¿Qué se derretiría más rápido en la acera, volúmenes iguales de nieve o hielo?

La densidad de la nieve es mucho menor que la densidad del hielo, por lo que el calor total de fusión necesario para derretir un volumen de nieve es mucho menor. Eso significará que la nieve se derrite más rápido que el hielo.

El aire en la nieve reduce la conductividad térmica, pero eso solo significa que el poco calor del aire puede derretir la capa exterior de nieve sin tener que preocuparse por el efecto de la nieve "más adentro".

Según mi experiencia, un factor importante en el derretimiento de la nieve es la presencia de suciedad, pequeñas partículas oscuras que absorben la energía de la luz solar. La nieve "limpia" refleja gran parte de la energía del sol, mientras que el hielo limpio (sólido) absorberá una fracción mayor. Este es un factor que importa más para la nieve en presencia de la luz solar: no afecta la nieve a la sombra, donde solo el calor del aire juega un papel, y eso es lo que creo que estaba preguntando.

La energía total absorbida por el hielo y la nieve no agotará la energía del Sol ni retrasará su entrega. El problema es la tasa de transferencia de calor a través de la superficie y a través del hielo y la nieve.

Factores a considerar:

(1) Un volumen dado de hielo contiene una mayor cantidad de moléculas de agua que el mismo volumen de nieve. Sume toda la energía requerida para llevar cada molécula al punto de fusión y encontrará una mayor energía total requerida para derretir el hielo que la nieve, como dijo Floris en su respuesta. PERO, como la energía del Sol que golpea la superficie es la misma tanto para el hielo como para la nieve, y no se agotará (para fines prácticos), independientemente de la cantidad total absorbida, la tasa de transferencia de energía hacia y a través del hielo y la nieve se convierte en el factor importante. factor. Para que el hielo se derrita más rápido que la nieve, se necesita transferir más energía por unidad de tiempo al hielo.

(2) La superficie estará en el punto triple del agua . Parte del agua se derretirá y parte se evaporará. El agua que se evapora usa energía que de otro modo estaría disponible para su conducción a través del hielo y la nieve. Pero ni la sublimación ni la evaporación reducirán la energía por unidad de tiempo entregada por el Sol a la superficie. Como la energía entregada por unidad de tiempo no disminuirá, el calor de evaporación y el calor latente de sublimación no deberían afectar la tasa de transferencia de calor al hielo y la nieve. Pero la tasa de evaporación será mayor por unidad de volumen de nieve que de hielo, ya que habrá mayor superficie por mol.

(3) La nieve tiene mayor área de superficie por mol que el hielo. Pero el hielo tiene mayor número de moles por unidad de volumen. La energía disponible por unidad de tiempo es la misma para ambos, por lo que el área superficial por mol me parece un factor importante.

(4) La convección del aire a través de la nieve probablemente sea insignificante, ya que la nieve es un aislante. La energía radiante entregada a ya través de la superficie, y la convección del agua a través del agua superficial que se filtra hacia el interior, pueden ser los métodos dominantes de transferencia de calor al hielo y la nieve. Como la nieve es más porosa, espero que la convección a través de la filtración de agua sea más rápida en la nieve que en el hielo.

(5) El albedo del hielo desnudo es 0,5 y el albedo del hielo con nieve es 0,9. Como el albedo del hielo es menor que el de la nieve, una superficie de nieve refleja más energía que el hielo. Más energía radiante por unidad de tiempo penetra la superficie del hielo desnudo que la nieve.

A favor de que la nieve se derrita más rápido: a) Mayor superficie por mol para la evaporación, b) Mayor porosidad por mol para la filtración de agua para transferir calor al interior de la nieve.

A favor de que el hielo se derrita más rápido: a) La energía radiante puede penetrar la superficie transparente del hielo directamente hacia el interior.

Supongo que el hielo se derretirá más rápido en un día soleado, mientras que la nieve se derretirá más rápido en un día nublado, si (a) las temperaturas del aire y del suelo son las mismas en ambos días, (b) la humedad relativa es la misma en ambos días .

Como físico experimental, por supuesto, mi primera sugerencia es encontrar un congelador con escarcha pegada a las paredes y probarlo limpiándolo, pero aparte de eso:

Lo principal en lo que puedo pensar es que una vez que la nieve de la superficie se derrite, puede gotear y transferir calor más abajo. Es por eso que verá nieve derretida que parece torres de carámbanos: algo oscuro cae sobre la nieve, absorbe la luz del sol y se calienta, derritiendo un poco de nieve a su alrededor, que luego gotea y derrite la nieve debajo y forma el un trozo de cosas oscuras se despliega y el proceso continúa. Esto no es posible en el hielo, especialmente porque el trozo de material terminará sentado en un charco de agua que también lo aislará del hielo. Creo que este proceso, combinado con la masa mucho más pequeña, hará que la nieve se derrita mucho más rápido.

¿Alguna vez has hecho un muñeco de nieve? Bastante fácil de recoger esa bola de nieve para la parte superior del cuerpo, ¿no? ¿Te imaginas lo pesada que sería la bola sólida de hielo del mismo tamaño?

Entonces, mismo volumen pero agua mucho más sólida. En igualdad de condiciones, se requiere mucha más energía térmica para derretir una bola de hielo en comparación con una bola de nieve. Por lo tanto, la nieve se derretirá más rápido. Pero no todas las cosas son iguales, la nieve se ve diferente al hielo, mucho más blanca, por lo que si la luz solar (radiación) se está derritiendo en gran medida, entonces la nieve limpia absorberá menos calor por área de superficie que el hielo limpio. También tenemos conducción desde el suelo, una capa de hielo está en muy buen contacto con el suelo, la nieve no tanto. Podemos solucionarlo ? Tal vez, pero va a ser complicado, debe tener en cuenta la fuente de calor, el tipo de calor (conducción, radiación), la reflectividad de la superficie, etc.

Mi dinero está en la nieve yendo más rápido por el MISMO volumen.