Mi familia decía: Después de que el agua caliente del hervidor se enfríe, el hervidor ya no la mantendrá caliente. ¿Es verdad?
Hablemos primero de cómo se pierde el calor.
El calor es la energía interna de las moléculas dentro de un objeto, pero normalmente no decimos cuánto calor o energía contiene un objeto, sino que utilizamos el indicador físico de la temperatura para describir la energía cinética promedio. las moléculas dentro del objeto. Entonces, cuanto mayor es la temperatura, mayor es la energía/calor interno contenido en el objeto, y cuanto mayor es la energía cinética promedio que poseen las moléculas, menor es la temperatura, menor es la energía/calor interno de las moléculas y menor es la temperatura. energía cinética promedio.
Según el teorema de la termodinámica, sabemos que el calor se transferirá espontáneamente de objetos de alta temperatura a objetos de baja temperatura. Por lo tanto, después de hervir agua, si no la mantenemos caliente, el calor se disipará rápidamente a la atmósfera. Hay tres formas de transferencia de calor y podemos mantener un objeto caliente bloqueando estos procesos de transferencia de calor.
El primero es el proceso de conducción de calor. Como se mencionó anteriormente, las moléculas/átomos en objetos de alta temperatura tienen, en promedio, una energía cinética más alta que las moléculas/átomos en objetos de baja temperatura. Cuando los objetos de baja temperatura y los objetos de alta temperatura entran en contacto entre sí, las moléculas/átomos en sus superficies frecuentemente sufrirán colisiones mecánicas, por lo que las moléculas/átomos que se mueven más rápidamente transferirán energía cinética a las moléculas/átomos que se mueven más lentamente. durante la colisión.
De esta forma, la energía cinética media de las moléculas de los objetos de alta temperatura disminuye, mientras que la energía cinética media de las moléculas de los objetos de baja temperatura aumenta. Hasta que los dos objetos tengan la misma energía molecular interna, la conversión de energía cinética realiza la transferencia de calor y las temperaturas de los dos objetos también suben y bajan.
Este tipo de conducción de calor por contacto es la forma más común en la vida. Por ejemplo, en invierno, las moléculas de aire frío dejan de chocar con el cuerpo y luego ganan energía cinética en la superficie del cuerpo, quitándonos calor y haciéndonos sentir mucho frío. En verano ocurre lo contrario. El aire caliente transfiere energía cinética a la superficie de nuestro cuerpo, por lo que siento mucho calor. Sin embargo, los medios que transfieren calor también se pueden dividir en: buenos conductores y malos conductores del calor. Por ejemplo, los metales son buenos conductores del calor, mientras que la madera y el vidrio son malos conductores del calor. Esta es la razón por la que los objetos metálicos se sienten más fríos a la misma temperatura, porque el metal permite que el calor se disipe más rápido. Lo anterior es conducción de calor por contacto y debe haber un medio.
Luego está la convección térmica.
¿Crees que el aire es un buen conductor del calor? En realidad no. Puedes imaginar el siguiente escenario. Hace mucho calor en una habitación donde el aire está completamente estancado y el entorno se siente como condensación. El aire estancado no puede quitar muy bien el calor del cuerpo. Pero si enciendes el ventilador eléctrico a la misma temperatura, ¿hará mucho más fresco? Esto significa que el flujo de aire puede intercambiar calor muy bien.
También hay convección de calor alrededor de la calefacción de nuestra casa en invierno. El aire caliente sube y se lleva el calor, mientras que el aire frío baja y continúa calentándose, lo que hace que el precio de toda la vivienda suba rápidamente. Sin convección de aire, es difícil calentar una habitación. Luego, al hervir agua, se puede observar el movimiento del agua en el hervidor e intercambiar calor mediante subidas y bajadas continuas. Estos procesos son la convección térmica. Por supuesto, la transferencia de calor por convección requiere primero un medio y un fluido.
El último método de transferencia de calor es la radiación térmica. La radiación térmica es la única forma de transferir calor que no requiere ningún medio, porque la radiación térmica es un objeto que libera calor en forma de ondas electromagnéticas, y las ondas electromagnéticas no requieren un medio durante el proceso de transmisión. Sabemos que hay un vacío en el universo y que el vacío es un estado adiabático perfecto. El calor del sol no se transferirá a la tierra a través de ningún medio. La única forma factible es la luz solar, que es la radiación electromagnética.
Pero la radiación térmica es la forma más lenta de transferir calor y, como la temperatura del agua hirviendo es como máximo de 100 grados centígrados, la radiación emitida también pertenece a la banda infrarroja.
¿Cómo aísla el hervidor la transferencia de calor anterior?
Creo que rompiste un termo cuando eras niño. Normalmente escuchabas un sonido de "explosión", y creo que lo tomaste y viste la estructura del termo. En realidad, esta estructura no es complicada y se puede entender de un vistazo.
La botella de vidrio de doble capa tiene un estado de vacío en el medio, y el interior y el exterior de la botella son plateados y muy brillantes. También hay una pequeña cola en la parte inferior y la boca de la botella es de corcho. Esta es la estructura de todo el revestimiento aislado.
Como se mencionó anteriormente, el vacío es adiabático, es decir, es un mal conductor del calor y no conducirá calor con ninguna sustancia, porque el vacío no tiene medio alguno y ninguna molécula le quitará el calor. de agua. Sin un medio, no se producirá la convección térmica. El revestimiento de la botella está plateado para reflejar la radiación infrarroja. Aunque todavía se escapará algo de energía, el calor emitido por la radiación infrarroja es muy bajo y no es la única razón por la que el hervidor disipa calor.
También hay un corcho en la boca de la botella, que puede quedar bien aislado, pero el lugar donde el hervidor de agua caliente disipa más calor es la boca de la botella. Debido a que hay fugas de aire en el corcho, debido a que las capas interior y exterior están conectadas alrededor del cuello de la botella, se perderá mucho calor por conducción de calor. Por lo tanto, al hacer botellas, intente acortar el cuello de la botella y aumentar la capacidad del hervidor para que el efecto de conservación del calor sea mejor.
Arriba, hemos analizado todas las causas de la transferencia de calor en física y también analizamos el principio de aislamiento del hervidor. Sin embargo, no hemos mencionado una palabra sobre las razones por las que se producirá el efecto de aislamiento del hervidor. peor después de que el agua se enfría. Piénselo detenidamente. ¿El agua de refrigeración del agua caliente causará algún daño al revestimiento del hervidor? ¿O qué impacto tuvo al modificar ligeramente el tanque interior de la tetera?
¡No, para nada! Un hervidor de agua caliente puede mantener el agua caliente y el agua fría fría, y el efecto es el mismo. No habrá ningún efecto en el hervidor debido a los cambios de temperatura, al menos esa es la ciencia. En cuanto a por qué nuestra madre dijo eso, podemos comprar un hervidor de agua caliente y hacer experimentos para disipar los rumores.