Schnellstmöglicher Toaster [geschlossen]

Wir schreiben das Jahr 2016, Ihr Budget liegt im zweistelligen Milliardenbereich und Ihre Aufgabe ist es, den schnellstmöglichen Toaster zu bauen: Insbesondere muss der Übergang von einer normalen, kalten Scheibe Brot zu einem heißen, leicht gebräunten, knusprigen Toast so kurz wie möglich sein . Praktikabilität ist irrelevant. Der Toaster kann das Brot nicht verbrennen; es muss eine ordentliche Scheibe Toast sein.

Wie schnell kann man werden und wie würde eine solche Maschine aussehen? Welche theoretischen Grenzen begrenzen die Geschwindigkeit eines Toasters?

Als Bonusfrage, wie schnell könnte ein Toaster produzieren, wenn die einzigen Einschränkungen die Gesetze der Physik (und die Definitionen von Brot und Toast) sind, wodurch theoretische Technologie, planetengroße Strukturen usw

BEARBEITEN: Zur Verdeutlichung geht es nicht um die höchste Produktionsrate, sondern darum, den eigentlichen Toastprozess am schnellsten zu machen.

TrEs-2b, warum haben Sie die Budgetvorgaben geändert?
Wenn Leute meine Frage bearbeiten möchten, wie wäre es mit ein paar besseren Tags? Ich konnte keine relevanteren finden als die, die ich angegeben habe ...
Ich habe nur nachgedacht, als ich neulich meinen Bagel geröstet habe. Schade, dass es keinen "Mikrowellentoaster" gibt. Mit einem großen Budget könnte man sich vermutlich eine Lösung für schnelles Erhitzen einfallen lassen und dann mit einem Laser die gewünschte Oberflächenröstigkeit erzielen. Ich denke, ich würde einen Scan-Laser verwenden und Rasterlinien auf dem Brot toasten, möglicherweise mit einem Sensor, um die Änderung des Reflexionsgrads zu messen.
Das Problem mit Lasern, wie ich es sehe, ist, dass es so aussieht, als ob der Toast eine Art Röstgradient aufweist, während ich mir bei einem Laser vorstelle, dass er nur die Oberfläche bräunen und alles andere kühl lassen würde. Ich stelle mir vor, man könnte mit laminaren Ausbrüchen überhitzter Luft auf ziemlich kleine Sekundenbruchteile herunterkommen.
@ HDE226868 Ich hatte das Gefühl, dass die „zig Milliarden Dollar“ zu viel waren, um es zu erklären, dass einfach zu sagen, dass es unbegrenzt war, lieferte die gleichen Informationen, ich entschuldige mich.
TBH, ich war ein bisschen abgeschreckt. Ich kenne SE nicht gut genug, um zu sagen, ob das angemessen war oder nicht, aber jetzt, wo ich darüber nachdenke, denke ich tatsächlich, dass ich die Bearbeitung bevorzuge. Wenn jemand eine Maschine von der Größe eines Kontinents beschreiben kann, die innerhalb von Nanosekunden einen Toast backen kann, möchte ich davon hören.
@dn3s Okay, tut mir leid. Sie können meine Bearbeitung rückgängig machen, wenn Sie möchten.
Befestigen Sie ein Paar STS SRBs an den Seiten und zünden Sie sie an. Ihr Toaster sollte 6 km/s erreichen.
Ich denke, dass die aktuelle Toasttechnologie so schnell wie möglich ist. Sie können die Zeit vielleicht um höchstens 25 oder 50 % verkürzen, aber der Hauptbegrenzungsfaktor ist die Wärmeleitung durch das Brot, die Sie nicht schneller machen können, ohne die Gesetze der Physik zu ändern (oder Ihr Brot zu wechseln).
Ich denke, die größere Frage ist, warum Toast für diese Gesellschaft so wichtig ist. Können sie die zwei Minuten Wartezeit auf ein Stück leckeres, knuspriges Brot nicht überleben?
Wie wäre es, wenn wir dieses Geld nehmen und einen Toaster entwickeln, der Brot bei jedem Gebrauch konstant, gleichmäßig und zuverlässig rösten kann? Oder ist das auch im Jahr 2016 noch spekulative Fiktionsphysik?
Schließen-Wähler: Bitte stimmen Sie nicht für das Schließen ab, ohne einen Kommentar zu hinterlassen. OP: Ich glaube, das Problem, das hier identifiziert wird, ist, dass die Frage keinen offensichtlichen Wert für den Aufbau der Welt hat; es geht in erster Linie um Physik und Mechanik.
@sh1 Das hatten wir tatsächlich schon in den 70ern; Es erkannte genau, wie gut das Brot getoastet war, mit einem einfachen Sensor, der Farbveränderungen im Brot erkannte und damit genau misst, wie gut es getoastet war. Leider verkaufte er sich nicht sehr gut, da die Leute annahmen, dass das Fehlen eines Knopfes bedeutete, dass sie ihn nicht für verschiedene Brote einstellen konnten - ohne zu wissen, dass sie das bei diesem Toaster nicht tun mussten. Also ging es kommerziell bergab und wir blieben bei der minderwertigen Toastertechnologie, mit der wir jetzt leben.
@ user867 Manche Leute wollen warmes Brot und manche wollen Holzkohle, dieser Knopf ist kritisch oder er taugt nicht als Toaster.
@ user16295 Fügen Sie einfach eine neuronale Schnittstelle hinzu, um die Präferenzen der Person zu bestimmen. Dann machen Sie eine Vier-Scheiben-Version des gleichen Produkts für die größeren Familien.
Es ist eine interessante Frage, aber ich kann nicht erkennen, was sie mit Worldbuilding zu tun hat – es ist eine hypothetische Frage über nicht viel. Wenn Sie vielleicht erklären könnten, wie es mit dem Bau einer Welt zusammenhängt, könnte es wiedereröffnet werden :)
@IStanley: Ich bin nicht der OP, aber ich könnte mir durchaus vorstellen, dass dies im Zusammenhang mit The Jetsons oder so etwas gefragt wird. Die Idee ist, einen verrückten Weg zu finden, etwas zu tun, worüber wir 2016er nicht viel nachdenken, auf eine Weise, die uns fragen lässt, warum wir es seit hundert Jahren so falsch machen. Alternativ etwas wie das Fallout-Universum, wo sie oft verrückte experimentelle Technik zeigen, die in Parodie auf unsere derzeitige Besessenheit, Dinge schneller, stärker und besser zu machen, versagt.
@MichaelS, es geht nicht darum, ob die Leute es versuchen könnten (das ist eine Selbstverständlichkeit), es geht darum, wie die Antwort dazu beitragen würde, eine Welt aufzubauen. „Wie schnell kann ich Toast machen“ hat eigentlich kein „Warum“? Das bringt es in einen World-Building-Kontext. Wie würde die Beantwortung dieser Frage bei den Details einer Welt helfen?
@IStanley: Wenn Sie versuchen, eine Welt im Jetsons-Stil zu zeigen, müssen Sie zuerst darüber nachdenken, welche plausiblen Methoden wir verwenden könnten, um <was auch immer> besser zu machen. Von fliegenden Autos über laserbasierte Toaster bis hin zu Roboterhunden erfordert jedes kleine Detail zumindest ein wenig Recherche. Ich sage nicht, dass es unbedingt das ist, was das OP beabsichtigt hat, aber ich kann mir vorstellen, dass es diesen Nutzen hat. Eine Zwischenwelt könnte, sagen wir, im Jahr 2025 angesiedelt sein, wobei die Hälfte der Ersten Welt eine Variante dieses verrückten Laser-Toasters verwendet, der 2016 von einem exzentrischen Milliardär erfunden wurde.
@MichaelS, wenn das OP das tut, können wir sicher dabei helfen (aber aufgrund der Formulierung der Frage bin ich mir nicht sicher, ob dies der Fall ist). Aber das ist, so wie es aussieht, eine rein hypothetische Frage ohne Kontext. Ungeachtet dessen muss die Frage bearbeitet werden, damit sie besser in einen World Building-Kontext passt, bevor sie wieder geöffnet werden kann. Davor kann eine Wiedereröffnung beantragt werden, aber da 4 verschiedene Personen aus demselben Grund dafür gestimmt haben, sie zu schließen, ist es unwahrscheinlich, dass sie ohne Änderung erfolgt .
Ich denke, es sollte definieren, was eine richtige Toastscheibe ist, wie dick die Scheiben sind und wie trocken der Toast sein soll ... ein Melba-Toast unterscheidet sich von einer gegrillten Scheibe Brot ... Oder bin ich zu wählerisch?
Kann meine Welt schnelles Toasten nicht einfach als gegeben wertschätzen? Wenn Sie einen bestimmten Grund wollen, wäre vielleicht ein Szenario vom Typ außer Kontrolle geratene KI oder ein Kult mit Toast-Thema geeignet.
Ich kann mir keine geeignetere SE-Site dafür vorstellen. Es war für Physik geschlossen (mir ist jetzt klar, dass ich den richtigen Migrationsprozess nicht durchgeführt habe ... Entschuldigung). Wenn jemand dies an einen geeigneteren Ort migrieren möchte, wäre ich damit einverstanden. Ich dachte nur, dass die spekulative Natur der Frage zum Format passt. Ich schreibe vielleicht kein Buch, aber dies ist Teil des Weltenbauprozesses, der meine Vorstellungskraft ist.

Antworten (4)

Wie wir alle wissen, geht es beim Toasten von Brot darum, 6-Acetyl-1,2,3,4-Tetrahydropyridin zu erzeugen und es knusprig genug zu machen, um es in einem BLT zu halten.

Leider kann dieses Molekül der Götter nur im Bereich von 285°F/ 140°C und 320°F/ 160°C gebildet werden. Heißer als das bekommen Sie bittere Aromen und Holzkohle. Dies verringert die Wirksamkeit von Lasern und Supernovas.

Ihre beste und banalste Wette ist, es unter dem Salamander zu passieren und es einen Tag zu nennen.

Führen Sie es unter dem Salamander durch? Was bedeutet das?
@Samuel es ist ein kommerzieller Infrarotgrill. ifoodequipment.com/webcura/files/255084_ax-slm.jpg

Einfach.

Erstellen Sie eine Maschine, die alle 1 Sekunde (oder 0,001 Sekunden) eine neue Toastscheibe fertigstellt. Dies ist besonders einfach, da mehrere Scheiben parallel gebacken werden können. Dann können Sie jederzeit nur 1 Sekunde (oder 0,001 Sekunden) warten, um einen frisch zubereiteten Toast zu pflücken. Rest wird als Müll weggeworfen.

Dieser Ansatz kann jede gewünschte Geschwindigkeit erreichen. Es wird nur viel mehr paralleles System erfordern und eine riesige Menge an nicht gegessenen Toasts produzieren.

+1 Dies ist die Lösung, die die meisten Leute ignorieren, aber für diese Frage genau richtig ist.
"insbesondere der Übergang ... muss so kurz wie möglich sein. Praktikabilität ist irrelevant." Es geht nicht darum, möglichst kurzfristig einen Toast zur Verfügung zu stellen, sondern darum, dass das eigentliche Toasting so wenig Zeit wie möglich in Anspruch nimmt (ich habe meine Frage jetzt noch einmal präzisiert)
@ dn3s Meine Antwort ist immer noch gültig. Es ist immer noch die beste Antwort, wenn Sie nach der "kürzesten Zeit zwischen der Entscheidung, einen Toast zu haben, und diesem Toast" fragen.
das ist die beste Antwort auf diese Frage, aber das ist nicht meine Frage. Ich bitte um "kürzeste Zeit zwischen Brot und Toast", unter Berücksichtigung des einzelnen Brotstücks . Sie werden durch die Tatsache verwirrt, dass es üblich ist, dass Menschen Toast essen, nachdem sie entschieden haben, dass sie Toast wollen. Meine Frage, der Mensch spielt bei der Toastproduktion keine Rolle; Der Fokus liegt auf dem Toast selbst.

26s (perfekt geröstet) 11s (gut genug)

Unabhängig davon, wie Sie es erhitzen, ist der begrenzende Faktor, wie schnell sich die Wärme durch das Brot ausbreitet, ohne die Oberfläche zu stark zu erhitzen. Aus der Antwort von King-Inks geht hervor, dass die Grenze 160 ° C und die Zielkerntemperatur 140 ° C beträgt.

Ich gehe von einer 1 cm großen Scheibe Brot aus, die von beiden Seiten erhitzt wird.

Thermische Daten, die zur Modellierung des Wärmeflusses erforderlich sind.

Zusammen mit einer typischen Brotdichte von 200 g/L habe ich eine Methode verwendet, die darin besteht, das Brot in eine große Menge einzelner Scheiben zu schneiden und den Wärmefluss zwischen ihnen in kleinen Zeitschritten zu berechnen.

Wenn Sie die Beschränkungen ein wenig lockern, beispielsweise eine Oberflächentemperatur von 180 °C zulassen und nur die Hälfte des Brotes benötigen, um 140 °C zu erreichen, kann das Toasten bis zu 11 Sekunden dauern.

Wir können das nicht so viel besser machen, weil wir durch Wärmeleitungsfluss begrenzt sind. Etwas internes Erhitzen, zum Beispiel mit Mikrowellen, kann die Zeit zwar etwas verkürzen, ist aber aus Qualitätsgründen nicht sinnvoll. (Wie jeder, der es versucht hat, bestätigen kann.)

Das gefällt mir, ich denke, es könnte als Grundlage für andere Antworten dienen. Ich denke nicht, dass die Wärmeleitfähigkeit von Brot die Grenze sein muss; Abgesehen von der Leitung gibt es Konvektion und Ratation. Eine andere Antwort erwähnt Laser / Mikrowellen, und ich stelle mir eine Art Gitter aus superdünnen Nadeln vor, die heiße Luft spucken, die mit kontrollierter Geschwindigkeit durch den Toast getrieben wird.
Sie könnten kleine Mikrosonden durch die Seite verwenden, um Wärme direkt in die Mitte zu leiten und die Zeit zu verkürzen, die benötigt wird, um sich durch die Scheibe auszubreiten.

48 ms

Ansatz

Was Sie also wollen, ist ein Multifrequenzlaser. Da es so etwas nicht gibt, verwenden Sie einen MASER (Mikrowellenverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission - ein Mikrowellenlaser) plus einen IR- oder optischen Laser.

Der Zweck der Mikrowelle besteht darin, Wärme durch die Tiefe des Brotes abzugeben.

Der Zweck des IR/optischen Lasers besteht darin, die Oberfläche zu bräunen und ihr ein wohliges Aussehen zu verleihen.

Leistungsstarke Laser

Ich weiß, dass es IR-Laser gibt, die mindestens 10-mal leistungsstärker sind, und wahrscheinlich ist MIRACL (mittelinfraroter fortschrittlicher chemischer Laser) 100-mal leistungsstärker als dieser.

Hübsches Bild einer 15 KW C Ö 2 Laser.
Hübsches Bild eines 15 KW $CO_2$ Lasers

Energie, um Brot zu toasten

Diese Seite behauptet , dass ein 1200-W-Toaster 2 Minuten (120 Sekunden) braucht, um zwei Scheiben Brot zu toasten.

Ich weiß, dass im Toaster viel Energie verschwendet wird (heiße Luft entweicht oben, aber ich weiß nicht, wie ich sie verkleinern soll).

E = P ∗ t = 1.2 k W × 120 s e c = 144 k J

Da wir an einem Stück Brot interessiert sind, teilen Sie das durch 2, um 72 kJ zu erhalten.

Wie lange braucht der Laser, um Brot zu toasten?

Wir brauchen unsere kombinierten Laser, um 72 kJ Energie in das Brot einzubringen (das erscheint viel zu groß).

Unser MIRACL-Laser kann eine Leistung von 1.500 kW liefern, also:

t = 72 k J 1500 k W = 0,048 s e c

MIRACL kann Ihr Brot in 48 Millisekunden toasten.

70 kJ reichen aus, um etwa 20 g Wasser in Dampf zu verwandeln, also denke ich, dass Sie es vielleicht ein wenig übertreiben. Du hast mich aber neugierig gemacht, ich denke, wenn ich nach Hause komme, werde ich versuchen, etwas Brot in der Mikrowelle zu erhitzen, um zu sehen, ob es essbaren Toast macht.
Ich denke, nur die Mikrowelle macht es feucht und dann hart (es vertreibt die Feuchtigkeit). Ich denke, Sie benötigen sowohl eine Oberflächenheizung als auch eine Tiefenheizung, um es richtig zu machen. Ohne die Wärmeübertragungsgleichungen zu machen, habe ich kein Gefühl dafür, wie die Proportionen sein sollten.
und ich stimme zu. Die Zahlen, die ich bekam, waren, wie viel Strom ein Toaster braucht, um Brot zu toasten. Ich konnte nichts darüber finden, wie viel Energie es braucht, um Brot zu toasten.
Die Energie ist mit ziemlicher Sicherheit zu hoch, aber ich mag Ihren Ansatz.
@2012rcampion Ich mache Käsesandwiches mit der Mikrowelle, und ich kann bestätigen, dass es durch Mikrowellen nur warm und matschig wird.
@XandarTheZenon Bist du sicher, dass das nicht mehr mit dem Käse zu tun hat als mit dem Mikrowellenprozess? Ich bin immer davon ausgegangen, dass es geht. @ 2012rchampion, yay für die Wissenschaft!
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