Как работает чудо-оттепель?

Чудо-оттепели - это посуда для быстрого размораживания продуктов. Положите на него кубик льда, и он тает на глазах, но все это остается прохладным на ощупь. Как они работают?

(Вдохновлен этим вопросом: посуда для размораживания мяса )

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

Давайте взглянем на уравнение теплопередачи. Глядя на это, мы можем увидеть способы получения более эффективной теплопередачи

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. используйте материал с высокой постоянной теплопроводностью (например, медь)
2. более тонкий (!) материал
3. поддерживать более высокую разницу в температуре

То, как работают эти размораживатели, теперь должно быть легко понять. (1) Они изготовлены из материала, который имеет очень высокую постоянную теплопроводности, например, из меди. Чем выше теплопроводность материала, тем быстрее он может выровнять свою температуру с температурой окружающего материала.

Вещи, которые касаются друг друга, хотят иметь одинаковую температуру. Когда вы кладете кубик льда на лист меди комнатной температуры, у них очень разные температуры. Но как только они касаются, они хотят иметь одинаковую температуру, поэтому начинается передача тепла. Тепло «течет» от меди к льду, увеличивая температуру льда (таяя его) и уменьшая температуру меди. Тепло также течет по всей меди, а это означает, что даже те части меди, которые находятся далеко от льда, теряют тепло.

Когда медь теряет тепло, она быстро выходит из температурного равновесия с окружающим воздухом. Но воздух и медь также хотят иметь одинаковую температуру, и поэтому тепло из воздуха «течет» в медь, приближая его к комнатной температуре, что, в свою очередь, позволяет меди нагреть лед еще немного ... Но, конечно, нет четких шагов к этому процессу: все эти теплопередачи происходят одновременно и непрерывно. И пока воздух имеет некоторую циркуляцию, вы можете считать его неограниченным источником тепла комнатной температуры.

Верхняя часть медной пластины, вероятно, плоская, чтобы увеличить площадь поверхности, контактирующей со льдом. Дно медной пластины, однако, вероятно, ребристое или оребренное, чтобы увеличить площадь поверхности с окружающим воздухом, но без (2) создания большей толщины!

Мы могли бы также обратиться к (3) и нагреть котел электрически, выше комнатной температуры, но затем мы рискуем нагревать часть пищи до этой температуры. Преимущество использования пассивного медного радиатора заключается в том, что температура никогда не поднимется выше комнатной температуры!

Чудо-оттепели, также известные как размораживающие лотки, представляют собой просто куски металла с высоким коэффициентом теплопередачи. Материалы с высокой теплопроводностью передают тепло более эффективно, чем материалы с низкой теплопроводностью. Алюминий дешев и имеет высокую теплопроводность по сравнению с другими материалами, поэтому большинство из них сделаны из этого материала.

Тем не менее, размораживание лотков на самом деле не работает так, как вам хотелось бы. По той же причине, по которой пища медленно размораживается без лотка для размораживания, ограничивает скорость размораживания с ним, потому что воздух - плохой проводник тепла. Когда вы оттаиваете что-то, происходит то, что тепло передается от окружающей среды (воздух, противоположная поверхность и т. Д.) К объекту до тех пор, пока среда и объект не будут в равновесии, то есть температуры обоих будут одинаковыми. Оттаивающий лоток все еще должен получать тепло из окружающей среды для передачи, и то, насколько быстро он может это делать, ограничивается тем фактом, что он все еще должен получать тепло из воздуха. Когда вы кладете холодный предмет на лоток для размораживания, лоток быстро передает тепло объекту, но как только лоток становится таким же холодным, как объект, быстрое оттаивание прекращается, и он '

Таким образом, лотки для оттаивания хороши для быстрого таяния кубиков льда, и они будут немного ускоряться, но не так сильно.