2014.05.20 09:11 nie rozumiem mikrofalówek

Wyobraź sobie, że wkładasz do mikrofalówki na dwie minuty szklankę mleka (i włączasz mikrofalówkę, no nie). A potem druga próba: tym razem wkładasz do mikrofalówki dwie szklanki mleka i znowu włączasz na dwie minuty. Jak myślisz, w którym przypadku mleko nagrzeje się bardziej? Najpierw się zastanów, potem zrób eksperyment, a potem wymyśl wytłumaczenie, dlaczego tak jest.
A teraz wstaw do mikrofalówki dwie szklanki: jedną pełną, drugą nalaną w połowie. Włącz mikrofalówkę na dwie minuty. Jak myślisz, w której szklance mleko nagrzeje się bardziej? Najpierw się zastanów, potem zrób eksperyment, a potem wymyśl wytłumaczenie, dlaczego tak jest.

komentarze:
2014.09.02 08:06 silvan

Mikrofalówka wysyła fale elektromagnetyczne i ma podaną jakąś moc wyjściową, załóżmy 800 W. Wat to J/s (Joul na sekundę). Ignorując gęstość energii wewnątrz kuchenki mikrofalowej (to jest fala stojąca w trzech wymiarach, więc są takie miejsca, gdzie w ogóle nie jest deponowana energia) i zmianę ciepła właściwego zależną od temperatury (w skali 0-100 stopni Celsjusza efekt jest zaniedbywalnie mały), mamy:
c_w = Q/(mT), gdzie c_w to ciepło właściwe, m to masa [kg], T zmiana temperatury [K], Q dostarczone ciepło [J].
Czyli T = Q/(m*c_w).

W każdej sekundzie dostarczone ciepło jest stałe (800 W to 800 J/s), c_w jest stałe. Zatem zmiana temperatury jest odwrotnie proporcjonalna do masy ogrzewanego obiektu.

Ergo, dwie pełne szklanki mleka o tej samej temperaturze początkowej ogrzeją się o dwa razy mniej stopni niż jedna szklanka mleka, zakładając, że włożyliśmy je do mikrofalówki na tyle samo.

Analogicznie (przy założeniu że gęstość energii jest jednakowa), szklanka napełniona w połowie nagrzeje się dwa razy bardziej niż szklanka pełna.

Wszystkie wymienione efekty, które pominęliśmy, dadzą różnice mierzalne termometrem, ale zaniedbywalne dla człowieka.



2014.09.02 09:27 Piotrek

A jak wytłumaczysz to, co się dzieje, kiedy wstawisz do mikrofali jednocześnie dwie takie same szklanki: jedną napełnioną całą, drugą do połowy? W swoim opisie piszesz: "W każdej sekundzie dostarczone ciepło jest stałe". Ale jeśli w mikrofali jest kilka rzeczy, to jak między nie jest rozdzielane to stałe ciepło? Proporcjonalnie do objętości danej rzeczy, rozum by mówił. A doświadczenie pokazuje, że nie.


2014.09.03 16:22 silvan

A, zapomniałem zupełnie o głębokości penetracji mikrofal. Efekt jest słabszy niż w przypadku klasycznego pieca, ale i tak to, co włożysz do mikrofalówki, nagrzewa się bardziej przy powierzchni niż w środku.

Można sobie zatem wyobrazić, że dostarczone ciepło jest proporcjonalne do pola powierzchni, a ilość ciepła, którą trzeba dostarczyć, jest proporcjonalna do objętości.

Jeśli szklanka jest idealnym walcem o średnicy 5 cm i wysokości 10 cm (załóżmy, że jest, proszę), to stosunek pola powierzchni szklanki pełnej do szklanki półpełnej wynosi 1,(6) , a stosunek ich objętości wynosi 2. Skoro ilość materii do ogrzania rośnie szybciej niż powierzchnia, w której deponowana jest energia, to większa szklanka będzie ogrzewać się wolniej niż mniejsza.


2014.09.03 16:22 silvan

A, zapomniałem zupełnie o głębokości penetracji mikrofal. Efekt jest słabszy niż w przypadku klasycznego pieca, ale i tak to, co włożysz do mikrofalówki, nagrzewa się bardziej przy powierzchni niż w środku.

Można sobie zatem wyobrazić, że dostarczone ciepło jest proporcjonalne do pola powierzchni, a ilość ciepła, którą trzeba dostarczyć, jest proporcjonalna do objętości.

Jeśli szklanka jest idealnym walcem o średnicy 5 cm i wysokości 10 cm (załóżmy, że jest, proszę), to stosunek pola powierzchni szklanki pełnej do szklanki półpełnej wynosi 1,(6) , a stosunek ich objętości wynosi 2. Skoro ilość materii do ogrzania rośnie szybciej niż powierzchnia, w której deponowana jest energia, to większa szklanka będzie ogrzewać się wolniej niż mniejsza.


2014.09.03 16:38 Piotrek

To do takich samych wniosków i ja doszedłem. Więc się zgadzamy.


2014.09.03 17:22 silvan

1. To tego nie napisałeś.
2. Brakuje mi na tym Twoim blogu jakiegoś mechanizmu powiadamiającego, że mam odpowiedź. :)
3. To czego jeszcze nie rozumiesz w mikrofalówkach?


2014.09.04 04:33 Piotrek

@2: Na stronie głównej bloga (czyli na http://czterycztery.pl/blog/) masz linka do RSS-a z wszystkimi komentarzami do wszystkich postów (czyli http://czterycztery.pl/blog/rss/komentarze.php ). Wiem, że to nie całkiem to, ale to prawie to.

@3: Jak to się dzieje, że te mikrofale grzeją. Ale to już chyba wikipedia mi kiedyś powie.


2014.09.04 06:37 silvan

Woda (nie tylko woda, ale to głównie o nią chodzi) jest dipolem. Jak wystawimy ją na działanie pola elektromagnetycznego, to każda cząsteczka będzie próbowała ustawić się zgodnie z liniami tego pola. Jeśli rzeczone pole będzie się zmieniać, to cząsteczka wody będzie się bujać na wszystkie możliwe strony (ma 6 stopni swobody) i będzie wzrastać jej energia kinetyczna. A temperatura ciała na poziomie mikroskopowym to nic innego jak energia molekuł, z których to ciało się składa.

Chyba że pytasz dlaczego fale elektromagnetyczne oddziałowują z materią. Tego to nie wiem.


2014.09.04 11:52 Piotrek

A, jasne.



ksywa:

tu wpisz cyfrę cztery: (to takie zabezpieczenie antyspamowe)

komentarze wulgarne albo co mi się nie spodobają będę kasował


powrot na strone glowna

RSS