Jak działa cudowna odwilż?

Cudowne odwilży to przybory do szybkiego rozmrażania żywności. Połóż kostkę lodu na jednym i topi się na twoich oczach, ale całość pozostaje chłodna w dotyku. Jak oni pracują?

(Zainspirowany tym pytaniem: Przybory do rozmrażania mięsa )

odniesienie: http://www.engineeringtoolbox.com/conductive-heat-transfer-d_428.html

Spójrzmy chwilę na równanie przenoszenia ciepła. Patrząc na to, widzimy sposoby uzyskania bardziej wydajnego transferu 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)

1. użyj materiału o wysokiej stałej przewodności cieplnej (jak miedź)
2. cieńszy (!) materiał
3. utrzymywać wyższą różnicę temperatur

Sposób, w jaki działają te rozmrażacze, powinien być teraz łatwy do zrozumienia. (1) Są wykonane z materiału o bardzo wysokiej stałej przewodności cieplnej, takiego jak miedź. Im wyższa przewodność cieplna materiału, tym szybciej może on wyrównać swoją temperaturę z temperaturą otaczającego materiału.

Rzeczy, które się stykają, chcą mieć tę samą temperaturę. Po umieszczeniu kostki lodu na arkuszu miedzi o temperaturze pokojowej mają one bardzo różne temperatury. Ale jak tylko się dotkną, chcą mieć tę samą temperaturę, więc zaczyna się wymiana ciepła. Ciepło „przepływa” z miedzi do lodu, zwiększając temperaturę lodu (topiąc go) i obniżając temperaturę miedzi. Ciepło przepływa również przez samą miedź, co oznacza, że ​​nawet części miedzi znajdujące się daleko od lodu tracą ciepło.

Wraz z utratą ciepła przez miedź szybko spada ona z równowagi temperaturowej z otaczającym powietrzem. Ale powietrze i miedź również chcą mieć tę samą temperaturę, więc ciepło z powietrza „przepływa” do miedzi, zbliżając ją z powrotem do temperatury pokojowej, co z kolei pozwala miedzi na dalsze podgrzewanie lodu… Ale oczywiście nie ma wyraźnych kroków w tym procesie: wszystkie te wymiany ciepła zachodzą jednocześnie i stale. I dopóki powietrze ma pewną cyrkulację, możesz uznać to za nieograniczony dopływ ciepła o temperaturze pokojowej.

Górna część miedzianej płyty jest prawdopodobnie płaska, aby zwiększyć powierzchnię w kontakcie z lodem. Dno miedzianej płyty jest jednak prawdopodobnie żebrowane lub żebrowane, aby zwiększyć powierzchnię z otaczającym powietrzem, ale bez (2) tworzenia większej grubości!

Możemy również zająć się (3) i podgrzać miedź elektrycznie, powyżej temperatury pokojowej, ale wówczas istnieje ryzyko, że część żywności zostanie podgrzana również do tej temperatury. Zaletą pasywnego radiatora miedzianego jest to, że temperatura nigdy nie wzrośnie powyżej temperatury pokojowej!

Cudowne rozmrażania, zwane również tacami do rozmrażania, są po prostu kawałkami metalu o wysokim współczynniku przenikania ciepła. Materiały o wysokiej przewodności cieplnej przenoszą ciepło wydajniej niż materiały o niskiej przewodności. Aluminium jest tanie i ma wysoką przewodność cieplną w porównaniu z innymi materiałami, więc większość jest wykonana z tego materiału.

Jednak tace do rozmrażania naprawdę nie działają tak dobrze, jak w reklamach można by uwierzyć. Ten sam powód, że jedzenie rozmraża się powoli bez tacy do rozmrażania, ogranicza szybkość rozmrażania za pomocą jednej, a to dlatego, że powietrze jest słabym przewodnikiem ciepła. Kiedy rozmrażasz coś, dzieje się tak, że ciepło jest przenoszone z otoczenia (powietrze, powierzchnia przeciwna itp.) Do obiektu, dopóki środowisko i obiekt nie znajdą się w równowadze, to znaczy temperatury obu są takie same. Taca do rozmrażania nadal musi pobierać ciepło z otoczenia, aby je przenieść, a to, jak szybko może to zrobić, jest ograniczone przez fakt, że nadal musi odbierać ciepło z powietrza. Po umieszczeniu zimnego przedmiotu na tacce do rozmrażania taca szybko przenosi ciepło na obiekt, ale gdy taca stanie się równie zimna jak przedmiot, szybkie rozmrażanie zatrzymuje się i „

Tace do rozmrażania świetnie nadają się do szybkiego stopienia kostek lodu i przyśpieszają trochę rozmrażanie, ale nie tyle.