¿Es más fácil ganar energía o perderla?

Aquí hay una pregunta interesante que me vino a la mente hoy:

Supongamos que tengo dos recipientes de agua. Calor Contenedor A a 60 ° C y Contenedor B se enfría a − 20 ° C . Si los dejo a los dos en habitaciones, ¿a qué recipiente de agua llegará 20 ° C primero (temperatura ambiente)? Suponga que todas las variables están controladas excepto la temperatura del agua.

Envase A y Contenedor B son ambos 40 ° C de la temperatura ambiente. claramente contenedor A necesita perder algo de energía térmica mientras el Contenedor B necesita ganar algo. En ambas situaciones el agua quiere alcanzar el equilibrio térmico en 20 ° C , pero ¿qué contenedor lo hará más rápido?

y hace contenedor B permanece en estado liquido?
En realidad, el título y el cuerpo no tienen ninguna relación. Todavía es posible adivinar qué estás preguntando y, como tal, obtuviste respuestas y un comentario importante.
Sí, suponga que ambos permanecen en estado líquido (quizás el agua no fue el mejor ejemplo).
Todavía sugiero que cambie el título como "para un cuerpo o un sistema es más rápido calentarse o enfriarse", algo así.
¿No es un problema de punto de vista? Si un componente del sistema gana energía, otro la pierde y viceversa. Si encuentra que ganar es más fácil que perder, alguien que observe el resto del sistema tendrá la impresión opuesta.

Respuestas (3)

Eso depende de la capacidad térmica de los contenedores y la conductividad térmica entre los contenedores y la habitación. Si los recipientes son exactamente iguales en estos aspectos alcanzarán juntos la temperatura ambiente.

Si la conducción es la forma dominante de transferencia de calor. Este no es el caso si la transferencia de calor por radiación es significativa.
@Chris Son 2 contenedores de agua a menos de 100 ° C, es seguro asumir que la conducción es dominante.
También es posible que desee hacer la advertencia más realista de que el líquido a -20 no es agua congelada, ya que entonces se requerirá un calor de fusión que no se requiere para enfriar el agua a +60.

Hay dos formas de interpretar su pregunta: según el título y según el cuerpo de la pregunta. Me quedo con el que se basa en el título, porque es más sencillo.

En términos generales, no hay diferencia entre "ganar energía" y "perder energía" en este contexto. Eso es porque si examinas la fórmula de la conducción , se parece a: q = − metro k ∇ T , dónde q es la densidad de flujo de calor y ∇ T es el gradiente de temperatura. Tenga en cuenta que la fórmula depende del gradiente de temperatura, es decir, qué tan rápido cambia la temperatura, pero no de si el flujo de calor es hacia afuera o hacia adentro (es decir, si el cuerpo gana energía o la pierde). Si el cuerpo gana o pierde energía se puede ver a partir del signo, ya sea negativo o positivo, pero tal diferencia de signos no cambia la magnitud del flujo. Así que no hay diferencia.

La otra interpretación de su pregunta, basada en el cuerpo, es significativamente más complicada. Eso es porque todo tipo de efectos menores pueden afectar qué cuerpo gana o pierde energía más rápido. Habría que tener en cuenta, por ejemplo, la radiación (que tampoco depende de si el cuerpo gana o pierde energía, pero sí de cuál es la temperatura ambiente, y esta última puede ser diferente para los dos recipientes). Alguien más podría modelar el enfriamiento por evaporación, en el que parte del agua en el recipiente más caliente se evapora y, por lo tanto, hay menos agua en él, por lo que se enfría más rápido. Etcétera. Hay toneladas de pequeños efectos que pueden afectar el resultado, haciéndolo más complicado.

No sé.

De la forma en que veo el problema, los dos recipientes de agua conforman el agua en cilindros de forma idéntica con la misma área de superficie. En ambos, 40°C de energía deben pasar a través de esta superficie. De esta manera, se ve simétrico.

El flujo de aire en la habitación, causado necesariamente por las diferencias de temperatura y la gravedad, haría que el aire alrededor del recipiente caliente se moviera hacia arriba y el aire alrededor del recipiente frío hacia abajo, pero no veo cómo eso importaría, a menos que hubiera una diferencia en la velocidad. .

Entonces, supongo que sería un empate, no lo sé, ¡pero tal vez mi proceso de pensamiento podría inspirar una mejor respuesta!

¿Es más fácil ganar energía o perderla?
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