چرا نمی توانیم آب را به همان سرعتی که می توانیم گرم کنیم خنک کنیم؟ قسمت 3

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

گراهام اسمیت ملبورن، استرالیا

سرعت انتقال حرارت به یا از آب توسط سه متغیر تعیین می شود. اولین عامل تفاوت دما بین منبع گرمایش و آب است. عامل دوم ضریب انتقال حرارت نام دارد. سومین ناحیه تماس بین آب و محیطی است که گرمایش یا سرمایش را انجام می دهد.

گرمایش عموما توسط یک عنصر الکتریکی یا نوعی شعله انجام می شود. منبع گرمایش می تواند صدها درجه گرمتر از آب باشد. در مقابل، خنک‌سازی عموما با یک مبرد مایع یا با هوای محیط انجام می‌شود، که هر دو معمولا کمتر از چند ده درجه خنک‌تر از آب هستند.

ضریب انتقال حرارت (HTC) معیاری از هدایت و همرفتی است که در یک سیستم فیزیکی خاص رخ می‌دهد. آب رسانای خیلی خوبی نیست، اما می‌تواند یک کنوکتور بسیار خوب باشد، زیرا چگالی آب با دما تغییر می‌کند، که جریان‌هایی را ایجاد می‌کند که گرما را از سطح گرمایش دور می‌کنند. همرفتی که با آب در حال جوش اتفاق می‌افتد منجر به HTC بسیار بالا می‌شود، زیرا تلاطم گرمای بیشتری را با خود می‌برد و به این دلیل که بخار مقادیر زیادی گرمای نهان را منتقل می‌کند.

بنابراین مشاهده گرمایش سریعتر به دلیل ترکیبی از اختلاف دمای بیشتر و HTC بالاتر است.

آب رسانای خیلی خوبی نیست، اما می تواند انتقال دهنده بسیار خوبی باشد، زیرا چگالی آب با دما تغییر می کند.

با این حال، در برج‌های خنک‌کننده صنعتی یا خنک‌کننده‌های تبخیری منزل، سطح آب را می‌توان با شکسته شدن آب به قطرات کوچک و تماس با هوا بسیار افزایش داد. HTC همچنین بالا است زیرا آب تبخیر شده گرمای نهان را می برد. در این حالت سرد شدن سریعتر از گرم شدن است.

کوین هسکث پرستون، لنکاوی، بریتانیا

ما می‌توانیم سیستم‌هایی را مهندسی کنیم که آب را به همان سرعتی که بتوانیم گرم کنیم، خنک کنیم. به سیستم خنک کننده ماشین فکر کنید. مایع خنک کننده به کانال های مایع خنک کننده در موتور پمپ می شود و به سرعت توسط بلوک موتور گرم می شود. سپس وارد رادیاتور می شود که دارای چندین کانال نازک است و در آنجا با جریان هوا خنک می شود.

هنگامی که سیستم به دمای کار خود می رسد، به دمای تعادلی می رسد که توسط ترموستات کنترل می شود. زمان گرمایش زمانی است که مایع خنک‌کننده در کانال‌های خنک‌کننده بلوک موتور سپری می‌کند و زمان خنک‌سازی زمانی است که مایع خنک‌کننده در رادیاتور است. اینها لزوما با هم مطابقت ندارند، اما می توان آنها را برای انجام این کار با تغییر اندازه کانال های رادیاتور مهندسی کرد.

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.