Wie lange dauert es, bis Wasser seine Umgebungstemperatur annimmt?
Angenommen, man hat einen 5 kubikzentimeter großen Würfel aus 20° warmen Wasser und die Umgebungstemperatur beträgt -10 Grad. Wie lange würde es dauern, bis der Würfel eine Temperatur von 10, 0 und -10 Grad annimt?
Die Wassertemperatur ist überall im Würfel gleich.
Und kennt ihr eine Formel, mit der man Sowas abhängig von der Eigen- und Außentemperatur, Volumen und Oberfläche berechnen kann?
4 Antworten
Bei dieser Frage hapert aus an allen Ecken und Kanten. Zunächst gibt es 20 Grad warmes Wasser nicht in Würfelform. Für obige Überlegung müsste sich das Wasser also bereits in einem würfelförmigen Hohlraum befinden. Dann stellt sich die Frage, ob die Wasseroberfläche auch vom Material des Hohlraums abgedeckt ist (was Probleme bei der unterschiedlichen Ausdehnung und Schrumpfung von Wasser und dem ihm umgebenden Material mit sich bringen würde - oder befindet sich über dem Wasser einfach nur Luft?
Von welchem Material soll das Wasser umgeben sein - verschiedene Materialien leiten Wärme verschieden schnell ab bzw. weg.
Das größte Problem ist jedoch, dass sich die Temperatur des Materials, welches das Wasser umgibt, erhöht, während sich das Wasser abkühlt. Es ist also fast nicht möglich, so etwas zu berechnen, es sei denn, man geht von allen möglichen zusätzlichen praxisfernen Annahmen aus, welche die gesamte Überlegung für den Alltag unbrauchbar macht.
Falls du im Alltag auf ein derartiges Problem stößt, miss die Temperaturwerte und die Zeit einfach. Beachte auch, wie genau deine Messung für den erforderlichen Zweck sein muss. Soll sich das Wasser auf genau -10 Grad abkühlen oder reichen -9,98 Grad? Das kann einen riesigen zeitlichen Unterschied machen.
Also die Berechnungen sind zwar nicht 100% exakt, aber man kann schon was damit anfangen. Auch in instationären Fällemln. Schließlich basiert ein Großteil der Verfahrenstechnik genau auf solchen Berechnungen. Und dort braucht man höhere Genauigkeiten als im Alltag. Ich würde eher meinen, der Berechnungsaufwand ist für alltägliche Probleme unangemessen hoch, es sei denn, man ist extrem Routiniert - abgesehen davon, dass es meist daran scheitert, dass eben wichtige Angaben fehlen.
Der Rechnungsaufwand wäre gigantisch, selbst nach Vorgabe von Luftfeuchte, Luftdruck und Windgeschwindigkeit. Die Würfelform erhält das (vermutlich chemisch reine) Wasser ja durch einen Behälter. Und auf dessen Materialeigenschaften und Maße käme es hauptsächlich an. Auch müsste die Unterlage des Behälters mit ihren Eigenschaften in die Berechnung einbezogen werden.
Sowas kann man (näherungsweise) schon berechnen, aber nicht mit dieser Angabe.
Die Berechnung ist auch keine simple Formel in die du einsetzt (ok, sobald du dich auskennst, setzt du in Formeln ein, aber du musst erst mal wissen welche).
Also wenn dich das echt so interessiert, besorg dir doch ein gutes Lehrbuch über Thermodynamik bzw Wärmeübertragung :)
Die Wassertemperatur ist überall im Würfel gleich.
Dann kann sie sich auch nicht ändern.
Also stimmt was an deiner Frage nicht, denn offensichtlich kann sich Wasser abkühlen, SOGAR GEFRIEREN !!!!