קירור תה

[רן פורסט]

קירור תה

כפית מתכת בכוס תה חם מגדילה את קצב חילוף החום עם הסביבה בכך שהיא מוליכה את החום החוצה לא רק דרך שטח פני הנוזל. כאשר אני מניח את הכפית בכוס, היא בולטת 5 ס"מ החוצה. מה יקרר את התה יותר מהר? אם הכפית מונחת כרגיל בכוס (כשהידית בולטת החוצה) או כשהכפית הפוכה, כלומר שהידית שקועה בכוס? בכל מקרה 5 ס"מ בולטים החוצה. מצד אחד, כשהחלק הרחב בחוץ יש יותר מגע עם טמ"פ הסביבה הקרה, מאידך יש פחות מגע עם החומר החם. מה דעתכם? יש הבדל?

 

[AnarchistPhilosopher]

אני לא יודע מה התשובה...

אבל אם שמים (נניח שהכפית היא מאוזנת כלומר מרכז המסה שלה נמצא באמצע של הכפית) חצי מהכפית בתוך הנוזל והחצי השני מחוץ לנוזל אז לא נקבל התקררות מהירה יותר? לא יודע עוד לא למדתי תרמודינמיקה כמו שצריך כדי לדעת את התשובה. זו פשוט נראית לי שאלת מינימום מקסימום בשווי תרמודינמי של הכפית שמשפיע על התה, אבל יכול להיות שזה שגוי.

 

[רן פורסט]

זו שאלה נפרדת

ואתה ממציא פה מצב חדש. אבל הבעייה קיימת גם בהצעה שלך: נניח שהכפית בדיוק באמצע ולא נוגעת בקרקעית, איפה עדיף שיהיה החלק הרחב? בפנים או בחוץ?

 

[AnarchistPhilosopher]

אם המקרה שלי נכון אז זה לא משנה.

כי הכפית הגוף שלה מתחלק שווה בשווה חצי בנוזל וחצי עם האוויר. לא נראה לי שזה משנה שהחלק הרחב תופס יותר שטח, כי למשל (בצורה גסה מאוד ולא מדוייקת), אם החלק הרחב נניח תופס יותר שטח זה לא אומר שכמות החום שתעבור דרך הכפית תהיה גדולה מהמקרה המשלים. מצד אחד ייקח לחום העובר דרך המשטח הגדול יותר זמן עד שהוא יעבור לקצה עם האוויר (אני לא יודע עדיין מה היחס בין הולכת החום לשטח החתך של הגוף),אבל תעבור כמות חום גדולה יותר מאשר במקרה האחר, ומצד שני במקרה האחר עם הקצה הצר כמות החום תהיה קטנה יותר אבל קצב הולכת החום תגדל. כל זה כמובן בבסיס של דעה בלתי מבוססת.

 

[אופסשםמשתמש]

אני בכלל לומד מדעי המחשב ../images/Emo13.gif

לדעתי הפוך , המקדם העברת חום של המים או לא יודע איך לקרוא לזה הרבה יותר גדול מהמקדם של האוויר. ז"א המים צריכים פני שטח מאוד קטנים כדי לחמם את הכפית מאוד מהר .. אפשר לדעתי להכניס 10% מהכפית למים , וכל השאר מחוץ למים .. כמו החתיכת מתכת בצורת מסרק שמחוברת למעבד ואמורה לקרר אותו , הרוב נוגע רק באוויר , כי האוויר צריך המון פני שטח כדי לקרר משהו .

 

[רן פורסט]

לדעתי לא משנה איכות ההולכה של החום

של מתכת לעומת מים כי מצד אחד הגדלנו את שטח הפנים של החומר החם באמצעות המתכת אבל מצד שני לא צמצמתי את שטח הפנים של המים. לגבי צלעות הקירור של המעבד, בנו את זה בצורה כזו בגלל שיש הרבה חום וזה נוגע מעט במעבד בגלל שהוא כזה קטן, אבל שים לב שהוא נוגע במעבד כמה שהוא יכול. פשוט לא נשאר שם שטח פנוי לגעת בו.

 

[אופסשםמשתמש]

מה שמשנה

זה שהמים יחממו את המתכת יותר מהר משהאוויר יקרר אותה ..

 

[Rus Almighty]

למה? להיפך, ככל שהפרש טמפרטורות גדול יותר

אז קצב העברת חום גדל

 

[maverick 42]

אההה... בדיוק

הרי נניח שהכפית בטמפרטורת האוויר בחדר כשאנחנו מכניסים אותה למים, ושהיא בטוח לא מגיעה לטמפרטורה של המים עצמם (רק לקראת סוף התהליך). ואז ברור שההפרש בין המים לכפית (שזה בעצם כמו ההפרש בין המים לאוויר) גדול יותר מההפרש בין הכפית לאוויר (הרי הכפית תתחמם, אבל אף פעם לא תגיע לטמפרטורה של המים. הרי הכפית מתחילה בטמפרטורה של האוויר). כלומר, האוויר "צריך" יותר שטח פנים בשביל לקרר ביעילות את הכפית. עכשיו, איזה מצב הוא יותר יעיל? זה תלוי בטח בכל מיני גורמים כמו טמפרטורת האוויר, הגודל המדויק של הכפית, טמפרטורת המים, החומר ממנו עשויה הכפית, כמה בדיוק מהכפית בתוך/מחוץ למים... כמובן שגם מניחים שאין אבדן חום דרך שטח הפנים של המים (נגיד שהכוס מכוסה בצורה מושלמת, ככה שאין אפילו אוויר בפנים - המים מגיעים בדיוק לפני המכסה), או דרך הכוס עצמה (כוס שמנה מאוד ומבודדת מאוד). בטח אפשר למצוא איזו פונקציה מסובכת שתתאר מה שהולך שם, אבל בינינו - לא עדיף פשוט לחכות עוד 5 דקות שהמים יתקררו?

 

[Rus Almighty]

לדעתי זה לא משנה

כי ניתן להסתכל על זה בתור בעיה סימטרית (הדבר שמקרר הכי מהר את התה זה אותו דבר שמחמם הכי מהר את האוויר) אז שני המצבים יתנו את אותו הדבר בתנאי שהחום של הכפית זניח ,אחרת(החום של הכפית לא זניח) צריך להתחשב בחום של הכפית עצמה ואז נעדיף אותה כמה שיותר חמה(התה יותר קר כי כפית לוקחת חלק מהחום) וזה המקרה שרוב הכפית בתוך התה.

 

[Yamyam99]

נראה לי

שההבדל בכמות חום שמתפנה בשני המצבים זניחה לעומת לעומת כמות החום שמתפנה בהסעה וקרינה מהכוס, אבל ברמה העקרונית אתה יכול להסתכל על הכפית בתור סוג של צלע קרור שהבסיס שלה בטמפ קבועה ומכיוון שמקדם מעבר החום בהסעה טבעית יותר קטן בהרבה ממקדם מעבר החום בהולכה ,ההסעה והקרינה בחלק של הכפית שמחוץ לכוס הם צוואר הבקבוק שלך בתהליך פינוי החום, ולכן אם תגדיל את שטח מעבר החום מחוץ לנוזל (=החלק הרחב של הכיפת בחוץ) תצליח לפנות את החום יותר מהר והתה יתקרר יותר מהר.

 

[Rus Almighty]

אבל אז קצב התחממות הכפית יקטן(כי חלק צר ..

בפנים)

 

[Yamyam99]

בגלל שמתכת

מוליכה חום טוב ומימדי הכפית קטנים יחסית אז היא תגיע מהר יחסית לטמפרטורה שלה במצב מתמיד, קצב מעבר החום מהנוזל לכפית בשני המצבים יהיה גדול בהרבה מקצב מעבר החום מהכפית לאוויר ולכן אם תגדיל את כמות החום שמפונה לאוויר (ע"י הגדלת ההיקף של הכפית מחוץ לנוזל-החלק הרחב בחוץ) התה יתקרר יותר מהר.

 

[Rus Almighty]

זה יהיה אותו קצב במצב "יציב" אחרת הכפית תתחמם

בלי סוף

 

[Yamyam99]

בוא נעשה "מאזן אנרגיה" על הכפית במצב מתמיד

הכפית שבמים מקבלת חום בהסעה ומוליכה אותו החוצה,החלק של הכפית שמחוץ למים מפנה חום לסביבה בהסעה ובקרינה. מקדם מעבר החום בהסעה של המים הוא גבוה יחסית ולכן אם תחלק את הכפית שבמים להרבה פרוסות דקות, כל פרוסה תהיה באותה טמפרטורה, ואם כל פרוסה היא באותה טמפרטורה אז אין גרדיטאנט טמפרטורות כלפי החלק החיצוני של הכפית ואין מעבר חום בין פרוסה לפרוסה, כביכול כל החום שכפית תוליך החוצה הגיע מהפרוסה הראשונה שקרובה יחסית לפני המים, שלה יש גרדיאנט טמפרטורה עם הפרוסה שלידה שכבר מרגישה את האוויר או את פני המים. בגלל זה חסר טעם לעשות צלעות קרור במים - הצלעה תפנה את כל החום שלה מיד בהתחלה וכל שאר המשך הצלע יהיה בטמפרטורת הסביבה ולא יהיה לה לא שום ערך מבחינת פינוי החום. אם מסתכלים החלק של הכפית שמחוץ למים-מקדם מעבר החום בהסעה נמוך משמעותית מזה של המים והכפית מפנה חום לסביבה בהסעה ובקרינה לכל אורכה (את זה שזה באמת לכול הארוך צריך לוודא בחישוב). כמות החום החום שתתפנה תלויה בין השאר בשטח הפנים של הכפית - ואם החלק הרחב של הכפית בחוץ היא תפנה יותר חום. הצוואר בקבוק שלך בתהליך הוא פינוי החום מהחלק החצוני של הכפית.

 

[Yamyam99]

תיקון

אז אין גרדיאנט טמפרטורות כלפי החלק החיצוני של הכפית - צריך להיות אין גרדיאנט טמפרטורות בין פרוסה לפרוסה.

 

[Rus Almighty]

אני לא יודע איך אתה מצליח לסבך את העניין

אני כולו אמרתי שכמות חום שנכנסת לכפית צריכה לצאת(נכנסת במיים ויוצאת באוויר) אחרת העולם יתפוצץ. כמובן שהכוונה למקרה "היציב" שהטמפרטורה של הכפית התיצבה ומתחילה לרדת עם ירידת טמפרטורת המים.

 

[רן בן חור]

תשובה לקירור תה

השאלה שלך בעצם עוסקת בקצב העברת החום בין נוזל מתכת (כפית) ומתכת אוויר. במקום שבו קצב העברת החם היא איטית יותר שם צריך להיות שטח הפנים של הכפית גדול יותר. אני מניח (אינני יודע בוודאות) שהמגע מתכת נוזל מעביר חום בצורה יעילה יותר ולכן הכפית צריכה להיות הפוכה.

 

[רן פורסט]

זו התשובה ששכנעה אותי הכי טוב!

תודה!

 

[אופסשםמשתמש]

אבל זה ב-ד-י-ו-ק מה שאמרתי

כמעט מילה במילה.