Leistung einer Thermosflasche im Verhältnis zum Inhalt

Ich bin kein Physiker, aber ich habe es an der High School (vor langer Zeit) studiert und ich studiere Universitätsmathematik.

Ich und mein Mitbewohner haben diskutiert, ob die Leistung einer Thermosflasche davon beeinflusst wird, wie voll sie ist. Wenn es also nicht voll ist, kühlt der Inhalt schneller, langsamer oder gleich ab?

Danke.

Ich denke, Ihre Tags sind in Ordnung (bearbeitet diesen Teil Ihrer Frage).
Möglicherweise finden Sie diese andere Frage interessant: Wärmespeicherleistung des Behälters im Verhältnis zum Inhalt . Es ist eine Fortsetzung Ihrer, mit einem anderen Ergebnis. Kommentare willkommen, auch negative.

Antworten (2)

Ich habe keine Thermoskanne zur Hand, sonst würde ich das Experiment machen (die einzig sichere Antwort :-). In Ermangelung experimenteller Daten würde ich vermuten, dass der halbvolle Kolben schneller abkühlt.

Der Wärmestrom ist ungefähr proportional zur Temperaturdifferenz zwischen dem Inneren des Kolbens und der Umgebungstemperatur außen. Die Proportionalitätskonstante ist der Wärmedurchgangskoeffizient .

Ob der Kolben voll oder halb voll ist, macht keinen großen Unterschied für die Innentemperatur, da die Wärmezirkulation im Kolben schnell ist. Dies liegt daran, dass Flüssigkeiten eine hohe Wärmeleitfähigkeit haben und Sie sowohl in der Flüssigkeit als auch im Gas darüber Konvektion erhalten. Verdampfung/Kondensation an der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche wird auch die Flüssigkeit und das Gas auf ähnlichen Temperaturen halten.

Der volle Kolben und der halbvolle Kolben verlieren also gleich schnell Wärme, da das Innere des Kolbens die gleiche Temperatur hat. Der halbvolle Kolben hat jedoch nur die Hälfte der spezifischen Wärme , sodass er bei einem bestimmten Wärmestrom die Temperatur doppelt so schnell senkt.

Dieses Argument ist ziemlich allgemein und würde auf jeden Behälter zutreffen, solange der Wärmefluss langsam genug war, dass die Flüssigkeits-/Gas-Innentemperatur gleichmäßig blieb. Bei hohen Wärmeströmen kühlt das Gas über der Flüssigkeit schneller ab als die Flüssigkeit, da die Wärmeübertragung im Gas langsamer ist. Dies erschwert die Analyse, obwohl ich denke, dass die halbvolle Flasche immer noch schneller abkühlen würde.

Ich bin auch kein Physiker.

So wie ich es verstehe, kann Wärme durch Leitung, Konvektion und Strahlung verloren gehen. Der Zweck der Flasche besteht darin, alle drei zu reduzieren.

Wenn Sie die Hälfte der Flüssigkeitsmenge verwenden, ist die Frage, ob Sie auch die Hälfte des Wärmeverlusts oder mehr oder weniger tun.

Die Analyse ist schwierig, da der Korken der schwache Teil der Flasche ist. Wenn es voll ist, befindet sich in der Nähe des Korkens heiße Flüssigkeit, die Wärme schneller verliert und dann Wärmeleitung und Konvektionswärme vom Rest erhält. Auch der Boden stellt ein geringeres Problem dar, da es sich um eine zusätzliche Fläche handelt, an der Wärme verloren gehen kann.

Wenn die Flasche halb voll ist, ist die Flüssigkeit weiter vom Korken entfernt. Aber die Luft im Inneren leitet einen Teil der Wärme (Leitung und Konvektion) zum leeren Teil der Flasche, und die Strahlung kann intern etwas hinzufügen. Wenn der leere Teil so heiß wie die Flüssigkeit würde, wäre der Wärmeverlust derselbe wie zuvor, bei einer geringeren Flüssigkeitsmasse. daher würde es schneller abkühlen,

Wenn es nicht so heiß wird, bedeutet dies, dass etwas Wärme verloren geht, um es kühler zu halten. Wäre die Flasche homogen (kein Korkeffekt, kein Bodeneffekt), würde dies bedeuten, dass die verbleibende Flüssigkeit zusätzlich zu ihrem normalen Wärmeverlust durch die Seite für den Wärmeverlust im darüber liegenden leeren Raum sorgen muss. Dadurch kühlt es schneller ab.

Der Boden ist bei der halbvollen Flasche nachteilig, da sein Verlust in beiden Fällen gleich ist und somit bei geringerer Flüssigkeitsmasse vergleichsweise mehr zur Kühlung beiträgt.

Nun bräuchte ich mehr Daten und/oder Wissen, um die Wirkung des Korkens zu analysieren. Bei einem sehr leitfähigen Korken würde die volle Flasche durch Konvektion und Leitung in der Flüssigkeit schnell Wärme verlieren (vorausgesetzt, die Flüssigkeit berührt sie). Mit einem vollständig isolierenden Korken würde er die Wirkung des Flaschenbodens schlechter ausgleichen, so dass die Analyse ohne Korken oder Boden gültig wäre.

Bei einem einigermaßen guten Korken ist meine Schlussfolgerung, dass eine halbvolle Flasche schneller abkühlt.

Da Sie das Lizenzbit hinzugefügt haben (was vielleicht im Konflikt mit der Nutzung dieser Seite steht, aber vergessen Sie das), werde ich die Gelegenheit nutzen, Sie etwas zu fragen. „ Sie müssen das Werk in der vom Autor oder Lizenzgeber festgelegten Weise zuordnen (aber nicht in irgendeiner Weise, die nahelegt, dass sie Sie oder Ihre Nutzung des Werks unterstützen). „ Warum geben Personen, die eine solche Lizenz verwenden, die Art und Weise dann nicht tatsächlich an ?
@Gugg Eigentlich denke ich, dass sich "Manier" auf den Wortlaut der Zuschreibung bezieht. Ich glaube nicht, dass Beschränkungen der Mittel im Sinne der Lizenz wären (siehe Abschnitt 4c des vollständigen Lizenztextes). Aber wenn Sie wirklich interessiert sind, kann ich um Bestätigung aus dem Pferdemaul bitten. Das Lizenzbit ist keine Laune. - Können Sie mir übrigens sagen, was an meiner Antwort falsch ist? Ich dachte, es sei präziser und allgemeiner, ohne unnötige Hypothesen.
1) Nun, ich bin irgendwie interessiert, weil ich mich mit Bildern aus Wikipedia und Cartoons auseinandersetzen musste. Und ich denke nicht, dass es klar ist, was "die angegebene Art und Weise" und der Satz, der sie umgibt, implizieren, wenn keine Art und Weise angegeben ist. 2) Ich weiß nicht genug, um eine Meinung zu Ihrer Antwort zu haben.
@Gugg Muss laufen, und dies ist nicht der Ort, um diese Art von Problem zu diskutieren. Sie können mir unter folgender Adresse schreiben: babou-at-inbox.com.
Diese Lizenz ist bestenfalls überflüssig, schlimmstenfalls wird das Eigentum zu Unrecht geltend gemacht, vgl. die Nutzungsbedingungen : „Sie stimmen zu, dass alle Abonnenteninhalte, die Sie zum Netzwerk beitragen, dauerhaft und unwiderruflich an Stack Exchange lizenziert werden …“
Alle Inhalte, die auf SE 2.0 gepostet werden, sind CC-BY-SA und werden Ihnen zugeschrieben (also muss jeder, der sie zitiert, Ihren Benutzernamen usw. erwähnen). Es ist jedoch an SE lizenziert, was bedeutet, dass sie sich das Recht vorbehalten, diesen Inhalt (und andere Rechte) zu löschen oder zu ändern.
@ChrisWhite Das ist genau das, was du sagst. Der Inhalt, den ich beisteuere, „ist dauerhaft und unwiderruflich unter einer CC BY-SA-Lizenz für Stack Exchange lizenziert“. Das ist genau das, was mein Lizenzbit sagt. Es ist auch für alle anderen Interessierten lizenziert, die eine Kopie des Dokuments haben, denn das bedeutet CC BY-SA. Also ich sehe nicht, was falsch ist. Was meinst du mit "falsch geltend gemachtes Eigentum"? Der Eigentümer ist die einzige Person, die eine Lizenz erhalten kann. Können Sie das Problem erklären, das Sie sehen, und warum Sie sich darüber Sorgen machen? -
@Manishearth Es tut mir leid. Ich glaube, ich verstehe nicht, was Sie sagen. Macht mein obiger Kommentar die Dinge für Sie klarer? - - - - BTW Könnte mir jemand sagen, was an meiner Antwort falsch ist, abgesehen davon, dass ich kein Physiker bin.
@babou Es gibt kein Problem, außer dass die Lizenz überflüssig ist. Kurz gesagt, der Inhalt gehört ziemlich genau SE (oder ist an SE lizenziert) und sie kontrollieren, was damit passiert. Wenn es jedoch jemand verwenden möchte, muss er Sie unter CC-BY-SA benennen.
@Manishearth Ich denke, Sie übersehen einen feinen Punkt von CC-Lizenzen im Allgemeinen: Es gibt keinen privilegierten Lizenznehmer. Niemand kontrolliert etwas. Was soll überhaupt kontrolliert werden? Diese Lizenz erlaubt abgeleitete Werke. Die Lizenz ist jedoch nicht redundant. Indem ich es zu einem Teil des Dokuments mache, stelle ich sicher, dass es nicht entfernt werden kann und daher besser respektiert wird. - - - - Ich würde wirklich gerne wissen, was an meiner Antwort falsch ist. Ist ein Physiker im Raum?
@babou Mit "Kontrollen" meine ich, dass SE diesen Beitrag löschen könnte (oder Sie daran hindern könnte, ihn zu löschen) und es in seinem Recht wäre, dies zu tun. Warum stimmt Ihrer Meinung nach etwas mit der Antwort nicht? (Außerdem bin ich gerade dabei zu schlafen, werde wahrscheinlich morgen antworten)
@Manishearth In Bezug auf meine Antwort habe ich mich nur gefragt, was rechtfertigen könnte, dass eine präzise Analyse und ein Beweis weniger Stimmen (eigentlich keine) erhalten würden als ein unvollständiges Argument mit unnötiger Hypothese und das Ignorieren des einzigen heiklen Teils des Problems. Eigentlich spielt die Langsamkeit des Wärmeflusses keine Rolle, und die Eigenschaften von Gas spielen nur für den Flaschenverschluss eine Rolle. Der Unterschied in den Antworten ist hauptsächlich der Unterschied zwischen einer technischen Antwort und einer wissenschaftlichen Antwort. Nun, was bedeutet das in Bezug auf einen Ort namens Physik und nicht als Physikalische Technik?
@babou Nicht wirklich sicher (so etwas passiert oft - eine Antwort wird positiv bewertet und der Wähler hat keine Zeit, die zweite Antwort zu lesen, und die Sortierreihenfolge macht es dann mehr). Sieht für mich OK aus, obwohl ich den Kork selbst nicht wirklich analysiert hätte. Ich persönlich sehe nicht, dass die andere Antwort eher "Engineering" ist. Es stimmt zwar, dass Sie die meisten Nuancen besprochen haben, aber das Überspringen vernachlässigbarer Dinge macht einen Beitrag nicht zu einem „Engineering-y“.
@Manishearth (5 Kommentare oben) für zukünftige Referenzen, der Inhalt ist an SE lizenziert, aber nicht im Besitz von SE.
@DavidZaslavsky Oh richtig, ich mache immer wieder diesen Fehler: S
Leistung einer Thermosflasche im Verhältnis zum Inhalt
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v