PDA

Volledige versie bekijken : Q: Bevriezen



Musk
28 juni 2010, 19:12
Ik vroeg mij dit af:


Wanneer je bijvoorbeeld water van 18°C wil invriezen in een diepvries van -18°C,

Is de tijd van +18°C naar 0°C korter/langer/evenlang dan de tijd van 0°C naar -18°C?

Of gaat het gewoon steeds sneller/trager... of :confused:

Kvroeg me dit af en vond er geen experimenten rond. Dus iemand hier een idee over? :)


MVG

Mattias

Dobbelsteen
28 juni 2010, 19:20
Als je opzoekingen doet naar de warmtecapaciteit, zal je zien dat deze gelijk is aan de verandering in hoeveelheid warmte gedeeld door de verandering in temperatuur. De warmtecapaciteit is voor een bepaald materiaal constant. Dus voor hetzelfde temperatuurinterval zal de hoeveelheid warmte die onttrokken moet worden, hetzelfde zijn. Het is natuurlijk al heel lang geleden voor mij :unsure:

Voor jouw voorbeeld zal het volgens mij hetzelfde verlopen. Voor heel diepe temperaturen zijn echter veel complexere processen gangbaar. Exorikos en de rest van de fysici zullen hier meer over kunnen vertellen hoop ik :unsure:

Jurgenv1
28 juni 2010, 19:28
Het duurt langer om van 0 naar 18° te gaan dan van 0 naar -18°. Ik baseer me hierop:

http://img52.imageshack.us/img52/8778/figuur.jpg

Het horizontale deel van de curve is wegens de latente warmte om ijs om te zetten in water en omgekeerd, er wordt dus energie toegevoerd maar de temperatuur stijgt niet.

Matt.
28 juni 2010, 19:37
Het duurt langer om van 0 naar 18° te gaan dan van 0 naar -18°. Ik baseer me hierop:

http://img52.imageshack.us/img52/8778/figuur.jpg

Het horizontale deel van de curve is wegens de latente warmte om ijs om te zetten in water en omgekeerd, er wordt dus energie toegevoerd maar de temperatuur stijgt niet.

²
Warmtecapaciteit van ijs is een pak lager dan die van vloeibaar water.

Jack
28 juni 2010, 20:15
klopt, maar temperatuursverandering is ook een functie van het verschil tussen de temperatuur van het object en de ambiente temperatuur. Hoe dichter bij de ambiente temperatuur (dus -18 in de diepvries daar) hoe trager de temperatuur zakt.

Matt.
28 juni 2010, 20:43
Achja, in die zin duurt het natuurlijk enorm lang voor ge echt -18°C zult bereiken, en dan afhankelijk van uw object (geometrie, en welk punt van uw object) en ook afhankelijk van nog een shitload aan andere factoren (vorm van diepvries, materiaal waarop uw object staat, ...).

NotoriousP
28 juni 2010, 21:18
²
Warmtecapaciteit van ijs is een pak lager dan die van vloeibaar water.

De warmtecapaciteit heeft toch geen invloed op de snelheid? Dat is Joule per Kelvin.

Heeft het niet eerder te maken met de warmteoverdrachtscoëfficiënt of thermische geleidbaarheid (W/(m.K) of J/(s.m.K))?

Tr1ploid
28 juni 2010, 22:02
Dit is een complexer probleem dan je zou denken. In het simpelste geval (warmteoverdracht langs één zijde) kun je gebruik maken van een warmteoverdrachtscoefficient. Dan zie je dat ijs warmte beter geleidt dan water. Water moet echter veel meer warmte afstaan om één graad te zakken dan ijs. (dat heeft te maken met de soortelijke warmtecapaciteit van water waar iedereen hier over staat te spreken)
Om nog maar te zwijgen van het mpemba-effect (http://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect) (waar ik op 9lives voor de eerste keer van hoorde, btw :D) dat aantoont dat dit theoretisch quasi niet te voorspellen is als zelfs de grootste genieën op deze planeet niet eens weten waarom het ene sneller afkoelt dan het andere)


Oplossing: experimenteel uitproberen.
Maar nu ik er nog eens over nadenk; als je wilt dat het afkoelt tot -18°c in een omgeving van -18°c zal je heel lang mogen wachten aangezien zoiets wel werkt met een asymptoot. (het zal de -18°c steeds beter gaan benaderen ma'ar nooit bereiken)
Moesten de temperaturen in de vraag iets aanpassen ( 'van 10 naar 0' en van 0 naar -10' in een omgeving van -18 bijvoorbeeld ) zou het interessanter wezen, want nu kan ik eigenlijk met volledige zekerheid stellen dat van 0 naar -18 het traagst zal gaan.

Matt.
28 juni 2010, 22:30
De warmtecapaciteit heeft toch geen invloed op de snelheid? Dat is Joule per Kelvin.

Heeft het niet eerder te maken met de warmteoverdrachtscoëfficiënt of thermische geleidbaarheid (W/(m.K) of J/(s.m.K))?

't Is inderdaad iets ingewikkelder maar het houdt wel verband met de hoeveelheid warmte die ge moet toevoegen...

Ge zou het benaderend kunnen oplossen mits een hele hoop assumpties maar daarvoor zou ik mijn cursus nodig hebben en 't is nu vakantie! :p

Cycloon
28 juni 2010, 22:34
Ge zou het benaderend kunnen oplossen mits een hele hoop assumpties maar daarvoor zou ik mijn cursus nodig hebben en 't is nu vakantie! :p

Maar dat is het probleem net, je moet zoveel gaan veronderstellen dat de uitkomst in praktijk eigenlijk totaal geen betekenis meer heeft. Veel hangt hier gewoon af van de omstandigheden.

NotoriousP
28 juni 2010, 23:11
Om nog maar te zwijgen van het mpemba-effect (http://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect) (waar ik op 9lives voor de eerste keer van hoorde, btw :D) dat aantoont dat dit theoretisch quasi niet te voorspellen is als zelfs de grootste genieën op deze planeet niet eens weten waarom het ene sneller afkoelt dan het andere)


Dat heeft hier niets mee te maken hoor, mpemba gaat over warm water dat sneller bevriest dan koud water. Hier gaat het niet over een fase-verandering en over water vs ijs.

BLUBTHEBLUB
28 juni 2010, 23:11
De energie dat nodig is om water van 18 graden naar 0 graden te brengen is

Q=C*M*Delta t

dus: 4186*1*18 (energie afgave) = 75348 J

veronderstel dat de massa 1kg is

en om water van 0 graden naar -18 graden te brengen

Q=C*M*Delta t

dus: 2090*1*(-18) (energie afgave) = 37620 J


verschillende hoeveelheden energie dus denk ik dat het ook een langer/korter zal duren

Tom!
28 juni 2010, 23:14
Die formules van de warmteleer die je iets vertellen over hoeveelheden energie, zeggen niets over de kinetiek van het proces. Die formules zijn sowieso al benaderend (warmtecapaciteit is in de praktijk geen constante), maar zeggen dus niets over de snelheid waarmee zo'n proces plaatsvindt.

NotoriousP
28 juni 2010, 23:18
Idd, hoewel de warmtecapaciteit van die 2 stoffen wel als constant veronderstelt mag worden tussen 0 & (-) 18°C, tenzij jij een reeks waarden wilt opzoeken en gaan integreren. ;)

Tom!
28 juni 2010, 23:44
Het is geen kwestie van "willen", maar van de (eventuele) misvatting uit de wereld te helpen dat die eenvoudige formules (of meer bepaald: die constante waarden van specifieke warmtecapaciteit) "juist" zijn.
Je mag veronderstellen wat je wil, als je de fout die daarbij hoort klein genoeg vindt. En ja, ik zou liever integreren ;).

Tr1ploid
28 juni 2010, 23:47
Dat heeft hier niets mee te maken hoor, mpemba gaat over warm water dat sneller bevriest dan koud water. Hier gaat het niet over een fase-verandering en over water vs ijs.

Het toont echter wel aan dat 'snelheid van afkoelen' iets is dat theoretisch allesbehalve goed beschreven is, wat mijn punt ook was.

Hellrabbit
29 juni 2010, 01:06
Het is geen kwestie van "willen", maar van de (eventuele) misvatting uit de wereld te helpen dat die eenvoudige formules (of meer bepaald: die constante waarden van specifieke warmtecapaciteit) "juist" zijn.
Je mag veronderstellen wat je wil, als je de fout die daarbij hoort klein genoeg vindt. En ja, ik zou liever integreren ;).

En dat noemt zichzelf dan een ingenieur

Die afbeelding is een eenvoudig DSC-spectrum en onder de juiste omstandigheden is dat wel redelijk accuraat. Kinetische beschouwingen hier in rekening brengen lijkt me nogal naast de kwestie voor OP

Exorikos
29 juni 2010, 10:31
Hij zou zich liever wiskundige noemen denk ik. :p

ZombieRobots
29 juni 2010, 10:36
Zonder een nieuwe thread te moeten aanmaken hier even een vraagske placeren:

Als ik wodka in de vriezer leg, bevriest dit niet (door de alcohol uiteraard), maar betekent dit dan ook dat de wodka kouder is dan 0° C als ik er een thermometer in zou steken?
Ik denk van wel, maar wou toch even zekerheid hier.

Tom!
29 juni 2010, 11:04
En dat noemt zichzelf dan een ingenieur
Waar? :wtf:


Die afbeelding is een eenvoudig DSC-spectrum en onder de juiste omstandigheden is dat wel redelijk accuraat. Kinetische beschouwingen hier in rekening brengen lijkt me nogal naast de kwestie voor OP
Ik breng toch ook helemaal geen ingewikkelde beschouwingen aan? Ik probeerde alleen (mee) te verduidelijken dat het over iets gaat dat in feite een stuk ingewikkelder is. Misschien weet jij precies wat hij zoekt, ik niet. Als hij vraagt naar de snelheid waarmee iets gebeurt, dan is dat bij uitstek een kwestie van kinetiek en niet van energie. Dat dit laatste een goede benadering levert om een idee te krijgen over het eerste, is leuk en nuttige informatie. Maar dat het niet over energie op zich gaat, en wel over snelheden van processen, lijkt me óók interessant en relevant in plaats van "naast de kwestie" :unsure:.

Apex
29 juni 2010, 12:04
Zonder een nieuwe thread te moeten aanmaken hier even een vraagske placeren:

Als ik wodka in de vriezer leg, bevriest dit niet (door de alcohol uiteraard), maar betekent dit dan ook dat de wodka kouder is dan 0° C als ik er een thermometer in zou steken?
Ik denk van wel, maar wou toch even zekerheid hier.

Aangezien ik veronderstel dat uw vriezer alles op een temperatuur van lager dan 0°C brengt, ja.
Puur water heeft een vriespunt van 0°C maar wodka niet ( < 0°C).
De temperatuur van die wodka is dus lager dan 0°C maar hoger dan zijn vriespunt (aangenomen dat het niet bevroor).

Hellrabbit
29 juni 2010, 21:33
Waar? :wtf:


was jij dan geen burgerlijk ingenieur fotonica?

Tom!
30 juni 2010, 09:40
was jij dan geen burgerlijk ingenieur fotonica?
Dat zou best kunnen, maar dat betekent niet dat ik mezelf hier ergens "ingenieur" genoemd heb. Zou me sterk verbazen :lol:.

Musk
30 juni 2010, 20:18
Bon, het vraagstuk waarover ik de topic startte, is ontstaan aan de toog.

Het antwoord hierop zal dus waarschijnlijk níet aan de toog gegeven worden, aangezien het toch wel iets complexer is dan ik dacht. :unsure:

Bedankt voor de verklaringen :)