En gran parte porque, en circunstancias normales, el agua no se calienta más de lo que hierve; en ese punto, como sabes, se convierte en vapor. Puede agregar calor y hervirlo más rápido , pero el agua solo puede calentarse. Cuando elimine la fuente de calor, el agua caerá rápidamente por debajo de este umbral. Estás justo en el filo de la navaja de la temperatura.

Porque el agua, y por lo tanto el acero, no supera los 100 °C

Suponiendo una presión normal (1 atmósfera), el agua hierve a 100 °C. El agua no puede calentarse más porque entonces se convierte en vapor. El agua hirviendo circula muy eficazmente. Tan pronto como se forma una burbuja de vapor, se eleva y se reemplaza con agua líquida.

Esto hace que sea casi imposible que el acero que está en contacto con el agua alcance una temperatura superior a los 100 grados. Incluso si el acero debajo está más caliente que eso, en la interfaz entre el acero y el agua, la temperatura estará muy cerca de los 100 grados.

Entonces, debido a que el agua nunca está a más de 100 °C, y debido a que el agua absorbe el calor del acero de manera muy efectiva, y debido a que el acero es un buen conductor del calor, esto combinado significa que todo el fondo de acero de la olla nunca se calienta mucho más que 100 °C. El agua obliga al acero a no estar nunca mucho más caliente que 100 °C.

Nota al margen 1: Esta es la razón por la cual el enfriamiento por agua funciona tan bien, porque mientras el agua sea líquida, tiene una temperatura máxima que se está enfriando cercana a los 100 °C.

Nota al margen 2: a su vez, esta es la razón por la que puede hervir agua en un vaso de papel o plástico sobre una llama abierta ; el agua obligará al papel/plástico a no calentarse tanto como para carbonizarse/derretirse.

Esto significa que tan pronto como se quita la fuente de calor (el gas que se quema en su caso) del acero, el calor que absorbe el agua baja muy rápidamente la temperatura del acero por debajo de los 100 °C.

La razón principal es que la ebullición requiere cantidades bastante enormes de energía. ^1,2 ¿Cuántos minutos se tarda en hervir, digamos, un cuarto de galón o un litro de agua (¿5 minutos?), en comparación con la evaporación real hirviéndola (30 minutos?). Esa proporción es una buena estimación de la energía que se necesita para que el agua se evapore. La energía para la evaporación se extrae del calor del ambiente, que se utiliza con frecuencia cuando se necesita refrigeración en aplicaciones técnicas y cotidianas.

Entonces el orden de los eventos es:

• La entrada constante de calor de la llama mantiene el agua hirviendo.

• La entrada de calor se detiene porque apagas la estufa.

• Por un pequeño momento hay suficiente calor en el recipiente para hervir un poco más de agua, lo que enfría el agua propiamente dicha y el recipiente.

• Debido a la energía utilizada para la evaporación, la temperatura del agua cae por debajo del punto de ebullición y el agua deja de hervir. Esto sucede rápido porque la energía térmica almacenada en el agua y el recipiente es pequeña en comparación con la energía necesaria para evaporar el agua.

Quizás se podría agregar que el agua puede evaporarse muy rápidamente y básicamente utiliza la energía disponible "inmediatamente". La física es bastante interesante porque el factor limitante es qué tan rápido puedes transportar la energía al agua . El transporte de calor de una superficie sólida (léase: olla de metal) al agua líquida es muy bueno, en parte debido a la convección del agua. Pero cuando comienza a hervir, el vapor interfiere y conduce el calor comparativamente mal, lo que conduce al curioso efecto de que existe una temperatura óptima para una superficie de calentamiento por encima de la cual el calentamiento se ralentiza hasta que la transferencia de energía por radiación se hace cargo.

Sospecho que uno podría evaporar una pequeña cantidad de agua "instantáneamente" al irradiarla con microondas intensos que transportan la energía justo donde se necesita, eludiendo, por así decirlo, todos los problemas de transporte de calor.

¹ La evaporación es una transición de fase de la fase fluida ("agua") a la fase gaseosa ("vapor" o "vapor", pero tenga cuidado con las palabras cotidianas: ¡el vapor de agua es invisible!). La mayoría de las transiciones de fase implican grandes flujos de energía . Esa es la razón por la cual el hielo es un excelente refrigerante a 0 C (por ejemplo, en su refrigerador). No es solo la temperatura del refrigerante, es la energía necesaria para la inminente transición de fase.

² Esta energía se denomina "calor de evaporación (latente)" o entalpía . Para el agua, son aproximadamente 2,2 kilojulios por gramo, si podemos confiar en wikipedia, lo que lo convertiría en 2,2 megajulios por litro, también conocido como 2,2 megavatios-segundo (¿no te encantan las unidades métricas?). Para Watt - hora en lugar de -segundos, dividimos por los 3600 segundos en una hora ³ para obtener 611 Watt-hora, lo que cumple bastante bien con mi suposición de 30 minutos con una cocina de 1 kW :-).

³ ¡Qué pena que las horas no tengan 100 minutos y un minuto no tenga 100 segundos!

Porque a temperatura y presión ambiente, el agua nunca supera los 100C. Cuando aumenta el calor, más energía se vaporiza en vapor, es decir, agrega el calor latente de vaporización. El cuerpo del líquido permanece a la misma temperatura, solo lo suficientemente caliente como para hervir.

Hay calor latente en la sartén, todavía está caliente. Pero precisamente porque es un buen conductor, eso se disipa muy rápidamente. Habrá un retraso muy pequeño en ebullición alta, especialmente con una sartén de fondo grueso. Sin embargo, podría ser difícil de observar.

Sí, los carteles que señalan la enorme energía del "calor latente de vaporización" van por buen camino.

En detalle, lo que tienes es un conjunto de moléculas de agua unidas entre sí por enlaces de hidrógeno. Además, el agua tiene una "piel" donde las moléculas solo están "pegadas" a otras moléculas de H2O en cadenas debajo de ellas (tensión superficial).

Finalmente, al hervir, tienes que romper todos estos enlaces y lanzar una sola molécula al espacio en forma de vapor.

Para abordar aún más su pregunta, la rapidez con la que se reduce este proceso podría ser bolsas de vapor cerca de la superficie de calentamiento de la estufa. Las ondas de presión invisibles del agua activada transportan el calor a la superficie para escapar. No olvides que el agua tiene una gran estructura; esto explica su alto punto de ebullición. Entonces, cuando apaga el fuego, el "empuje" cuasi-mecánico desde abajo desaparece, las moléculas de agua se unen en cadenas más largas y toda la estructura "vuelve" a un líquido normal. Otro factor que actúa aquí, en una escala más macroscópica, es que las burbujas de vapor cerca de la superficie de calentamiento tienen que "empujar" el agua para que alcance la superficie. Tan pronto como quitas el calor, estos colapsan, drenando aún más la energía del sistema.

En realidad, es una pregunta sutil e interesante.

A 1 atmósfera de presión, la temperatura máxima del agua líquida es de 100 °C. A medida que agrega calor, el agua simplemente se evapora y permanece a 100 °C.

J es Joule, que es calor.

Se necesitan 4,187 kJ/kg para aumentar la temperatura del agua 1 °C.

Se necesitan 2030 kJ/kg para vaporizarse. Se necesita más calor para vaporizar el agua que para calentarla de 0 °C a 100 °C.

A 100 °C, si agrega más calor, simplemente se vaporiza (hierve) más rápido.

Cuando quita la fuente de calor, el agua deja de hervir inmediatamente.

Habrá una cantidad muy pequeña de calor que aún no se ha transferido de la sartén al agua pero que será casi inmediato (una fracción de segundo).