چرا نمی توانیم آب را به همان سرعتی که می توانیم گرم کنیم خنک کنیم؟ قسمت 2

چرا نمی توانیم آب را به همان سرعتی که می توانیم گرم کنیم خنک کنیم؟ (ادامه دارد)

گای کاکس سیدنی، استرالیا

با نگاهی به جهان گسترده تر، صفر مطلق، پایین ترین دمای ممکن، صفر کلوین (-273 درجه سانتیگراد) است، در حالی که ما می توانیم دمای میلیون ها درجه ایجاد کنیم. بنابراین، گرمایش راحت‌تر از سرمایش در دسترس است. هلیوم مایع (در -269 درجه سانتیگراد) نزدیکترین رویکرد تجاری به صفر مطلق را به ما می دهد، اما روشی بسیار گران برای خنک کردن کوکتل شماست!

انسان ها برای هزاران سال توانسته اند آب را گرم کنند، اما قبل از اختراع تبرید، خنک کردن آن دشوارتر بود. در یک آب و هوای مناسب، می‌توانیم تلاش کنیم تا یخ را در طول تابستان ذخیره کنیم، که تا زمانی که طول می‌کشد، دمای 0 درجه سانتی‌گراد (32 درجه فارنهایت) به ما می‌دهد. به طور کلی، ما از زیرزمین ها و غارها استفاده کردیم که معمولا در دمای زمین هستند. میانگین سالانه حدود 10 درجه سانتیگراد (50 درجه فارنهایت) در آب و هوای معتدل است. روش دیگر خنک سازی تبخیری بود. نگهداری آب در یک ظرف سفالی متخلخل باعث می شود که مقداری از آن تبخیر شود، بنابراین باقیمانده خنک می شود. در تابستان خوش آمدید، اما نه قابل توجه.

الکس مک داول لندن، انگلستان

می توانیم به همان سرعتی که آب را گرم می کنیم، آب را خنک کنیم: اگر بعد از گرم کردن آب، نیتروژن مایع را داخل آن بریزیم، یا تکه های یخ اضافه کنیم، خیلی سریع خنک می شود.

وقتی آب را در کتری گرم می کنیم، حرارت می دهیم (معمولا 2.2 کیلووات). هنگامی که آب خنک می شود، گرما به اطراف آن نشت می کند. هر چه دمای آن با محیط اطرافش بیشتر باشد، سریعتر سرد می شود. برای جوشاندن یک کتری، باید همیشه سریعتر از آنچه خارج می شود حرارت دهیم. اگر عنصر به اندازه کافی قدرتمند نبود، دمای آب تا زمانی که به تعادل برسد افزایش می‌یابد، به این ترتیب گرمای عنصر برابر با گرمای خروجی می‌شود و دما دیگر افزایش نمی‌یابد.

اگر یک فنجان آب در دمای 100 درجه سانتیگراد (212 درجه فارنهایت) در اتاقی با دمای 20 درجه سانتیگراد (68 درجه فارنهایت) باقی بماند، و قانون خنک سازی اسحاق نیوتن را فرض کنیم (که سرعت خنک شدن متناسب با دمای اضافی است)، در ابتدا دمای اضافی 80 درجه سانتیگراد (144 درجه فارنهایت) است. با این حال، اگر آب در یک فریزر خانگی معمولی در دمای -20 درجه سانتیگراد (4- درجه فارنهایت) قرار داده شود، 120 درجه سانتیگراد (216 درجه فارنهایت) خواهد بود - یعنی دمای اضافی اولیه 1.5 برابر بیشتر خواهد بود و در ابتدا فقط با سرعت 1.5 برابر دمای محیط 20 درجه سانتیگراد خنک می شود.

از این رو، کاهش دمای محیط تأثیر محدودی بر سرعت خنک‌سازی دارد.

با قرار دادن فنجان آب در یک نسیم می توانیم سرعت خنک شدن را افزایش دهیم. هوا خیلی متراکم نیست و گرما را به خوبی منتقل نمی کند. بنابراین، می‌توانیم فنجان آب را با قرار دادن آن در یک مایع سرد سریع‌تر خنک کنیم.

زمان زیادی طول می کشد تا یخ در فریزر به دلیل گرمای نهان همجوشی آب. نسبتا سریع تا 0 درجه سانتیگراد خنک می شود، اما گرمای نهان با تشکیل یخ آزاد می شود، بنابراین با یخ و آب در دمای 0 درجه سانتیگراد باقی می ماند تا زمانی که تمام آب یخ بزند.

برای پاسخ به این سوال - یا سوال جدیدی بپرسید - به lastword@newscientist.com ایمیل بزنید.

سؤالات باید جستارهای علمی در مورد پدیده های روزمره باشد و سؤالات و پاسخ ها باید مختصر باشد. ما حق ویرایش موارد را برای وضوح و سبک برای خود محفوظ می داریم. لطفا آدرس پستی، شماره تلفن روزانه و آدرس ایمیل را وارد کنید.

استفاده از ابزارهای هوش مصنوعی (مانند ChatGPT، Claude) برای نوشتن سؤال یا پاسخ ممنوع است و هرگونه ارسالی که با استفاده از ابزارهای هوش مصنوعی نوشته شده باشد، پس گرفته خواهد شد.

شرایط و ضوابط اعمال می شود.