Wenn ich eine Flasche oder einen Behälter mit X Flüssigunzen Wasser bei der Temperatur Y (z sollte ich warten, bis ich erwarten kann, dass das Getränk optimal kalt ist? Je kälter, desto besser (vorausgesetzt, ich habe ausreichend Zeit, es zu trinken, bevor es nicht mehr kalt wird!).
Ist es am kältesten, wenn das Eis fast geschmolzen ist, oder erst nach einer bestimmten Zeit, in der es dem Eis ausgesetzt war?
Mich würde auch interessieren, ob eine vakuumversiegelte / isolierte Flasche hier einen Unterschied macht, ob die Außen- / Raumtemperatur einen Unterschied macht und wie sich das Szenario ändert, wenn überhaupt, wenn die Flasche in einen Gefrierschrank gestellt wird.
Ob Sie es glauben oder nicht, es fiel mir schwer, bei der Suche im Internet eine zuverlässige Antwort darauf zu finden.
Sie hatten wahrscheinlich eine harte Zeit, eine Antwort zu finden, weil es nicht einfach ist. Es gibt viele Faktoren, die den besten Ansatz und die Zeiten beeinflussen können.
Beispielsweise haben die Umgebungstemperatur und die Isolierung Ihres Containers im Laufe der Zeit erhebliche Auswirkungen auf die Temperatur. Ein hochisolierter Behälter ermöglicht es Ihnen, eine niedrigere Mindesttemperatur zu erreichen, und eine kühlere Umgebung tut dasselbe. Wenn Sie die Flasche in den Gefrierschrank stellen, wird auch die minimal mögliche Temperatur gesenkt (selbst wenn Sie sie für dieses Experiment aus dem Gefrierschrank nehmen, ist eine kalte Flasche besser als eine warme).
Die Ausgangstemperatur des Getränks im Vergleich zur Ausgangstemperatur des Eises sind ebenfalls sehr wichtig.
Um festzustellen, wann es am kältesten ist, müssen Sie die Wärmemenge vergleichen, die vom Eis auf das Getränk und von der Umgebung auf das Getränk übertragen wird. Solange die auf das Eis übertragene Wärmerate größer ist als die von der Umgebung auf das Getränk übertragene Wärmerate, kühlt das System. Ich würde erwarten, die niedrigste Temperatur nahe dem Punkt zu finden, an dem das Eis schmilzt. Dies liegt daran, dass das Schmelzen von Eis die latente Schmelzwärme erfordert und Eis während dieses Prozesses seine Temperatur behält; So kann das Eis Wärme aufnehmen und bleibt dabei auf der gleichen Temperatur. Dieser Phasenübergang repräsentiert einen ziemlich großen Teil der Kühlfähigkeit von Eis.
Die Einzelheiten, wann dies geschehen wird, können jedoch je nach Setup sehr unterschiedlich sein. Faktoren wie die Geometrie des Behälters und die Geometrie des Eises können bei der Bestimmung der Wärmeübertragung zwischen diesen Objekten und ihrer Umgebung von Bedeutung sein (z. B. beeinflusst die Oberfläche die Rate der Wärmeübertragung und die Geometrie kann Konvektionsströme beeinflussen).
Wie lange sollte ich warten, bis ich davon ausgehen kann, dass das Getränk optimal kalt ist?
Das hängt von der Wärmeübertragungsrate zwischen dem Eis und der Flüssigkeit ab. Und das hängt (zu einem großen Teil) von der exponierten Oberfläche des Eises ab. Wenn Sie 20 g zerstoßenes Eis in eine Flüssigkeit geben anstatt einen einzelnen 20-g-Eiswürfel, kühlt die zerstoßene Eisflüssigkeit wesentlich schneller ab.
Ist es am kältesten, wenn das Eis fast geschmolzen ist, oder erst nach einer bestimmten Zeit, in der es dem Eis ausgesetzt war?
Das ist eine komplexe Frage. Wenn die Flüssigkeit abkühlt, verlangsamt sich die Wärmeübertragung auf das Eis und die Wärmeübertragung aus der Umgebung beschleunigt sich. Bei einer bestimmten Temperatur (basierend auf der Isolierung des Behälters, der Umgebungstemperatur und der Oberfläche des Eises) ist die Wärmeübertragung zwischen beiden identisch. Das ist das kälteste, was die Flüssigkeit bekommt. Eine große Menge zerstoßenes Eis kann die Flüssigkeit schnell fast bis zum Gefrierpunkt bringen und dort lange bleiben, um dann höher zu steigen, wenn die Eismenge abnimmt. Ein einzelner Würfel könnte das Getränk abkühlen und es nie sehr kalt werden lassen, bevor der Würfel vollständig geschmolzen ist.
Selbst das Messen (oder Schätzen) der Oberfläche einer Eismenge ist schwierig, und noch schwieriger ist es zu verstehen, wie sie sich entwickelt, wenn das Eis schmilzt. Die Wärmeübertragungsrate kann von Konvektionsströmen abhängen, die ihrerseits von der Form des Behälters abhängen. Alles in allem ist dies eine schwierige Sache, direkt zu berechnen. Dieses Problem würde eher angegangen werden, indem die Temperatur gegenüber der Zeit einiger weniger üblicher Konfigurationen gemessen und zwischen ihnen interpoliert wird.
DMPalmer
Andreas