Töissä meillä on kaksi "uunia", toinen on kymä ja toinen on lämmin. Molemmat ovat yhtä kaukana 0 pisteestä, eli siis 30 C ja -30 C. Tuossa mietein että kumpi, ajallisesti, ehtii saavuttamaan 0 asteen jos vetäisen johdot irti rasiasta (jos huoneen lämpötila olisi esim juuri tämä 0 asetta) ja aukaisen ovet?
Epäilen että kuuma uuni jäähtyy nopeammin nollaan kuin kylmä, tämä näin maalaisjärjellä.
Onko tähän olemassa jotain kaavaa? mitä jos väännän molemmat sataan asteeseen?.. varma on se että tulee aikankin sanomista... =)
Kiitos jo valmiiksi vastauksista!
Epäilen että kuuma uuni jäähtyy nopeammin nollaan kuin kylmä, tämä näin maalaisjärjellä.
Onko tähän olemassa jotain kaavaa? mitä jos väännän molemmat sataan asteeseen?.. varma on se että tulee aikankin sanomista... =)
Kiitos jo valmiiksi vastauksista!
Vastaukset 14
Vanhimmat
Miksi sinun maalaisjärkesi tällaista väittää?
Yleisellä tasolla lämmön siirtyminen on lineaarista ja vain lämpötilaeroon verrannollista. Käytännön tilanteissa jotkut lämmönsiirtomekanismit saattavat kuitenkin olla epälineaarisia, kuten esimerkiksi lämmön säteily, joka on verrannollinen säteilevien pintojen absoluuttisten lämpötilojen neljänsien potenssien erotukseen. Myös mahdolliset faasimuutokset, kuten sulaminen tai jäähtyminen, voivat vaikuttaa tilanteeseen.
Mainitusta syystä lämmön säteilyllä on suurempi vaikutus kylmän kappaleen lämpenemiseen kuin kuin lämpimän kappaleen jäähtymiseen. Tosin käytännön tilanteessa ei ero liene kovin suuri.
Ensinnäkin nollapiste ei ole 0 C vaan 0 K. Siis Kelvin-asteina. Lämmönsiirto on alfa x A x delta T, jossa alfa on yhdistetty lämmönsiirtymiskerroin säteily mukaan lukien (yksinkertaistettuna). Oikeasti säteilylämmönsiirto on tietenkin verrannollinen T^4). Sitä paitsi laskennallisesti kummassakaan tapauksessa systeemi ei ehdi saavuttaa lämpötillaa 0 C äärellisessä ajassa! Kaava löytyy, mutta tässä tapauksessa riittää kun sanon, että yhtäaikaa...
Säteilyteho on vähän eri asia, uunista tietysti valtaosa lämmöstä siirtyy lämpimän ilman (eikä lämpösäteilyn) mukana. Jos uunit olisi laitettu tyhjiöön, tällöin tietysti kuuma uuni jäähtyisi nopeammin kuin kylmä, tuosta T^4-relaatiosta johtuen.
Arvelinkin, että joku huomaa eron. Eli jos emissiviteetit sun muut ovat vakioita, niin säteilylämmönsiirrosta johtuen koska 303^4-273^4 > 273^4 - 243^4, niin säteilylämmönsiirto on tehokkaampaa 30 --> 0 C kuin 0 C --> -30 C. Siis uuni jäähtyy nopeammin, kuin lämpiää...
"...säteilylämmönsiirto on tehokkaampaa 30 --> 0 C kuin 0 C --> -30 C"
Ai se uuni kylmenee -30 asteeseen?
tietenkin toisinpäin...
Olet ihan oikeassa. Tietysti ero ei ole kovin suuri kun kyseessä on kuitenkin lämpötilat 300 K ja 240K eli niissä ei loppujen lopuksi ihan hirveän suurta eroa ole.
Ja selitys vielä perään: korkeammassa lämpötilassa molekyylien keskinopeus on suurempi, joten ne törmäilevät uunin seiniin paljon useammin. Luukun avautuessa mitä nopeampi molekyyli on, sitä nopeammin se (todennäköisesti) lentää uunista ulos. Näin jäähtyminen toimii. Puolestaan kylmään uuniin virtaa lämpimiä hiukkasia ulkopuolelta, mutta ne liikkuvat hitaammin kuin lämpimän uunin hiukkaset, joten prosessi on hitaampi.
Clamtrox :"'Ja selitys vielä perään: korkeammassa lämpötilassa molekyylien keskinopeus on suurempi, joten ne törmäilevät uunin seiniin paljon useammin."
- En usko. Ilman paine on molemmissa uuneissa oletettavasti ihan sama, joten koska kuuman uunin ilman molekyylit liikkuvat keskimäärin nopeammin kuin kylmän uunin ilman, on kuuman uunin tapauksessa molekyyleilllä myöskin suurempi liikemäärä, joten molekyyliä kohti siirtyy uunin seiniin suurempi impulssi törmäystä kohti, joten sama paine edellyttää pienempää törmäilyjen määrää samassa aikayksikössä !!!
Tämä ilmenee myös yleisen ideaalikaasun tilanyhtälöstä: p * V = n * R * T ; kun sekä uunin tilavuus V että ilman paine p pysyvät samana, täytyy myös yhtälön oikean puolen pysyä samana, siis koska lämpötila T suurenee, täytyy ainemäärän n pienentyä vastaavasti, jotta niiden tulo pysyisi vakiona.
Ja luukun avaamisesta ei puhuttu mitään, sen lisäsit stooriin ihan itse, eikä se siis liity asiaan mitenkään.
"Ilman paine on molemmissa uuneissa oletettavasti ihan sama"
No itsehän en tuota ainakaan olettanut. Sinänsä ihan hyvä pointti että kysymyksen voi ymmärtää monella eri tavalla. Jos ajatellaan että ilmanpaine on sama kummassakin uunissa, se tarkoittaisi sitä että kuuman uunin ilmamolekyylien määrä pienenee ja kylmän uunin kasvaa. Jos uunien lämpötila muuttuu riittävän hitaasti, koko systeemi pysyy termisessä tasapainossa ja paineet samoina (tämä pätee täsmälleen vain äärettömän hitaan kuumennuksen rajalla, mutta olkoon). Sitten kun "ovet avataan" (alkuperäisestä viestistä, miten itse tulkitset tämän?) molemmat uunit ovat lämpötasapainossa huoneen kanssa, joten niiden lämpötilat lähtevät tasaantumaan yhtä nopeasti.
Itse ajattelin niin että uunien luukut ensin suljetaan ympäristön lämpötilassa, sitten niitä lämmitetään ja viilennetään, jonka jälkeen luukut avataan. Tällöin paineet uunien sisällä ei tietenkään pysy samoina vaan kuuman uunin paine kasvaa, kylmän uunin pienenee.
Jos uunien paineet eivät pysy lämmitettäessä/jäähdytettäessä samoina, niin silloin ne ovatkin yhdistettyjä kaasutiiviitä painesäiliöitä & uuneja, eli autoklaaveja !
Ei kannattaisi sanoa uuneja, jos tarkoitetaan autoklaaveja ...
Uuneissa on luukut, eikä suinkaan ovia, eli kun joku sanoo katkaisevansa uuneista sähköt ja sitten avaavan ovet, niin oletan sen merkitsevän sitä, että huone ei ole termodynaamisesti eristetty systeemi, vaan isoterminen systeemi, eli pitää lämpötilansa konvektiolla ovien kautta samana, eikä pidä kokonaislämpöenergiaa huoneen ja uunien muodostamassa systeemissä välttämättä samoina koko aikaa.
Ts uunien luukut pysyvät kiinni koko kokeen ajan estäen konvektion uunien ja huoneen välillä, mutta sallien paineen tasaantumisen vaatiman ilmavirtauksen, sekä lämmön johtumisen seinämien läpi, että myöskin lämpösäteilyllä tapahtuvan lämpöenergian siirtymisen.
Fysiikassa on hyvä harrastaa täsmällistä kielenkäyttöä, ja rankaista armotta epätäsmällisyyksien viljelemistä. Muuten ei fysiikkaa opi koskaan kunnolla. Eikä sama olisi pahitteeksi muissakaan joissain vähemmän eksakteissakin tieteissä. Matematiikasta taas ei tule yhtään mitään ilman täydellisen eksaktia lähestymistapaa.
Sinänsä aika rohkea veto lähteä selittämään jotain eksaktiudesta kun hetki sitten puhuit vielä ideaalikaasun tilanyhtälöstä! Sillähän ei ole mitään tekemistä eksaktiuden kanssa...
Tässäkin ongelmassa noilla tekemilläsi oletuksilla saa tuloksen jota ei voi saada aikaan millään todellisella koejärjestelyllä, vain tekemällä riittävän monta piilo-oletusta.
Väittäisin, että lämmin uuni jäähtyy nopeammin kuin kylmä lämpenee. Kysehän on lämmön siirtymisestä lämpimästä kylmempään päin molemmissa tapauksissa. Lämmin uuni metallisena säteilee lämpöä hyvin, joka on paras lämmön siirtymis tapa. Kylmään uuniin lämpö tulee ilmasta ja kaasut eivät juurikaan säteile lämpöä.
Kiitoksia kaikille erittäin hyvistä ja tähdentävistä vastauksista.
Jos kysyn jotain niin yritän olla täsmällisempi, pahoitteluni jos hieman esitin kysymyksen hieman heittäen.
Mutta hyviä vastauksia, niikuin aina =)
-Boomza
Vielä sen verran, että jos kylmään uuniin on kertynyt jäätä tai huurua, on sen sulattamiseen tarvittava energia vielä lisänä. Eli sekin hidastaa lämpenemistä.