Cudowne Odwilże to narzędzia do szybkiego rozmrażania żywności. Na jednym z nich kładzie się kostkę lodu i topi się ona na twoich oczach, a mimo to całość pozostaje chłodna w dotyku. Jak one działają?
(Zainspirowane tym pytaniem: Odwilż do rozmrożenia mięsa )
odniesienie: http://www.engineeringtoolbox.com/conductive-heat-transfer-d_428.html
Spójrzmy przez chwilę na równanie wymiany ciepła. Patrząc na nie, widzimy sposoby na bardziej efektywne przekazywanie ciepła
q / A = k dT / s
q / A = heat transfer per unit area (W/m2)
k = thermal conductivity (W/mK)
dT = temperature difference (oC)
s = wall thickness (m)
Sposób działania tych rozmrażarek powinien być teraz łatwy do zrozumienia. (1) Są one wykonane z materiału, który ma bardzo wysoką stałą przewodności cieplnej, jak miedź. Im wyższa jest przewodność cieplna materiału, tym szybciej może on wyrównać swoją temperaturę z temperaturą otaczającego go materiału.
Rzeczy, które się stykają _chcą mieć taką samą temperaturę. Gdy kładziesz kostkę lodu na arkuszu miedzi o temperaturze pokojowej, mają one bardzo różne temperatury. Ale gdy tylko się dotkną, chcą mieć tę samą temperaturę, więc zaczyna się przekazywanie ciepła. Ciepło “płynie” z miedzi do lodu, zwiększając temperaturę lodu (topnienie go), i obniżając temperaturę miedzi. Ciepło przepływa również przez samą miedź, co oznacza, że nawet te części miedzi, które są daleko od lodu, tracą ciepło.
Wraz z utratą ciepła przez miedź, szybko wypada z równowagi temperaturowej z otaczającym powietrzem. Ale powietrze i miedź również _chcą być tej samej temperatury, a więc ciepło z powietrza “płynie” do miedzi, zbliżając ją z powrotem do temperatury pokojowej, co z kolei pozwala miedzi podgrzać lód trochę więcej… Ale oczywiście nie ma wyraźnych kroków w tym procesie: wszystkie te transfery ciepła odbywają się jednocześnie i nieprzerwanie. I tak długo, jak powietrze ma pewną cyrkulację, można je uznać za nieograniczony dopływ ciepła o temperaturze pokojowej.
Górna część płyty miedzianej jest prawdopodobnie płaska, aby zwiększyć powierzchnię kontaktu z lodem. Dolna część płyty miedzianej jest jednak prawdopodobnie żebrowana lub żebrowana, aby zwiększyć powierzchnię z otaczającym powietrzem, ale bez (2) tworzenia większej grubości!
Moglibyśmy również zająć się (3) i ogrzać miedź elektrycznie, powyżej temperatury pokojowej, ale wtedy ryzykujemy, że część żywności ogrzeje się również do tej temperatury. Zaletą zastosowania pasywnego miedzianego radiatora jest to, że temperatura nigdy nie wzrośnie powyżej temperatury pokojowej!
Cudowne odwilże, znane również jako tacki do rozmrażania, to po prostu kawałki metalu o wysokim współczynniku przenikania ciepła. Materiały, które mają wysoką przewodność cieplną przenoszą ciepło skuteczniej niż te o niskiej przewodności cieplnej. Aluminium jest tanie i ma wysoką przewodność cieplną w porównaniu z innymi materiałami, więc większość z nich jest wykonana z tego materiału.
Jednak tace rozmrażające nie działają tak dobrze, jak reklamówki kazałyby ci wierzyć. Ten sam powód, dla którego twoja żywność rozmraża się powoli bez tacy rozmrażającej, ogranicza jak szybko rozmrozi się z jedną z nich, a to dlatego, że powietrze jest słabym przewodnikiem ciepła. Kiedy rozmrażasz coś, co się dzieje, jest to, że ciepło jest przenoszone z otoczenia (powietrza, powierzchni przeciwnej, itp.) na obiekt, aż do momentu, gdy otoczenie i obiekt znajdą się w równowadze, to znaczy, że temperatury obu są takie same. Taca do rozmrażania nadal musi pobrać ciepło z otoczenia, aby je przenieść, a jak szybko może to zrobić, jest ograniczone przez fakt, że nadal musi pobrać ciepło z powietrza. Gdy umieścisz na tacy do rozmrażania zimny obiekt, szybko przekażesz mu ciepło, ale gdy ten obiekt będzie tak samo zimny, jak ten obiekt, szybkie rozmrażanie ustanie, a wszystko zależy od tego, jak szybko środowisko może przekazać ciepło, co nie jest tak szybkie.
Tacki do rozmrażania są świetne w sprawianiu, że kostki lodu szybko się topią i przyspieszą nieco rozmrażanie, tylko nie aż tak bardzo.