Enfriando una taza de café con ayuda de una cuchara

Yo Hicimos el experimento. (Los primeros resultados indican que la inmersión puede ganar, aunque la conclusión final es incierta).

• $\mathrm{H_2O}$baño de hielo
• frasco de conservas
• termómetro
• olla de agua hirviendo
• cronómetro

Hubo cuatro ensayos, cada uno con una duración de 10 minutos. Se vertió agua hirviendo en el frasco de conservas y se sacó la cuchara del baño de hielo y se colocó en el frasco. Se tomó una lectura de temperatura una vez por minuto. Después de cada prueba, el agua se vertía nuevamente en la olla hirviendo y la cuchara se volvía a colocar en el baño de hielo.

 Method:                  Final Temp.
 1. No Spoon              151 F 
 2. Spoon in, no motion   149 F
 3. Spoon stirring        147 F
 4. Spoon dipping         143 F

Las lecturas de temperatura tienen una incertidumbre de$\pm1\,\mathrm{^\circ F}$.

 Red   line:  no Spoon
 Green line:  Spoon in, no motion
 Aqua  line:  Stirring
 Blue  line:  Dipping

drhodes hizo el experimento, obtuvo los datos y demostró que mi hipótesis era incorrecta. Eso es ciencia real .

Saltear tu café sigue siendo genial a la vieja escuela.

Versión anterior (refutada):

La agitación ganará, sin duda, cada vez.Esta es la razón por la que los físicos necesitan hablar con los químicos de vez en cuando. Como señala correctamente Georg, el calor latente de vaporización del agua es enorme, pero se equivoca al agitar la cuchara; agitar es el campeón aquí. ¿Por qué? La temperatura es realmente la energía cinética promedio de las moléculas en la sustancia a granel, que en realidad tiene una variedad de energías cinéticas individuales. La agitación es la forma más rápida de traer moléculas de agua atípicas de alta energía cinética a la superficie, donde superarán los mecanismos de enlace electrostático que las mantienen en la fase líquida y saltarán al aire (fase de vapor). Esta rápida disminución de los valores atípicos de alta energía es la forma más rápida de enfriar una solución acuosa caliente. Es similar a remover té helado. Si simplemente pone cubitos de hielo en un vaso de té tibio, el té más caliente tardará bastante en enfriarse; si lo agita vigorosamente, alcanzará un equilibrio frío en segundos; el calor latente de fusión absorbido por el derretimiento del hielo es igualmente enorme. Este tipo de cosas tiene muchas aplicaciones en procesos químicos industriales y de laboratorio, catálisis de superficies, craqueo de petróleo, y bla bla. Aprendes mucho al respecto en el tercer año de química física universitaria, y realmente debes dominarlo antes o durante el trabajo de posgrado como químico.

Si desea una forma aún más rápida de enfriar una taza de café, aquí tiene un consejo de mi abuelo Parker: olvídese de la cuchara y el plato de su café . En otras palabras, vierta la parte superior de la taza en un platillo y luego vuelva a colocarlo varias veces. El área de superficie grande y en constante cambio durante este proceso provocará una evaporación extremadamente rápida de esos valores atípicos de alta energía, mucho más rápido que la agitación. Los platillos eran muy comunes durante la Gran Depresión, que es una de las razones por las que los juegos de café más antiguos siempre incluían platillos. También obtienes platillos profundos en muchos restaurantes como un remanente de esta práctica, aunque dudo que mucha gente lo haga más.

La forma más rápida y fresca de enfriar el café, con solo una taza y una cuchara, que también es teóricamente posible, es arrojar todo el café al aire y, con un movimiento algo bien coordinado, atraparlo todo en la taza a medida que cae. abajo. Esto maximiza el área de superficie total del café con el aire por tiempo y, por lo tanto, también la transferencia de calor total.

Bueno, si solo puede usar una cuchara, la forma más rápida de enfriar el café para beber es tomar una cucharada, soplar, beberlo de la cuchara y tomar la siguiente cucharada. La convección hace maravillas.

Si se le permite un platillo en lugar de una cuchara, vierta un poco de café en el platillo, sople y bébalo.

Con respecto al contenido de la taza, todo lo que toques con la cuchara es irrelevante. El enfriamiento de un café caliente se logra mediante la vaporización del agua. A temperaturas entre 100 y digamos 50 °C, la presión de vapor es tan grande que el calor arrastrado por la convección del vapor caliente (¡y mucho menos denso que el aire!) domina todos los demás mecanismos de transferencia de calor. (¡aprox. 540 cal/g de calor de vaporización!)

Entonces, debido a que usted no "permite/acepta" soplar la superficie del café, lo segundo mejor es agitar la cuchara sobre la superficie. Soplar/agitar mejorará la vaporización debido a la rápida sustitución del vapor sobre la superficie con aire fresco, frío y seco.

Usando la cuchara, levante un poco de café en el aire y déjelo verter nuevamente en la taza. Un buen vertido largo y lento es ideal (tan alto como puedas sin salpicar).

El movimiento del agua a través del aire lo enfriará más rápido.

Cuanto más grande es la cuchara, más rápido funciona.

En el mundo real, para enfriar el café rápidamente, tome una segunda taza y vierta de una a la otra (nuevamente, lo más alto que pueda). Tres vertidos deberían ser suficientes para que pase de estar caliente a ser potable.

La respuesta puede depender un poco de la humedad en la habitación (ya que eso determinará la tasa de enfriamiento por evaporación), pero básicamente lo mejor es aumentar el área de superficie de su café tanto como sea posible y aumentar la tasa de flujo de aire sobre el café tanto como sea posible. tanto como sea posible (para que el gradiente local de presión parcial del vapor de agua sea lo más pronunciado posible). Sospecho que su mejor opción sería recoger cucharadas de café y verterlas de nuevo en la taza desde lo más alto que pueda manejar sin salpicar el café por todas partes: la corriente de líquido que cae tiene una alta proporción de superficie a volumen. y viaja rápido.

El método más rápido para enfriar café (o chocolate caliente, ya que es más probable que beba) que descubrí cuando no tengo un platillo o una segunda taza es ignorar la cuchara por completo.

Sin platillo, cuchara ni soplador, primero coloco mis manos alrededor del recipiente sin ningún dispositivo de aislamiento y dejo que mis manos absorban tanto calor como puedan soportar. Luego muevo mis manos a la mesa para transferir el calor a la mesa. Luego repito la toma de la copa y la transfiero a la mesa según sea necesario. En 1-2 minutos puedo tomar una taza de más de 200 grados a niveles agradablemente bebibles.

Este método se trata de conducir el calor del recipiente al medio ambiente y tiene el conveniente beneficio secundario de calentar sus manos (y el resto de su cuerpo) muy rápidamente mientras espera que su bebida se enfríe. Combínalo con un silbido de la taza para bajar la temperatura general del café (no solo los lados), además de soplar en la superficie (si puedes hacer trampa), y la taza se enfría aún más rápido.

Esto funciona mejor con mesas de vidrio o metal, pero las mesas de madera también funcionan bien.

Enfríe primero la cuchara (en el congelador, o en su termo de cocina de nitrógeno líquido :) y póngala en la taza. Repita periódicamente el proceso con cucharas nuevas. Usa una cuchara de plata (algunos de nosotros nacimos con una en la boca).

Nota: si permite que alguien introduzca y saque la cuchara del café, la pregunta permite demasiada libertad de acción; no hay nada en los límites de la pregunta que descarte enfriar la cuchara en ese momento; por lo tanto, mi respuesta, que fue irónicamente, no en serio, para aquellos que tienen problemas para determinar la diferencia...

También hay una capa límite significativa en el lado líquido, similar a la microcapa de la superficie del mar.

La organización de la superficie del agua es un impedimento para la difusión de los gases. Por ejemplo, una celda de oxímetro sin agitar (~5 ml) tardará unos 10 minutos en equilibrarse con el oxígeno atmosférico, mientras que una celda agitada se equilibrará en menos de un minuto.

Es probable que la espuma de la superficie, o una monocapa de moléculas grasas, como las que podrían estar formadas por los aceites o la crema de café, tenga un valor aislante. La agitación minimizaría eso al alterar la estructura.

Mueve la copa. Una de las principales formas de enfriar algo es asegurarse de que las partículas calientes que se han levantado de la superficie de la bebida no vuelvan a caer sobre ella.

Extraña pregunta :)

Yo diría que use la temperatura ambiente, levante el café con el pronto y vuélvalo a colocar en la taza repetidamente, esto hará que una parte del café entre en contacto con la habitación fría , por lo tanto, se enfríe más y se mezcle con la caliente, lo que hará que baje la temperatura. temperatura general.

No tengo (¿obviamente?) conocimientos matemáticos/físicos sobre cuán efectiva podría ser esta técnica, y además tomo el café lo más caliente que puedo ;P

¡Buena suerte!

Revuelvo el café con un movimiento de lado a lado con el tazón de la cuchara paralelo al lado de la taza. Debido al ángulo, el principio de Bernoulli mueve el café a través del centro de la taza hacia la parte superior. Esto hace circular el líquido mucho más rápido de lo que cabría esperar de una manera controlable que evita las salpicaduras que puede causar la agitación vigorosa. También tiene el efecto secundario de eliminar la crema seca del recipiente de la cuchara mucho más eficientemente que cualquier otro movimiento posible. El líquido que sube desde el centro y es forzado a través de la parte superior hacia los lados suavemente y sin espacios de cavitación provoca agitación. El líquido también se conduce mejor con los lados y libera calor a través de la onda que se forma en la parte superior aumentando el área de contacto de la superficie con el aire y transfiriendo el calor al cuerpo de la taza/radiador de calor. En realidad, sí remuevo de esa manera. Limpia la cuchara mucho mejor y requiere menos esfuerzo. Aparte de eso, lo anterior es simplemente una inferencia fortuita.

Al dejar la cuchara inmóvil en el café, solo se beneficia de la conducción térmica y la disipación de la cuchara.

Al remover el café, no solo ayuda a mantener las partes más calientes del café en contacto con el aire y la taza, sino que también aumenta el área de la superficie al introducir anomalías en la superficie superior y ayuda a mover el aire cálido y húmedo sobre el café. , pero también obtiene todos los beneficios de la conducción térmica y la disipación de la cuchara.

Al sumergir la cuchara repetidamente, no solo está introduciendo aire en el líquido, que absorberá mucho calor y se eliminará tan pronto como toque la superficie, sino que también obtendrá todos los beneficios de la conducción térmica y la disipación de la cuchara y todos los beneficios de remover el café.

Ignorando el hecho de que probablemente salpicarás el café y harás un desastre en el mostrador, la respuesta correcta es mojar la cuchara repetidamente. Además, ¡usted y sus compañeros de trabajo son nerds!

Revuelve el café con la cuchara y sopla aire en la taza con la boca. Cada pocos segundos cambie la dirección de la agitación (en sentido horario a antihorario y viceversa). Esto debería enfriarlo más rápido que simplemente revolver el café con la cuchara.

Recientemente hice una prueba ligeramente diferente, también probando la temperatura en una taza de café:

Dónde:

• El área verde es donde creo que el café está a una temperatura potable.
• El morado no es refrescante. Simplemente muestra una taza de café con una cuchara a temperatura ambiente.
• La naranja sopla sobre el café. Sí, lo hice durante 20 minutos (vamos a la física).
• El rojo es levantar una cuchara, similar a "insertar y quitar la cuchara repetidamente", pero levanto un poco de café y también lo dejo caer en la taza (aproximadamente 5 cm de caída).
• Blue está revolviendo el café con una cuchara.

La prueba se realizó utilizando un arduino para ahorrar temperatura cada 2 segundos.

¡Los resultados muestran que soplar es mucho más rápido! Soplar es más rápido porque expulsa el aire húmedo y caliente justo por encima de la taza. Luego lo reemplazas con aire frío y seco. El viejo equilibrio se formará de nuevo provocando mucho más enfriamiento por evaporación.

Usar un platillo o cubitos de hielo es aún más rápido, pero mi prueba se centró en lo mejor que puedes hacer cuando te sientas en un café.

Lo hice para este video , donde explico más sobre la configuración y los resultados.

Use una cuchara de cobre grande y gruesa.

1. Introduce la cuchara en el café durante 3 segundos.
2. Quítelo e inserte la cuchara en su boca. (Cuidado que hará calor)
3. Use la lengua y el paladar para enfriar la cuchara presionando con fuerza. Cuando la cuchara esté cerca de la temperatura de tu boca (se sienta tibia) retírala y vuelve a introducir la cuchara en el café otros 3 segundos más 0,5 multiplicado por las veces que hayas introducido la cuchara.
4. Repite hasta que la cuchara tenga la temperatura que deseas.
5. Beber café. (pero no lo compartas, no es saludable)

Hay muchas respuestas e incluso datos experimentales, pero no existe un modelo matemático. Llenaré este vacío, agregaré algunos modelos que explican los datos experimentales. El modelo más simple es la convección laminar, que describe la transferencia de calor del café al aire circundante. Este modelo describe el enfriamiento del café sin cuchara y sin soplar. Aquí asumimos que el calor se elimina de la parte superior ya través de las paredes laterales, y la parte inferior está aislada. La Figura 1 muestra las líneas de flujo de corriente convectivo (arriba a la izquierda) y los cambios de temperatura con el tiempo en el volumen (derecha) y en tres puntos$1 - (0.5,0.5),2 - (0.5,0), 3-(0.25,0)$(inferior derecha). La figura 2 muestra los mismos parámetros en presencia de soplado. Comparando los datos en las Figs. 1 y 2, vemos que el flujo de aire reduce el tiempo de enfriamiento a una temperatura aceptable en el fondo de la taza (pero no en el centro). Es por eso que todavía necesitamos una cuchara para mezclar líquidos fríos y calientes.

Si sostiene una cuchara con firmeza y la mueve de un lado a otro perpendicularmente a la cara de la cuchara a una cierta velocidad, provocará una cavitación estable y una turbulencia extrema que no salpicará de la taza. Hago esto todo el tiempo cuando disuelvo azúcar en kool-aid, pero con la práctica creo que podría enfriar el café más rápido. Podría ser un segundo cercano a la técnica de cuchara-levantar-verter.

El calor fluye hacia una condición más fría; el frío no desemboca en una condición más cálida. La 'velocidad' de enfriamiento depende de la diferencia entre el café y la temperatura ambiente circundante. Es decir, una taza de café muy caliente se enfriará "más rápido" que una taza de café recién tibia. A medida que la taza de café muy caliente comienza a acercarse a la temperatura ambiente, la velocidad de enfriamiento también se ralentiza. Simplemente tocar la cuchara con un cubo de hielo permitirá que el "calor" fluya hacia el cubo de hielo más rápido. Sin embargo, la adición del cubo de hielo puede violar los parámetros del experimento. Dejando la cuchara a temperatura ambiente podrás saber la temperatura del café. Será igual a la temperatura ambiente, no más fría.

Si el único aparato es una taza de café caliente y una cuchara (de metal), la mejor manera de enfriar el café es removerlo de manera 'aleatoria' en lugar de hacerlo con un movimiento circular . Las razones son las siguientes:

• Elección de cuchara de metal: La cuchara de metal está a una temperatura más baja que el café y actúa como un disipador de calor para que el calor fluya del café a la cuchara.
• Revolviendo el café: Revolviendo aumenta la superficie del café en contacto con la atmósfera y por convección las corrientes de calor suben a la superficie y se enfrían debido a la diferencia de temperatura entre la atmósfera y el café.
• Revolver de manera 'aleatoria': si se revuelve de forma circular, entonces, aproximadamente cada porción del café se mueve en un patrón circular y las partes que comienzan debajo de la superficie permanecen debajo de la superficie. Pero, si la agitación es aleatoria, entonces cualquier parte del café tiene más posibilidades de pasar a la capa superficial. Además, el coeficiente de transferencia de calor depende del número de Reynold; más la turbulencia, más es el número de Reynolds y más es la transferencia de calor. Por lo tanto, la agitación aleatoria puede aumentar la turbulencia del flujo, lo que resulta en una mayor transferencia de calor entre el café y la atmósfera.

NB: Se debe remover el café al azar dentro de un límite, de lo contrario, el café se derramaría y no quedaría café en la taza para beber.

Con el movimiento de la cuchara le das energía a las partículas y moléculas. De esta forma las moléculas aumentan su energía cinética y muchas de ellas se escapan de la taza de té. Por lo tanto es válido el uso de una cuchara para enfriar una taza de té. !

¿Qué tal esto? Antes de poner el café en la taza, vierta el café caliente directamente en la cuchara, permitiendo que el exceso se derrame en la taza de café. El objetivo aquí es hacer que el café fluya hacia abajo en la cuchara y luego en la taza, con la mayor distancia posible.

Cuanta más distancia haya entre la cuchara, la taza y la fuente de café, más se puede enfriar del aire.

Puedes sentir este efecto cuando te duchas. Si ajusta el calor del agua y levanta el cabezal de la ducha más cerca y más lejos de su cuerpo, puede sentir que la temperatura cambia a medida que viaja por el aire.

Según la forma más rápida sería mantener una tira gruesa rectangular plana en el café con un cubo de hielo en el otro extremo, el calor fluirá por conducción. Y dado que la diferencia de temperatura entre los dos es grande, el cubo de hielo absorberá una gran cantidad de energía térmica para derretirse (tal vez sería mejor tomar un objeto más frío).

Este calor se descuenta de tu café y se enfría. Creo que es bastante similar a dejar caer algunos cubitos de hielo en un café sin diluir el café.