Почему горячая жидкость остывает, когда на нее дуют?

4137
4
0
25 октября
17:22
октябрь
2015

Любая жидкость испаряется. В процессе испарения самые “шустрые” молекулы на поверхности жидкости получают достаточно энергии для того, чтобы преодолеть силы поверхностного натяжения и покинуть жидкость. Каждая такая молекула уносит с собой часть энергии. Внутренняя энергия жидкости уменьшается, жидкость остывает. Горячая жидкость испаряется активнее холодной и это тоже понятно.

С другой стороны, существует некоторый предел (определяемый величиной парциального давления) содержания пара в воздухе. Зависит это в большей мере от значения упругости испаряющейся жидкости. Если не выдаваться в сложные объяснения, то при прочих равных средняя комната, будь она герметичной и не впитывай и не отводи она воду, могла бы вместить около килограмма воды в виде пара (то есть, условно, ведро воды, которое в такую комнату поставили бы, само бы никогда не испарилось), тогда как паров ртути в том же объёме “уместится” всего один грамм. Однако, это справедливо для случая, если пар мгновенно перемешивается с воздухом или процесс испарения происходит достаточно долго. Это вступление.

Что же происходит с нашей чашкой чая? Разобьём вопрос на два. Во-первых, горячая жидкость остывает даже тогда, когда на неё не дуют. Часть энергии “уходит” с испарением, часть рассеивается через стенки посуды в среду. Но когда на жидкость дуют, то она остывает заметно быстрее (“дуй на ложку, суп горячий”, ага?). Это связано как раз с тем, что в обычных условиях, когда чашка с чаем просто стоит на столе, воздух с паром перемешиваются не мгновенно. В итоге на границе жидкости образуется область, куда постоянно “поступают” новые молекулы воды (мы пренебрежём “возвращенцами”, которым не хватило духу (энергии) оставаться в рядах пара и они вернулись в жидкость). Чем больше в этом слое воздуха пара, тем сложнее каждой следующей молекуле “втиснуться” в это пространство. Наконец, может наступить такой момент, когда испарение будет ограничено именно скоростью отвода пара (молекул воды) от поверхности. Испарение замедляется, а значит и остывать жидкость будет медленнее.

Когда мы дуем на поверхность чая, мы не только искусственно отводим пар от поверхности воды, позволяя жидкости спокойно испаряться, но также в некоторой степени отводим потенциальных “возвращенцев”, которые могли вернуться обратно и тем самым повысить температуру жидкости. Таким образом стимулируется испарение, а значит увеличиваются потери внутренней энергии (читай: быстрее снижается температура) жидкости.

Из тех же соображений раньше было принято пить чай из блюдечка. Площадь поверхности жидкости в блюдечке больше, чем в чашке, а масса жидкости, которую нужно остудить, меньше. Налил чай в блюдечко, подул на него для пущего эффекта и можно пить. Потом новую порцию.

Так что дуть на горячий чай - это не просто традиция. Физика говорит, что это оправдано.

35
3
октябрь
2015

Над горячей жидкостью присутствует газообразный слой, насыщенный молекулами этой жидкости. Новые молекулы могут испаряться с поверхности жидкости, и переходить в этот слой, но какие-то наоборот могут конденсироваться и возвращаться в жидкость. Испарение требует затрат энергии, а при переходе в жидкое состояние, наоборот, выделяется энергия. Когда вы дуете на жидкость, вы сдуваете этот насыщенный слой, и равновесие смещается. Больше молекул жидкости испаряется, больше энергии на это затрачивается, и жидкость быстрее остывает.

12
0
октябрь
2015

Про испарение уже все рассказали, и оно дает наибольший эффект. Но если дуть на горячее твердое тело, не жидкость , мы тоже ускорим его охлаждение, пусть не так хорошо как в случае с жидкостью. Кто сомневается - прислушайтесь к куллеру своего PC. Причина тому - просто особенность конвективного теплообмена : горячий объект охлаждаясь нагревает воздух вокруг себя, уменьшая разницу температур и уменьшая скорость теплообмена ( охлаждения) . Сдувая нагретый воздух и заменяя его воздухом комнатной температуры мы вновь увеличиваем разницу температур и скорость охлаждения. Это работает и для твердых и для жидких тел, но к жидкости добавляется еще и ускорение испарения которое тоже вызывает охлаждение, и потому эффект еще больше.

5
0
показать ещё 2 ответа
Если вы знаете ответ на этот вопрос и можете аргументированно его обосновать, не стесняйтесь высказаться
Ответить самому
Выбрать эксперта