Удивительный научный ответ включает в себя гораздо больше, чем просто теплообмен.
«На самом деле я люблю капучино. Но даже плохая чашка кофе лучше, чем его отсутствие». - Дэвид Линч
Когда на улице холодно, вполне естественно хотеть, чтобы вас что-нибудь согрело. Будь то кофе, горячий шоколад, чай, суп или другой вкусный напиток, он часто оказывается слишком горячим, чтобы его можно было положить в рот, и может обжечь вас, если вы случайно выпьете его сразу. У всех нас есть свои любимые способы охладиться, хотя все они имеют свои недостатки:
- Вы можете просто подождать, пока прохладная комната обменяется энергией с горячей жидкостью, но это часто занимает больше времени, чем большинство из нас готово ждать.
- Вы можете бросить туда кубик льда и ускорить процесс охлаждения, но это разбавит ваш напиток, чего никто не хочет.
- Или вы можете подуть на него, передавая свое прохладное дыхание горячей жидкости, охлаждая ее быстрее, чем оставляя ее в покое, не разбавляя водой.
Почти все мы по умолчанию выбираем последний вариант, но прохлада вашего дыхания - это только часть научной истории.
Что на самом деле определяет температуру вашей жидкости? Это то, как быстро движутся отдельные молекулы внутри: их кинетическая энергия является мерой их тепловой энергии. Вот почему, если вы бросаете пищевой краситель как в горячую, так и в холодную воду, они рассеиваются в горячей воде гораздо быстрее, чем в холодной: молекулы в горячей воде движутся гораздо быстрее, а значит, и молекулы пищевой краситель, который после добавления быстро достигает той же температуры, что и вода.
Но если вы внимательно посмотрите на каждую молекулу в отдельности, вы заметите нечто более тонкое в их скорости и энергии. Конечно, по прошествии даже короткого промежутка времени они движутся с одинаковой средней скоростью и имеют одинаковую среднюю энергию: это процесс термализации, когда молекулы, сталкиваясь друг с другом, обмениваются энергией. В зависимости от точных скоростей, углов и масс сталкивающихся молекул каждая отдельная молекула может двигаться быстрее или медленнее, чем средняя скорость. В общем, вы получаете определенный тип распределения скоростей для молекул внутри вашей жидкости: распределение Максвелла-Больцмана.
Конечно, большинство молекул внутри будут иметь скорость, определяемую средней температурой, но будет и диапазон: многие будут горячее, а многие холоднее. Чего вы не видите на приведенной выше диаграмме, так это того, что при любой температуре некоторые молекулы (больше при более высоких температурах, меньше при более низких температурах) будут выше температурного порога, чтобы перейти в газообразную фазу. Если вы когда-либо наблюдали пар, поднимающийся от вашего горячего напитка, то это на самом деле возникает из-за того, что самые горячие и самые энергичные молекулы внутри переходят в газообразную фазу, конденсируясь обратно в поднимающиеся капли жидкости, когда холодный воздух над ними взаимодействует с ними. (Именно поэтому, если поднести нос к дымящейся чашке кофе, он становится не только горячим, но и влажным!)
Когда вы дуете на горячую жидкость, да, воздух, который вы заставляете вступать в контакт с жидкостью, холоднее самой жидкости, и поэтому теплообмен поможет вашему напитку охладиться быстрее. Но большой эффект также возникает из-за того, что когда вы дуете на свой напиток, вы увеличиваете количество (и меняете образец) молекул, контактирующих с воздухом, и, таким образом, вы увеличиваете скорость, с которой испаряются самые горячие молекулы. входя в газообразную фазу и покидая вашу жидкость. Основная причина, по которой это важно, заключается в том, что когда вы позволяете самым горячим молекулам улетучиваться, они забирают это тепло с собой, в результате чего ваша система в целом становится более прохладной, чем та, с которой вы начинали!
В следующий раз, когда кто-то будет ругать вас за то, что вы слишком сильно дуете на горячий напиток, у вас будет научная поддержка. Более энергичный удар помогает самым горячим молекулам выйти быстрее, благодаря чему вы сможете насладиться напитком нужной температуры быстрее, чем кто-либо другой!
Оставляйте свои комментарии на нашем форуме и ознакомьтесь с нашей первой книгой: Beyond The Galaxy, доступной уже сейчас, а также с нашей богатой наградами кампанией Patreon!