Erhöht das Wenden eines Löffels in Wasser die Temperatur?

Ich habe über Joules Experiment gelesen, das die Umwandlung von mechanischer Arbeit in Wärme beweist. Aber sagen wir, ich habe eine Schüssel mit etwas Wasser, und ich fange an, sehr schnell einen Löffel darin zu drehen, und verrichte so Arbeit – das Wasser wird nicht heißer! Was vermisse ich?

Ich denke, vielleicht ist die Arbeit, die ich reinstecke, einfach kinetisch und wird nicht in Hitze umgewandelt. Aber wie erklärt man dann Joules Experiment?

Warum behaupten Sie "das Wasser wird nicht heißer"? Haben Sie die Energiemenge berechnet, die Sie in den Löffel geben, und diese mit der Energie verglichen, die zum Erhitzen dieser Wassermenge benötigt wird?
Oh, selbst wenn Sie nicht umrühren, wenn Sie den Löffel still halten, wird das Wasser immer noch heiß. Die Körperwärme deiner Hand erwärmt den Löffel, der Löffel erwärmt das Wasser. Nur nicht sehr viel.
Die beliebteste Frage zu Physics SE könnte von Interesse sein: physical.stackexchange.com/q/5265
Ersetzen Sie jetzt "Deckenventilator" durch "Löffel" und "Luft" durch "Wasser" ...
@CarlKevinson Ich mag es, dass das xkcd what-if auf physical.se zurückverweist .
Ich erinnere mich an eine Dampfmaschine, die funktioniert, indem sie ein perforiertes Paddel in einer Wasserkammer dreht. Es funktioniert also und kann in der Praxis verwendet werden.

Antworten (4)

Nun, zuerst haben Sie die Energie in Form von kinetischer Energie des sich drehenden Wassers. Sobald Sie das Wasser absetzen lassen, wird es heißer.

Das einzige Problem ist, dass Wasser eine hohe spezifische Wärme hat (es braucht VIEL Energie, um Wasser zu erhitzen), sodass Sie nicht bemerken, dass das Wasser heißer wird, da die Erwärmung nicht sehr spürbar ist. Zufälligerweise ist es diese Eigenschaft des Wassers, die die Erde zu einem bewohnbaren Planeten macht – wir haben im Vergleich zu anderen Planeten gemäßigte Temperaturen, weil unsere Ozeane, Buchten und Seen große Mengen an Wärme aufnehmen oder abgeben können, um die atmosphärischen Temperaturen zu mildern.

Wenn Sie ein besser beobachtbares Experiment wünschen, nehmen Sie ein Stück Metall (vielleicht eine Büroklammer?) und biegen Sie es viele Male hin und her. Obwohl es irgendwann brechen wird, solltest du merken können, dass es heißer wird

Mein Physiklehrer an der High School hat tatsächlich eine Demonstration mit meiner Klasse gemacht – wir hatten ein Becherglas mit Wasser auf Raumtemperatur und ein digitales Thermometer (mit einem schönen großen Display). Wir konnten sehen, dass, als er das Wasser umrührte, die Temperatur stieg (Gradbruchteile). Es ist jedoch definitiv eine Menge Arbeit für eine kleine Temperaturänderung.
Sie können Wasser mit einem modernen Hochleistungsmixer kochen - 2-3 PS (1,5-2,25 kW), Sie können darauf wetten, dass Sie ernsthafte Hitzesteigerungen bekommen!

Einer der Gründe, warum Sie nicht glauben, dass man Wasser nicht durch Rühren erhitzen kann, könnte sein, dass wir normalerweise den gegenteiligen Effekt erleben. Normalerweise rührt man nämlich einen heißen Tee oder eine heiße Suppe um, um sie abzukühlen. Warum kühlt eine Tasse heißen Tee oder eine Schüssel warme Suppe ab, wenn man sie umrührt? Der Grund dafür ist, dass die Flüssigkeit/Luft-Grenzfläche, an der der Wärmeaustausch stattfindet, durch Rühren erhöht wird und daher die warme Flüssigkeit schneller abkühlt. Der andere Beitrag kommt vom Löffel, der normalerweise aus Metall besteht und die Wärme schnell aus der Flüssigkeit saugt und an die Luft oder die Finger abgibt.

Der andere Grund, der Sie nicht glauben lässt, könnte sein, dass Sie noch nie ein Glas Wasser erlebt haben, das durch Rühren erwärmt wurde. Es gibt mehrere Gründe, warum wir das normalerweise nicht erleben. Der offensichtlichste ist, dass der Temperaturanstieg, den man herbeiführen kann, viel zu geringer ist, als unsere Sinne wahrnehmen können. Der andere Grund könnte sein, dass, wenn man ein solches Experiment in einem gewöhnlichen Glas durchführt, die hinzugefügte Wärme so schnell verfliegt, dass man den Temperaturanstieg nie beobachtet.

Ich weiß nicht, wo du wohnst, aber hast du dir nie die Hände aneinander gerieben, um sie an einem kalten Wintertag aufzuwärmen?

Rechnen Sie nach und berechnen Sie, wie viel Energie benötigt wird, um die Temperatur des Wassers um 1K zu erhöhen. Wenn Sie einen sich schnell bewegenden Rührer haben, sollten Sie in der Lage sein, den Temperaturanstieg einer Flüssigkeit in einem isolierten Topf zu messen.

Übrigens: Die Mikrowellen in Ihrem Mikrowellenherd drehen die Wassermoleküle sehr schnell um und erhitzen so Ihre Speisen.

Versuchen Sie dies, obwohl es nicht genau dasselbe ist wie in Ihrem Beispiel mit Wasser.

Geben Sie ein paar Kugeln Eis in eine Schüssel (vorzugsweise eine Plastikschüssel). Wenn Sie eine Glas-, Keramik- oder Metallschüssel verwenden, die Raumtemperatur hatte, werden Sie sehen, dass die äußeren Ränder der Eiscreme ziemlich schnell zu schmelzen beginnen. Die Verwendung einer Plastikschüssel verringert diesen Effekt erheblich.

Wenn Sie jetzt nichts anderes tun würden, würde das Eis irgendwann von selbst schmelzen. Naja, natürlich nicht wirklich "von alleine", sondern eher von der Umgebungsluft, die eine höhere Temperatur hat. Aber das würde eine Weile dauern.

Als "Kontrolle" geben Sie, bevor Sie mit dem Rühren der Eiscreme beginnen, ungefähr die gleiche Menge Eiscreme in eine separate Plastikschüssel, die Sie gerade ungestört lassen.

Nehmen Sie nun die erste Schüssel Eiscreme und einen Löffel, zerkleinern Sie die Eiscreme ein wenig und rühren Sie sie dann schnell um. Sie werden feststellen, dass es ziemlich schnell erheblich weicher wird, und innerhalb weniger Minuten werden Sie sehen, dass eine beträchtliche Menge der Eiscreme geschmolzen ist.

Vergleichen Sie es mit dem „ungestörten“ Eis, um den Effekt zu sehen.

Ich weiß es nicht, und ich bin sicher, andere werden mich korrigieren, wenn ich falsch liege, aber ich gehe davon aus, dass die spezifische Wärme von Fetten, Zuckern und anderen Feststoffen in der Eiscreme niedriger ist als die spezifische Wärme von Wasser. wodurch die Temperatur des Eises schneller ansteigt.

Denken Sie daran, dass die Temperaturänderung durch Rühren so gering sein kann, dass die Erwärmung durch den Löffel bei einer höheren Temperatur das Experiment stören könnte. (Sie müssten auch in der anderen Tasse einen Löffel still halten)
Die Verwendung von Eiscreme, die kühler als Luft ist, macht dieses Experiment unübersichtlich, da Rühren die Geschwindigkeit des Wärmeaustauschs mit Luft erhöht. Wenn Sie Probleme mit spezifischer Hitze haben, ersetzen Sie einfach Wasser durch eine andere Flüssigkeit (z. B. Öl) mit normaler Temperatur.
Dies ist eher auf die Erhöhung des Wärmeaustauschs mit der Umgebung zurückzuführen, nicht auf die Wärme des Rührens