Warum sind die nassen Stellen auf diesen Bodenfliesen kreisförmig?

Sowohl das Auftauen als auch die Verdunstung beinhalten einen Wärmeaustausch zwischen der Steinfliese, dem auf der Steinfliese sitzenden Wasser, jeglichem Wasser, das von der Steinfliese absorbiert wurde, und der Umgebungsluft. Der Hauptgrund dafür, dass die Mitte und die Ränder der Fliese unterschiedlich verdampfen, liegt darin, dass die Zwischenräume zwischen den Fliesen den Wärmeaustausch dort verändern. Die Details, wie das funktioniert, sind jedoch etwas komplizierter, als ich im Moment darauf eingehen kann, und würden bei einem Dreijährigen sowieso verloren gehen.

Eine gute Möglichkeit, einem Dreijährigen dieses Phänomen zu erklären, wäre, eine Ladung Brownies in einer quadratischen Pfanne zu backen und zu beobachten, wie die Brownies von außen nach innen fertig werden. Selbst nachdem Sie sie aufgegessen haben, können Sie immer noch den Unterschied zwischen den superknusprigen Ecken-Brownies, den mittelknusprigen Rand-Brownies und den klebrigen Mittel-in-der-Pfanne-Brownies erkennen. Der Dreijährige würde Sie wahrscheinlich bitten, diese Erklärung viele Male zu wiederholen.

Ich denke, die Formen sind nicht genau Kreise, Superellipsen oder andere einfache mathematische Objekte – es gibt zu viel echtes Leben im Weg – aber sie werden kreisförmiger, je weiter die verbleibende Pfütze von den Rändern entfernt ist.

Laut @rob „ist der Hauptgrund dafür, dass die Mitte und die Ränder der Kachel unterschiedlich verdampfen, dass die Lücken zwischen den Kacheln die Art und Weise verändern, wie dort Wärme ausgetauscht wird.“ Das klingt vernünftig. Ich möchte jedoch einige andere vorläufige Erklärungen anbieten. Lassen Sie mich zunächst anmerken, dass die Fliesen auf dem Bild unglasiert aussehen und ihre Oberfläche daher wahrscheinlich porös ist. Es gibt also vielleicht zwei zusätzliche Erklärungen:

1) Porenverteilung kann aufgrund von Besonderheiten des Fliesenherstellungsprozesses vom Randabstand abhängen;

2) Fliesen trocknen in Randnähe schneller aus, weil dort anfänglich Wasser teilweise zu den Zwischenräumen zwischen den Fliesen abfließt, da die Oberfläche der Zwischenräume typischerweise etwas niedriger ist als die Oberfläche der Fliesen.

BEARBEITEN (06.03.2018): @Yly und @alseether glauben, dass dieser Ansatz den Unterschied zwischen den Wasserflecken auf den "grauen und roten" Kacheln nicht erklärt. Das tut es in der Tat nicht, also schrieb ich zuvor in einem Kommentar zu Robs Antwort: „Zunächst einmal kann die Porosität (oder einige andere Eigenschaften) der Oberfläche der „grauen und roten“ Fliesen unterschiedlich sein, aber, um der Nehmen wir als Argument an, dass sie sich nur in der Farbe (und damit in der Albedo) unterscheiden. Die grauen Fliesen können also schneller trocknen, aber dieser Mechanismus kann parallel zum Porositäts-/Abflussmechanismus arbeiten.

Die Seiten und Ecken des Würfels sind ein paar Grad wärmer als die Mitte.

Sie sind aus dem gleichen Grund da, aus dem die Ecken eines Eiswürfels rund werden, und aus dem gleichen Grund, aus dem quadratische Steine ​​zuerst im Fluss ihre Ecken verlieren.

Sie sind nicht genau Kreise, sondern abgerundete Quadrate, die auch als Squircles bekannt sind . Was würde ein Kind von diesem Wort halten?

Sie können am Schatten erkennen, dass die Sonne die obere linke Seite der Quadrate am schnellsten erwärmt hat.

Die Ecken und Kanten erwärmen sich zuerst, besonders diejenigen, die die Sonne einfangen. Die dunklen Fliesen sind auch heißer. (Bestrahlungsstärke und Mathematik in W/m2 und mJ/m2 können vielleicht in Kinderkonzepte vereinfacht werden)

Das Wasser kann auch als Sonnenreflektor wirken und die Oberfläche des Steins verringern. Die Wärme vom Boden kann auch durch die Seiten entweichen.

Der Regen könnte sich aufgrund von Abflussdynamik und Kapillarwirkung auch in Richtung der Mitte des Würfels tiefer gesammelt haben. Ohne Sonnenschein würde die Kapillarwirkung auch das Wasser von den Rändern und Ecken schneller verdünnen als von der Mitte.

Information eher für Erwachsene als für Kinder: Sonneneinstrahlung in W/m2, Paris liegt bei 47'N und Moskau bei 55'N.

Andere haben die Auswirkungen der Verdunstung betont, aber ich würde vorschlagen, dass ein weiterer Schlüsselfaktor wahrscheinlich mit mehreren Merkmalen der Verfugung zusammenhängt, die die Kanten früher trocknen lassen.

Erstens bedeutet die Tatsache, dass der Mörtel auf einer niedrigeren Ebene als die Oberseite der Fliese sitzt, dass Feuchtigkeit dazu neigt, auf die untere Ebene zu wandern – und sie wird eher von den Rändern der Fliese „abfließen“ als von der Mitte der Fliese Fliese.

Zweitens sind die Fugen poröser als Fliesen und nehmen Feuchtigkeit leichter auf und leiten sie aufgrund der Kapillarwirkung in trockenere Bereiche ab.

Drittens, wenn der Boden darunter nicht versiegelt ist, wandert Feuchtigkeit schneller durch den Mörtel in den Untergrund und versickert, während die Fliesenoberfläche normalerweise feuchtigkeitsbeständig ist.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass es leichte Herstellungsfehler in der ebenen Oberfläche der Fliese gibt, mit einer leichten Vertiefung in ihrer Mitte, die dazu neigt, Feuchtigkeit gegen alle oben genannten Faktoren zurückzuhalten.

Ich würde eine alternative Erklärung vorschlagen: Die Fliesen sind tatsächlich nicht vollkommen eben .

"Flache" Bodenfliesen haben bei der Herstellung tatsächlich eine akzeptable Krümmung (ähnlich dieser Liste von Abweichungen ), die klein genug ist, dass sie nicht sichtbar ist, und - wie Sie zweifellos bei älteren Fliesen beobachtet haben - dazu neigen, sich in der Mitte stärker abzunutzen Mit der Zeit werden sie konkaver. Es ist daher wahrscheinlich, dass die von Ihnen beobachteten Kacheln eine leichte Krümmung aufweisen. Diese Krümmung ist nicht deutlich genug, um direkt sichtbar zu sein, aber genug, dass sich das Wasser etwas mehr in der Mitte sammelt und an der Fliese hinunter zur Mitte läuft, wenn es vom Rand verdunstet.

Obwohl es wahrscheinlich auch thermodynamische Unterschiede gibt, denke ich, dass dies wahrscheinlich einen größeren Effekt hat.

Der Mörtel zwischen den Fliesen ist dunkel und hat eine rauere Oberfläche als die Fliese. (Es besteht aus Sand, Zement und Farbstoffen.) Es ist auch etwas niedriger als die Fliesenoberfläche. Daher sammelt es Sonnenwärme besser als die helleren Fliesen, und wenn die Wärme nach innen zur Fliese geleitet wird, schmilzt das Reif / Wasser verdunstet.

Betrachten wir das Phänomen zunächst einmal genauer:

• es gibt weniger oder kein Wasser auf den grünen Kacheln. Es scheint, dass die bräunlichen/rötlichen Fliesen langsamer getrocknet sind.
• der Umfang aller Fliesen ist schneller getrocknet als die Mitte.
• Die Füllung im Umfang der Fliesen (die sich auch zwischen den Fliesen befindet) ist dunkler als die Fliesen. Je weiter ein Standort vom Umkreis entfernt ist, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass er trocken ist.
• Da Frost erwähnt wurde, ist es wahrscheinlich Winter oder eine kühle Jahreszeit. Das heißt, die Luft ist kälter als die Bodentemperatur (Bodentemperatur bedeutet bei$1m$Tiefe und darunter).

Mögliche Lösungen:

Erklärung des Farbunterschieds:

• Dunklere Farben absorbieren mehr Wellenlängen von Licht und Wärme, sodass sie unter demselben Licht oder derselben sichtbaren/nahezu sichtbaren Strahlung wärmer werden. Einige Einblicke aus diesem Stapelaustausch und ein gutes Schülerexperiment zum Schmelzen von Eiswürfeln in verschiedenen Farben hier .
• Dementsprechend sind die grünen Kacheln dunkler als die bräunlich-rötlichen Kacheln, nehmen also mehr Wärme auf, machen das Wasser über ihnen wärmer, geben den Wassermolekülen an der Oberfläche mehr Energie und lassen sie so innerhalb einer bestimmten Zeit in größeren Scharen entweichen. Die grüneren Fliesen trocknen somit schneller.
• Das Wasser auf beiden Fliesentypen ist gleichermaßen reflektierend und lichtdurchlässig, daher ist in dieser Hinsicht kein Unterschied zu erwarten.

Erklärung des Umfang/Mitte-Differenzials:

• Das Füllmaterial zwischen den Fliesen sieht dunkler aus und nimmt dadurch mehr Licht und Wärme auf, sodass Wasser an den Rändern schneller verdunstet.
• Der Effekt des wärmeren Umfangs nimmt ab, wenn Sie sich von der Linie des Füllmaterials zwischen den Fliesen entfernen.

und außerdem...

• Während hier die Farbwirkung offensichtlich stärker ist, dürfte die Bodenwärmewirkung nicht neutral sein. Das Erdreich ist eine große Wärmesenke, so dass ebenerdige oder unterirdische Gebäudeteile weniger von Lufttemperaturschwankungen im Jahresverlauf betroffen sind und tendenziell temperaturstabiler sind. Dieses Phänomen macht Erdwärmepumpen zu praktischen Alternativen zur Klimaanlage mit Kältekreislauf.
• Wenn die Fliesen die Wärme besser leiten als das Randfüllmaterial, verringert der Erdwärmeeffekt den (von der Oberflächenfarbe bedingten) Kontrast zwischen dem Rand und der Mitte der Fliesen, da durch die Mitte der Fliesen mehr Wärme nach oben geleitet wird als durch sie hindurch Das Areal.
• Wenn das Füllmaterial jedoch ein besserer Wärmeleiter ist, verstärkt der Bodenwärmeeffekt das Phänomen der „runden“ Flecken etwas.

In den einfachsten und grundlegendsten Begriffen..

Wasser, das sich in der Nähe einer Seitenfläche der Fliese (in der Nähe der Risse) befindet, tritt sowohl horizontal als auch vertikal aus der Fliese aus, wodurch eine schnellere Trocknungsgeschwindigkeit in diesen Bereichen des Fliesevolumens ermöglicht wird. Das Wasser in der Mitte verlässt die Kachel jedoch nur vertikal.

Und dann, wie @rob erwähnte, helfen benachbarte Kacheln auch dabei, sich gegenseitig zu erhitzen, so dass es eine Art zusammengesetzten Effekt gibt, wenn man mehrere und eng benachbarte Kacheln betrachtet; oder zumindest anfangs gibt es.

Denken Sie schließlich daran, dass die Farbe der Fliese auch eine wichtige Rolle bei der Gesamtverdunstungsrate spielt. Wie Sie sehen können, sind grüne Kacheln am schnellsten verdunstet, während rote hinterherhinken, und das ist zu erwarten. Wenn diese Kacheln keine einheitliche Farbe hätten und so abwechselnd ausgerichtet wären, hätten Sie wahrscheinlich nicht solche kreisförmigen Formen für die Restfeuchte beobachtet.

Analogie und Demonstration (in 2-D):

Stellen Sie sich vor, es gibt drei Kassenschlangen in einem Lebensmittelgeschäft (links, Mitte, rechts). Jede Linie hat anfangs die gleiche Anzahl von Personen.

Für die mittlere Linie können Kunden nur an dem Schalter auschecken, der sich ganz vorne in der Linie befindet. Für die linke und rechte Schlange können die Leute jedoch mit jedem Schritt nach vorne auch Kassentische benutzen, die an den Seiten der Kassenschlangen vorhanden sind, und nicht nur an der Vorderseite.

Abhängig von der Anzahl der Kassen, die an den Seiten jeder Reihe vorhanden sind, verringern sich die linke und die rechte Reihe viel schneller als die mittlere Reihe, sodass schließlich nur die mittlere Kassenreihe übrig bleibt.

Dies könnte sehr leicht mit einer kleinen Gruppe von Menschen oder einer Handvoll Spielzeugen / Actionfiguren demonstriert werden.

Haben Sie überprüft, ob die Fliesen wirklich ganz eben sind? Die einfachste Erklärung wäre, dass das Wasser in der Mitte der Fliesen etwas tiefer ist als außen und dass die in den flacheren Außenteilen beginnende Wasserverdunstung diese quasi kreisförmigen Wasserpfützen verursacht. Das könntest du ganz einfach testen, indem du etwas Wasser auf eine trockene Fliese gießt und dann siehst, ob sich in der Mitte eine Pfütze bildet.