I dette blogginnlegget skal vi forklare på en enkel måte hvorfor en viftebris får iskrem til å smelte raskere og varmeoverføringsprinsippet bak det.
Det er en varm sommerdag, og søsteren din tar en iskrem ut av fryseren som hun kjøpte i nærbutikken foran huset ditt. Det er en salig klump som får deg til å glemme varmen en stund. Mens du sitter foran TV-en og nyter den kjølige brisen fra viften, tar du en bit iskrem og glemmer verdens bekymringer et øyeblikk. Men gleden varer ikke lenge. Isen smelter for fort. Spiste jeg for sakte fordi jeg så på TV? Den klissete konsistensen til iskremen som allerede har dryppet på hendene og gulvet får deg til å glemme alt om din korte, men intense eufori, og du føler deg forrådt.
Hvorfor smeltet iskremen min så raskt? Grunnen til at iskrem smelter er ikke komplisert. Vi vet alle at is absorberer varme og blir til vann, men hvordan beveger varmen seg fra luften rundt til isen, og hva bestemmer hastigheten? Det er tre måter varme beveger seg på: ledning, konveksjon og stråling. Ved å se på disse metodene kan vi finne ut hvorfor isen smeltet så raskt.
På en kald vinterdag er det ingen som vil sitte på en benk ute i parken. Det er sannsynligvis fordi vi alle har opplevd den kalde følelsen. Hvis du sitter på en kald benk og holder en håndvarmer, er hendene varme, men rumpa er kald. Hånden din beveget seg ikke, håndvarmeren rørte seg ikke. På samme måte beveger ikke baken seg, og stolen beveger seg ikke. Men varme beveger seg, og dette kalles ledning. Ledning er spredning av vibrasjoner på atom- eller molekylnivå. Et raskt vibrerende atom med mye energi kolliderer med et langsommere vibrerende atom rett ved siden av og overfører energi, som er hvordan vi observerer varme som beveger seg på makroskopisk nivå.
Konveksjon bruker det samme prinsippet for energioverføring ved kollisjoner på molekylært nivå, men forskjellen kommer etter kollisjonen. Konveksjon, som navnet tilsier, er flyt. Mens ledning ikke endrer de relative posisjonene til molekyler etter en kollisjon mellom dem, endrer konveksjon de relative posisjonene til partikler etter kollisjonen. Enkelt sagt, for at konveksjon skal oppstå, må stoffet som overfører eller mottar varme være en gass eller væske, og i en makroskopisk skala må gassen eller væsken bevege seg. For eksempel, hvis du senker armen i stillestående vann, dominerer ledning; senker du armen i rennende vann, dominerer konveksjonen. Hastigheten som varmen beveger seg med er proporsjonal med temperaturforskjellen mellom stoffene som utveksler varme; hvis temperaturforskjellen er den samme, vil konveksjon flytte varmen raskere enn ledning. Det er derfor rennende vann ofte brukes som førstehjelpsbehandling ved alvorlige brannskader på varme gjenstander.
Du har sikkert sett ildsøylens spesialeffekter som ofte brukes i kampsport, profesjonell bryting og andre idretter når en jagerfly går inn i ringen, eller når atmosfæren på en konsert er elektrisk. Når denne flammen brenner, kan du kjenne at ansiktet varmes opp, selv om det er ganske mye avstand mellom der du sitter og scenen. Men så snart flammen forsvinner, blir ansiktet mitt avkjølt. Denne varmebevegelsen kan ikke forklares med ledning eller konveksjon fordi avstanden ikke er slik at atomer eller molekyler kan berøre. Dette fenomenet kalles stråling. Stråling er overføring av varme med elektromagnetiske bølger, for eksempel lys. Alle objekter sender ut forskjellige typer elektromagnetiske bølger med forskjellige intensiteter, avhengig av deres temperatur og overflatetilstand, og samtidig absorberer de de elektromagnetiske bølgene som sendes ut av objektene rundt dem. Disse elektromagnetiske bølgene inneholder energi, og varme overføres basert på forskjellen mellom absorbert mengde og emittert mengde. I eksemplet ovenfor overføres varme til ansiktet fordi de elektromagnetiske bølgene som overføres til ansiktet fra ildstøtten har mer energi enn de elektromagnetiske bølgene som sendes ut av ansiktet.
Varme beveger seg ved ledning, konveksjon og stråling på en rekke måter, og det påvirker livene våre på mange måter. En ildsøyle, et førstehjelpsutstyr for brannskader eller en kald benk er alle eksempler på varmeoverføring. Basert på de ovennevnte metodene for varmeoverføring, er grunnen til at iskremen min smeltet så raskt, sannsynligvis på grunn av konveksjonen forårsaket av viftebrisen. Når det ikke er viftebris, dominerer ledning varmeoverføringen mellom iskremen og luften rundt, men når vinden blåser dominerer konveksjonen. Derfor er hastigheten på varmeoverføringen raskere og isen smelter raskere. Hvis jeg ikke hadde spist foran viften, ville min happy hour vært uavbrutt. Jeg skal rydde opp først, og så sende en melding til søsteren min om å ta med litt is til kveldens churros eller scoops.
