теплом

Секрет кроется в теплопроводности — способности тела передавать тепло другому телу, от более нагретых частей к менее нагретым.

У разных предметов разная теплопроводность. У металла она чрезвычайно высока. Практически это можно подтвердить с помощью обычного прикосновения к металлическому предмету.

Возьмите в руку любой металлический предмет, например ту же ложку (не побывавшую в кипятке!) или металлические ключи. Нормальная температура нашего тела 36,6°C. Когда мы касаемся менее горячего предмета, чем наше тело, мы сами начинаем передавать ему тепло. Температура поверхности кожи становится ниже, и мы ощущаем холод предмета.

Такая разная теплопроводность

Тепло нашего тела начинает нагревать верхний слой прохладного предмета. Если предмет обладает высокой теплопроводностью (как наши металлические ложка или ключи), то энергия начинает стремительно распространяться по всему предмету. Температура увеличивается несильно, передача тепла продолжается. Однако предмет остаётся всё ещё холодным.

Если же предмет имеет низкую теплопроводность (например, как наша деревянная ложка), то верхние слои нагреваются гораздо быстрее. Зачастую нагрев происходит моментально, и мы даже не успеваем заметить, что предмет был прохладным. Когда тепло передано, теплоотдача практически прекращается. Предмет стал тёплым.

А что происходит с горячими телами?

В горячих предметах процессы протекают в ином порядке. Теплопроводность металлических тел является высокой благодаря свободным электронам, отвечающим за металлическую электропроводность. Электроны в металлических телах стремительно двигаются по всему объёму, перенося тепло во все части предмета.

Если вам понравилась статья, ставьте «лайк»! Ваше мнение очень важно для нас.

Источник

В какой посуде быстрее остынет вода — в металлической или керамической?

Например, если поставить керамическую кружку и металлическую эмалированную. И налить в каждую кипяток.

В какой из них вода быстрее остынет и почему?

А если взять кружку металлическую, но не эмалированную?

Теплопроводность металла обычно выше, чем керамики, поэтому в металлической остынет быстрее. Например, теплопроводность алюминия 220 Вт/(м К), теплопроводность стали намного меньше — от 10 до 70 Вт/(м К) и сильно зависит от сорта стали. Теплопроводность керамики тоже сильно зависит от ее сорта и вида (разных керамик очень много). Например, теплопроводность алюмооксидной керамики может колебаться от 15 до 25 Вт/(м К). И, конечно, очень сильно зависит от толщины и поверхности кастрюли или другого сосуда! Чем тоньше стенки и чем больше поверхность, тем быстрее остывает. В конкретном случае это легко проверить экспериментально: налейте в обе посудины одну и ту же горячую воду и через минуту пощупайте рукой — стенка (снаружи, конечно) какой посуды горячее. Та, в которой стенка горячее, и остынет быстрее.

На мой взгляд в керамике остывает быстрей.Металл,как я думаю дольше сохраняет тепло и нагревается быстрей.Я к примеру так делаю,если мне необходимо быстро охладить только что вскипяченную воду в чайнике.Беру два стаканчика.Наливаю в них из чайника воду и ставлю в холодильник.Минут через пять вода становится градуса на четыре ниже,а через пятнадцать минут — уже прохладная.

Особенно ценится фарфоровая посуда,за то,что она долговечнее,со временем поверхность фарфора остается такой же ровной и блестящей.Такая посуда даже по стоимости дороже керамической.На керамической посуде могут образоваться трещинки,выдающие возраст изделия.

На первый взгляд, обе сковороды одинаковы, но это не так.

1. Относится к легкой посуде тефлоновая сковородка, в силу этого преимущественно блюда «быстрые» готовят на ней. Яичница и рагу получаются на ней лучше. Аналогами чугунной посуды называют тяжелые керамические сковородки, которые равномерно и долго разогреваются. Стейк, блинчики на такой посуде удачнее готовятся.
2. Во всех цветах радуги представлены керамические сковородки, а не как тефлоновые лишь в стандартном черном цвете. Керамика, как доказали ученые, более экологичный материал по сравнению с тефлоном, просто. Особенно опасны поврежденные последние сковородки.
3. Без едких моющих средств, обязательных для тефлоновой, просто под струей горячей воды вы сможете легко отмыть сковородку керамическую , поэтому уход за ней простой.
4. Однако керамика более дорогая. Правда, при постоянном использовании это компенсируется ее долговечностью. Расход масла меньше на тефлоновой посуде для кулинарии.

Керамическая посуда имеет ряд преимуществ: она долго сохранят тепло или прохладу продуктов, которые в ней находятся, блюда в ней не пригарают и получаются очень вкусными, так как томятся,и благодаря этому имеют очень приятный аромат. Да и эстетически красиво такая посуда выгладит. Однако, есть некоторые особенности в уходе за ней. Мыть ее все-таки лучше руками, а не в посудомоечной машине. Мыть ее надо мягкими моющими средствами, не применять металлические мочалки или другие средства, которые могут сделать на ней царапины. После мытья такую посуду надо оставлять до полного высыхания на столе, либо насухо вытирать полотенцем, так как если вода останется в порах, то при следующем применении в такой посуде могут образоваться трещины. А вот если она впитала в себя запахи пищи, то ее можно замочить в подсоленной воде, затем ополоснуть и насухо вытереть.

Источник

Почему железо кажется холоднее?

Природа устроена так, что почти все стремится к равновесию. Это касается и температуры. Если не вмешиваться, то от горячих предметов тепло будет перетекать к холодным, и так будет происходить до тех пор, пока их температуры не станут одинаковыми. Мы-то знаем, что тепло — это не жидкость какая-то, чтобы перетекать, это просто так говорится. На самом деле не тепло перетекает, а это молекулы друг друга толкают. В горячем предмете молекулы быстрые, поэтому толкаются сильнее. От толчков быстрых молекул молекулы холодного предмета начинают веселее шевелиться, а быстрые молекулы постепенно тормозятся. Поэтому холодный предмет нагревается, а горячий охлаждается. Но через некоторое время молекулы в обоих предметах станут двигаться примерно одинаково и будут толкать друг друга с равной силой. Это и означает, что температуры сравнялись, наступило тепловое равновесие.

Когда ты в морозный денек выходишь на улицу, то там тепловое равновесие (или лучше сказать: холодяное равновесие?) уже установилось: у всех предметов на улице одинаковая температура, все они одинаково холодные. Если взять градусник и измерить температуру воздуха, температуру снега, температуру забора и качелей во дворе, то будет видно, что она у всех одинаковая. В природе царит полное равновесие. Но вот если потрогать голой рукой разные предметы, то сразу начинаешь сомневаться в том, что у них одинаковая температура. Зимой железо на улице на ощупь кажется гораздо холоднее, чем дерево. Так, может быть, у них разная температура, хотя кусок дерева и лежит рядом с куском железа? А как же тепловое равновесие?

Дело в том, что как только ты берешь в руки кусок железа, то ты тем самым равновесие нарушаешь. Ведь у каждого человека внутри — тепловой механизм, он его исправно нагревает до температуры в тридцать шесть градусов. И еще шесть десятых. А как только ты берешь голой рукой железо, то ему приходится и эту железяку нагревать. А если берешь деревянную доску, то приходится доску нагревать. Потому что если их не нагревать, то рука скоро остынет, а это плохо. Наш тепловой механизм изо всех сил старается, чтобы температура внутри была постоянная, ни от чего не зависящая.

Различие в том, что железо отбирает тепло с большей скоростью, чем дерево. Поэтому оно кажется холоднее. Дело в том, что железо — это металл. Главное свойство металлов, которое отличает их от всех других веществ, в том, что у них внутри много свободных электронов. А электроны — это очень маленькие и лёгкие частицы. Молекулы в тысячи раз их тяжелее. Представь-ка себе, как здоровенная молекула твоей горячей руки ударяет по маленькому электрончику. От такого удара электрон полетит с огромной скоростью. Даже сравнение такое есть, очень подходящее к данному случаю: летит, как ошпаренный. Летит он себе в глубь металла, по дороге задевая за атомы и, конечно, раскачивает их. А раз раскачивает, то, значит, нагревает. От таких «ошпаренных» электронов металл прогревается очень быстро.

Совсем по-другому обстоит дело с деревом. Там нет свободных электронов. Все они привязаны к своим местам. Молекулы твоей руки толкают молекулы дерева, которые находятся снаружи. Эти молекулы постепенно раскачиваются все сильнее и сильнее и начинают толкать своих соседок, которые находятся немного поглубже. Те, раскачавшись, толкают еще более глубоко расположенных соседок. И так далее. Дело это неторопливое. Тепло очень медленно проникает в дерево, значит, рука остывает тоже медленно, поэтому твоему тепловому механизму не приходится сильно напрягаться. С железом все совсем не так. Только нагрел руку, как электроны уже «унесли» все тепло. Опять надо нагревать. Вот именно поэтому железо и кажется холоднее. Но если кусок железа небольшой, то он быстро согреется в твоей ладошке, и тепловой механизм вздохнет с облегчением: рука перестала остывать, можно и передохнуть.

Бесплатные почтовые рассылки по саморазвитию.
Уже подписалось более 17 тысяч человек.

Источник