Должна ли бутылка газировки храниться горизонтально или вертикально?

У меня есть спор с моим другом о том, как хранить почти полную бутылку газировки в холодильнике, чтобы газировка не испортилась (т.е. как можно больше газа растворялось в жидкости). Предположим, что это стандартная двухлитровая бутылка с непроницаемыми стенками, поэтому это чисто статическая задача.

Он считает, что не имеет значения, стоит ли бутылка вертикально или лежит горизонтально. Я думаю, что стоя лучше. Мое расплывчатое рассуждение состоит в том, что в любом случае пластиковая поверхность будет ощущать одинаковое давление. п из содержимого; но когда бутылка лежит горизонтально, форма воздуха имеет большую площадь поверхности и требует большего количества вещества, чтобы достичь того же давления (поскольку давление действует на площадь).

Мое утверждение о форме воздуха, вероятно, верно в силу изопериметрического неравенства (или, по крайней мере, некоторой эвристики, утверждающей, что среди форм с одинаковым объемом те, что «ближе» к сфере, имеют меньшую площадь поверхности), поскольку форма воздуха вверху бутылка в вертикальном случае ближе к сфере, чем форма, когда она лежит горизонтально (в этом случае воздух подобен длинной призме). Однако я не уверен, что давление, ощущаемое пластиком, одинаково в обоих случаях.

Кто прав и почему?

РЕДАКТИРОВАТЬ: спасибо за ваши объяснения. Теперь я понимаю, как ответить на это с точки зрения постоянных объемов, хотя мне это не очень интуитивно понятно. Интересно, есть ли объяснение, заключающееся в том, что сумма сил, действующих на поверхность жидкости, равна нулю как для горизонтальной, так и для вертикальной конфигураций.

Вы пробовали оба, чтобы увидеть, сможете ли вы заметить разницу?
Его фактическим заявлением было то, что если бы разница была, то мы бы не смогли ее определить без инструментов (и я согласен). Я приукрасил историю, чтобы сделать проблему лучше.
Как сказал Боб Якобсен, если вы храните его в горизонтальном положении, CO2 будет выделяться быстрее, поскольку площадь для выделения газа больше, но если вы храните его вертикально, он достигнет того же состояния, только через более длительный период времени.
Учтите, что при горизонтальном хранении содержимое встряхивается сильнее (больше площади), чем при вертикальном. При встряхивании содэ выходит газом.
@beppe9000 ... и через несколько секунд (в закрытом контейнере) вернется обратно в равновесие.
Так вы предполагаете, что бутылка совершенно твердая или нет?
Реальный ответ заключается в том, что вы должны сжимать бутылку, когда она открыта, а затем закрывать ее так, чтобы в ней было как можно меньше воздуха.
Я голосую за то, чтобы закрыть этот вопрос как не по теме, потому что он касается хранения продуктов, а не физики.
@sirjonsnow это то, что я всегда делаю, но у меня нет конкретных доказательств того, действительно ли это оказывает какое-либо существенное влияние на TTF (Time To Flat).
@sirjonsnow, разве сжатие не дает CO2 больше места для выхода газа до того, как будет достигнуто давление пара?
Да, сжимать - плохая идея. Может быть, это могло бы сработать, если бы вы обмотали сжатую бутылку веревкой, чтобы она не расширилась, или положили на нее что-то очень тяжелое.
На самом деле, лучше всего, однако, он поместится в холодильнике :-)
Сода — очень заманчивая тема. Я все еще не понимаю, как ответить на этот мой несколько связанный вопрос: physics.stackexchange.com/questions/186294/…
@ JPhi1618 Возможно, тогда кому-то нужно изобрести обратный винный насос? Прикрутите его к горлышку бутылки, а затем поднимите давление , чтобы оно не сдулось!
Стены предполагаются непроницаемыми, а как быть с цоколем? Влияет ли на скорость утечки то, что крышка находится в жидкости, а не в газе?
@Chronocidal Это , хотя кто знает, действительно ли это работает...

Ответы (4)

Объем бутылки и объем жидкости одинаковы в обоих случаях. Вычитание означает, что объем газа в любом случае одинаков. Различия в рассуждениях вопроса не существует.

В боковом корпусе площадь больше. Это позволит быстрее достичь равновесия. Но в любом случае он достигнет того же равновесия.

Комментарии не для расширенного обсуждения; этот разговор был перемещен в чат .

В закрытой 2-литровой бутылке газировки из полиэтилентерефталата (PETE) основная потеря CO2 происходит за счет диффузии CO2 через стенки пластиковой бутылки. Если вы оставили полную бутылку при комнатной температуре, период полураспада этого процесса составит около шести месяцев, а это означает, что шестимесячная бутылка газировки комнатной температуры будет примерно на 50% пустой, даже если вы никогда ее не откроете. Через год он будет равен 75%.

Хранение бутылки в холодильнике естественным образом замедляет этот процесс, поэтому охлажденная бутылка газировки будет сохранять свой CO2 гораздо дольше. И, в реальной жизни, вы не просто смотрите полную бутылку изо дня в день - вы пьете из нее. Подавляющее большинство CO2 будет потеряно, когда вы откроете бутылку . Вероятно, существует некоторая разница между скоростями диффузии на границе жидкость/ПЭТЭ и на границе газ/ПЭТЭ, но в любом случае это процесс, который занимает от месяцев до лет.

Однако каждый раз, когда вы открываете бутылку, вы теряете значительное количество CO2. Коэффициент распределения CO2 в воде составляет около 4 , поэтому газ над жидкостью будет иметь примерно 1/5 концентрации CO2 по сравнению с жидкостью, которая будет иметь концентрацию в четыре раза выше. Таким образом, ваша бутылка становится примерно на 20% более плоской каждый раз, когда вы открываете бутылку (это грубое приближение! ***), при условии, что вы оставляете достаточно времени, чтобы она вернулась в равновесие после закрытия бутылки.

Итак, если вы хотите побеспокоиться о том, чтобы ваша газировка не испортилась, забудьте о том, как вы храните ее в холодильнике — это не имеет значения. Чего вы хотите избежать, так это открывать бутылку чаще, чем необходимо. Насколько плоская ваша газировка? Сколько раз вы открывали бутылку? Предположим, вы удаляете 300 мл из бутылки каждый раз, когда открываете ее:

  Openings   Fullness   Cumulative CO2 lost
  -----------------------------------------
  One          85%         4.2% 
  Two          70%         13.5% 
  Three        55%         28.2%
  Four         40%         47.8%
  Five         25%         70.2%
  Six          10%         90.8%

*** Если предположить, по крайней мере, что порция газировки удаляется каждый раз, когда открывается бутылка, то при каждом открывании будет ~15-85% доли газа/жидкости. Когда бутылка более полная, потеря CO2 будет меньше, поскольку объем, необходимый для повторного повышения давления до равновесия, будет меньше - по мере опустошения бутылки потери CO2 на «отверстие» также увеличиваются. 20-процентная потеря CO2 происходит только тогда, когда объемы жидкости и газа равны (т. е. бутылка наполовину пуста). Например, бутылка, заполненная на 75%, потеряет только 7,7% своего CO2, а бутылка, заполненная на 25%, потеряет целых 43% оставшегося CO2 .

Комментарии не для расширенного обсуждения; этот разговор был перемещен в чат .
Отличный ответ. Гораздо лучше, чем принятый, потому что он действительно соответствует реальному случаю. Однако у меня есть придирка: когда вы открываете бутылку содовой, вы не удаляете всю воду. С О 2 от газовой фракции в баллоне. Вы немедленно теряете определенное количество газа из-за давления внутри бутылки, но основная часть газа остается и только разбавляется притоком воздуха, когда вы наливаете свой напиток. Остальные С О 2 уменьшит количество С О 2 которому необходимо перейти в газовую фазу, чтобы восстановить равновесие.
что, если вы откроете бутылку, держа ее вверх дном (чтобы рядом с выходом была вода, а не CO2)? Будете ли вы тогда терять меньше CO2 (или пузырьки поступающего воздуха заставят вас потерять больше CO2)?
@MatijaNalis Я предлагаю вам попробовать и узнать.
Для потери 20% при каждом расчете, разве это не требует, чтобы объемы жидкости и воздуха были одинаковыми, 50/50? Я не думаю, что полная бутылка потеряет 20% при первом открытии, но я не очень хорошо знаком с динамикой давления.

По закону Генри масса растворенного газа пропорциональна давлению над жидкостью. Поскольку давление одинаково в обоих случаях, не имеет значения, находится бутылка вертикально или горизонтально.

Почему давление над жидкостью одинаково в обоих случаях?
Объем жидкости и, следовательно, объем воздуха одинаковы в обеих конфигурациях. То же самое и с внутренней энергией, так почему же она должна меняться? или, другими словами, P=nRT/V
Я понимаю, что объемы не меняются, но в зависимости от положения может происходить некоторый переход газа из жидкости в воздух, поэтому мне не ясно, давление останется прежним. (выше все переменные должны иметь индекс п час или п в в зависимости от горизонтали или вертикали, и не ясно, что н час "=" н в )
Если вы не встряхнете бутылку, чтобы вывести газ и жидкость из равновесия, у газа нет причин покидать жидкость, когда вы перемещаете бутылку, потому что давление и закон Генри гарантируют, что этого не произойдет. Если вы встряхнете его, он в конце концов достигнет состояния равновесия, которое должно быть таким же, как и предыдущее.
Таким образом, этот вопрос можно было бы перефразировать: «Имеет ли воздух в обеих конфигурациях одинаковое давление?» И вы говорите: «Поскольку воздух в обеих конфигурациях имеет одинаковое давление, нет градиента, толкающего газ из жидкости в воздух». Либо это цикл, либо я чего-то не понимаю.
Я говорю, что у него одинаковое давление, потому что n T и V одинаковы. Объем не может измениться, потому что жидкость не расширяется и не сжимается, единственное, что может измениться, это n, количество молей газа вне жидкости, но это не изменится, если сначала не изменится давление (из-за закона Генри).
@Wolphramjonny Я не уверен, что ваш последний комментарий верен. Разве газ, выделяющийся из жидкости, не изменит давление - я думаю, что растворенные газы занимают меньше места, чем свободные газы при том же давлении? (Это не повлияет на ответ, потому что положение равновесия все равно не зависит от площади поверхности)
@Taemyr Точно. Разница в давлении вызывает дегазацию, а равновесное давление одинаково как для вертикального, так и для горизонтального положения (оно не зависит от площади поверхности, а только от объема, если все остальные равны, что и есть в волшебном смысле). бутылка в вопросе). Ситуация будет склоняться к случаю, когда давление растворенного газа такое же, как давление нерастворенного газа - растворенный газ будет терять давление по отношению к нерастворенному газу, пока они не сравняются.
@Taemyr, встряхивая бутылку, давление не меняется. См.: youtube.com/watch?v=K-Fc08X56R0 .
Я не пытался сказать, что встряхивание бутылки изменит давление. Скорее я имел в виду, что если бутылка не находится в равновесии, давление может измениться, пока это равновесие будет достигнуто.
@eps На самом деле видео явно показывает, что моя интуиция была верна. Давление будет увеличиваться по мере того, как углерод высвобождается из раствора, если в растворе больше углерода, чем поддерживает давление газа. - Он показывает это, открывая не встряхиваемую бутылку, а затем закрывая ее, наблюдая, что давление начинается с атмосферного, а затем поднимается.
@Taemyr извиняюсь, я неправильно понял.
Диффузия из бутылки будет зависеть от площади поверхности бутылки. Площадь поверхности жидкой и газовой фаз может меняться в зависимости от ориентации, но я не знаю, изменится ли скорость диффузии в зависимости от фазы.

Я хотел бы прокомментировать ваш аргумент о том, что когда он находится в вертикальном положении, несмотря на тот же объем, поверхность меньше, следовательно, и давление.

Вот тут ваши рассуждения ошибочны. Действительно, в вашей бутылке давление в конце будет зависеть от объема и температуры, а не от площади поверхности с жидкостью.

Площадь поверхности с жидкостью была бы интересна, если бы жидкость не была несжимаемой, и, таким образом, объем изменился бы.

Здесь вы работаете в ситуации постоянного объема.