Сколько времени нужно, чтобы охладить напиток со льдом?

Если у меня есть бутылка или контейнер с X жидкими унциями воды при температуре Y (скажем, температура холодильника или комнатная температура), и я кладу в нее лед или ледяные палочки (состоящие из воды), что составляет Z жидких унций, примерно как долго должен ли я ждать, прежде чем я смогу ожидать, что напиток будет оптимально холодным? Чем холоднее, тем лучше (при условии, что у меня будет достаточно времени, чтобы выпить его, прежде чем он перестанет остывать!).

Холоднее всего, когда лед вот-вот растает, или сразу после определенного периода времени пребывания на льду?

Мне также было бы интересно узнать, имеет ли какое-либо значение наличие вакуумной / изолированной бутылки, имеет ли какое-либо значение внешняя / комнатная температура и как сценарий меняется, если вообще меняется, когда бутылка помещается в морозильник.

Хотите верьте, хотите нет, но мне было трудно найти надежный ответ на любой из этих вопросов в Интернете.

Если это практический вопрос, а не любопытство: перемешивание льда + жидкости имеет большое значение в том, как долго вам придется ждать. Если это научный вопрос, одна из вещей, от которых он зависит, это наличие у конвективного потока хороших путей для создания течения. Если вы позволите кубикам льда плавать вверху, то жидкость внизу не попадет в ледяную зону.
Правда, перемешивание обеспечит равномерное распределение тепла/холода. Я также думаю, что идея о том, что тепло поднимается вверх, будет способствовать эффективности льда, плавающего наверху.

Ответы (2)

Вероятно, вам было трудно найти ответ, потому что он не прост. Есть много факторов, которые могут повлиять на лучший подход и время.

Например, температура окружающей среды и изоляция вашего контейнера со временем будут оказывать существенное влияние на температуру. Контейнер с высокой изоляцией позволит вам достичь более низкой минимальной температуры, и более прохладная среда сделает то же самое. Помещение бутылки в морозильную камеру также снизит минимально возможную температуру (даже если вы достанете ее из морозильной камеры для проведения этого эксперимента, холодная бутылка лучше, чем теплая).

Начальная температура напитка по сравнению с начальной температурой льда также очень важна.

Чтобы определить, когда будет наиболее холодно, нужно сравнить количество тепла, переданного от льда к напитку, и от окружающей среды к напитку. Пока скорость передачи тепла льду больше скорости передачи тепла от окружающей среды к напитку, система будет охлаждаться. Я ожидал бы найти самую низкую температуру около точки, когда лед тает. Это связано с тем, что для плавления льда требуется скрытая теплота плавления, и лед сохраняет свою температуру во время этого процесса; поэтому лед может поглощать тепло, оставаясь при той же температуре. Этот фазовый переход представляет довольно большую часть охлаждающей способности льда.

Однако особенности того, когда это произойдет, могут сильно различаться в зависимости от вашей настройки. Такие факторы, как геометрия контейнера и геометрия льда, могут играть важную роль в определении теплопередачи между этими объектами и их окружением (например, площадь поверхности влияет на скорость теплопередачи, а геометрия может влиять на конвекционные потоки).

Есть ли способ, которым я могу сделать грубое приближение, какую-то формулу? В настоящее время я использую бутылку с вакуумной изоляцией, если это поможет.
@Andrew Эндрю Если вы хотите сделать действительно грубые предположения, вы можете предположить отсутствие теплопередачи в окружающую среду (или просто предположить количество теплопередачи, я думаю), а затем посмотреть на теплоемкость, скрытую теплоту плавления, разницу температур и массу. ; и определить его таким образом. Это не дало бы хороших результатов, но могло бы дать приблизительное представление о том, где все окажется в равновесии при некоторых предположениях.

о том, как долго я должен ждать, прежде чем я смогу ожидать, что напиток будет оптимально холодным?

Это зависит от скорости теплообмена между льдом и жидкостью. И это зависит (в значительной степени) от открытой площади поверхности льда. Если вы поместите 20 г дробленого льда в жидкость вместо одного 20-граммового кубика льда, дробленая ледяная жидкость остынет значительно быстрее.

Холоднее всего, когда лед вот-вот растает, или сразу после определенного периода времени пребывания на льду?

Это сложный вопрос. По мере охлаждения жидкости передача тепла ко льду замедляется, а передача тепла от окружающей среды ускоряется. При некоторой температуре (в зависимости от изоляции контейнера, температуры окружающей среды и площади поверхности льда) теплопередача между ними одинакова. Это самое холодное, что может получить жидкость. Большое количество дробленого льда может быстро довести жидкость почти до точки замерзания и оставаться там в течение длительного времени, а затем подниматься выше по мере уменьшения количества льда. Один кубик может начать охлаждать напиток и никогда не станет очень холодным, пока кубик полностью не растает.

Даже измерить (или оценить) площадь поверхности некоторого количества льда сложно, а понять, как она меняется по мере таяния льда, еще сложнее. Скорость теплопередачи может зависеть от конвекционных потоков, которые сами по себе зависят от формы сосуда. В общем, это сложно рассчитать напрямую. Эта проблема, скорее всего, будет решена путем измерения зависимости температуры от времени нескольких распространенных конфигураций и интерполяции между ними.

Мои важные выводы: контейнеры с вакуумной изоляцией сделают охлаждение воды более эффективным благодаря предотвращению проникновения тепла комнатной температуры, следует учитывать площадь поверхности льда и температуру воды с течением времени, и чем больше лед тает. , тем меньше его площадь поверхности и, следовательно, тем слабее охлаждающий эффект, который он будет оказывать на воду (хотя вода уже может быть холоднее). Поскольку лед и тепло комнатной температуры конкурируют друг с другом, оптимальная температура воды будет именно такой, при которой они уравновешивают друг друга .
Сколько времени нужно, чтобы охладить напиток со льдом?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v