Gyors hűtés (Szalkai István)

← 21. Mágnesesség és elektromosság 23. Hőtágulás →

22. Gyors hűtés és fűtés

"Nyáron nagyon meleg van, télen nagyon hideg van, soha sincs jó idő!" Bizony, a kellemes, langyos idő csak pár hét tavasszal és ősszel. Nyáron a légkondi (és a fagyi), télen a fűtés (és a téli fagyi) viszi a pénzt!

22.1 Hűtünk

"Die Suppe ist gut heiss!" ("A leves jó (mert) forró.") cseng fülembe minden ebédnél, gyerekkorom óta. Mégis nyafog sok gyerek, mert sokáig kell fújni a levest, főzeléket, teát, kakaót, stb. DE: ha eszünkbe jut, hogy a fémek jó hővezetőek (erről részletesebben a 23. Hővezetés és hőtágulás fejezetben írunk), akkor tegyük bele a nagykanalat a tányérba (bögrébe)! Ez meggyorsítja a hőcserét, vagyis a hűtést. Amikor a nagykanál átmelegedett, ki is cserélhetjük egy másikra (hidegebbre).
Hasonló "trükk", ha a forró teát (kakaót) egy hideg bögrébe töltjük át.

Apropó! Ha gyorsan fújjuk ki a levegőt, akkor hűteni tudunk vele, ha pedig lassan engedjük ki szánkból, akkor melegítünk vele. Miért? A gyorsan kifújt levegő a nagy sebességtől hűl le, pedig fel kellene melegednie? Nem egészen: inkább a lassú "leheléskor" szájüregünkben jobban fel tudjuk melegíteni a levegőt.

Arra még emlékszünk, hogy a párolgás hőt von el, de miért teszünk fedőt a lábosra, ha hűteni szeretnénk? Igen, az élet nem tiszta fizika: belerepül valami, belelépünk, nem szeretjük a gőzt a konyhában, kilöttyen, stb. De ha lehet, hagyjuk fedetlenül az edényt, úgy hamarabb kihűl a tartalma! Ugyanis, az edénybe zárt levegő hamar felmelegszik, a fedőn keresztül lassan tudja a hőt átadni a környezetének. Ennél sokkal gyorsabb, ha a felmelegedett levegő egyszerűen elszáll, és helyére hűvösebb érkezik. (A hőátadást az is gyorsítja, ha az anyagok hőmérsékletei jobban eltérnek, azaz nagyobb a hőmérséklet- különbség.)

Annyit azért elárulok, hogy néha szándékosan hagyjuk a fedőt a láboson vagy poháron: ha kicsit tovább szeretnénk melegen tartani (fiam késik az ebédről), vagy például jó erős teát szeretnék látni a bögrémben.
A befőzés hagyományos meleg dunszt (vagy száraz dunszt) eljárása is ezért hasznos: sokáig forrón tartja a befőtteket, ami által a kórokozók nagyobb része elpusztul, csírátlanítja a befőtteket. (A száraz dunszt mindössze csak annyi, hogy a forró lekvárral teli befőttesüvegeket újságpapírok, párnák, pokrócok között fonott kosárba vagy nagy kartondobozba tesznek, vagyis alaposan hőszigetelik, és egy-két napig így hagyják.)

Sőt, egy további érdekes kísérlet is hasznos lehet mindennapi problémáinkra: ha ugyanannyi meleg és hideg folyadék van két nyitott edényben, akkor a téli hidegben a (kezdetben) a melegebb folyadék fagy meg hamarabb! Hogy miért? Ha a melegebb folyadék kezdetben elég forró és a levegő elég fagyos, akkor közöttük a nagy hőmérséklet-különbség miatt a párolgás is jelentős, ez pedig molekula-, vagyis anyagveszteséggel jár. Így pillanatok alatt tömege annyira lecsökken, hogy megfagyásához kevesebb "hideg" szükséges, így ő a nyertes!

A jég hideg, jégkockát teszünk nyáron poharunkba. Sőt, készíthetünk gyümölcsléből, szörpből, kávéból, húslevesből, stb. is hasznos fagyasztott "kockákat" (téglatesteket) vagy más formákat: a Google kép- és szövegtalálatai ötletek végeláthatatlan sorát mutatja.
Az utakat, pontosabban az utakon és járdákon levő jeget télen azért sózzák, mert a sós víz fagyáspontja alacsonyabb mint 0^oC. Ennél magasabb hőmérsékleten a víz-só keveréknek tehát nem illik megfagynia, vagyis a jég kénytelen megolvadni! (Újabban só helyett környezetbarátabb anyagot használnak, de a fizika ettől még nem változik meg.)
Ezt a gondolatmenetet folytatva a konyhában is tehetünk a hűteni kívánt pohár italunk melletti jégkocka-kupacra kevés sót! Próbáljuk csak ki: a hőmérséklet rohamosan esik, és italunk sokkal hidegebb lesz pillanatok alatt! (A gyors hűtéssel még foglalkozunk az alfejezet végén.)

A hűtőtáska nagyszerű találmány, bár a kirándulás előtti este rendszeresen elfelejtem a "hűtőakkut" feltölteni, azaz lefagyasztani. Sajnos nyári kánikulában, a strandon nagy tömegben nem mindig találunk árnyékot, és így a hűtőtáska pár óra alatt felforrósodik! Ha az előzőeket figyelmesen tanulmányoztuk, akkor erre a problémára is találunk megoldást. Terítsünk például vizes törülközőt és fürdőruhákat a hűtőtáskára, amiket rendszeresen locsoljunk, mert a kiszáradt és átforrósodott törülköző már nem véd olyan jól a tűző napsütés ellen! A párolgó víz hűti a környezetét, így a hűtőtáskát is.

Ha valamelyik idős rokonunk rendszeresen jégszekrényt mond hűtőszekrény helyett, akkor nem szabad megmosolyognunk! Ugyanis alig száz éve a hűtőszekrény elődje, a jégszekrény volt a technika csúcsa, a gazdagabbak kiváltsága! Amint a mellékelt ábrákon és fényképeken láthatjuk: a 19. század vége óta terjedt el a (módosabb) városi háztartásokban a jégszekrény. Felül kis fémtartályokba tették az apróra tört jeget és rendszeresen cserélték, alatta az étel hűvösen maradt. A jeget télen a halászok a Balatonon vagy más tavakon vágták, pincékbe hordták, ahol egészen május-júniusig tárolhatták. A városokba pedig szekerekkel a jegesember hozta házhoz, csengőt rázva és kiabálva:

... "jegeeeees" !!! ...
Ugye emlékszünk még az ókori fagylaltok receptjére (Nagy Sándor, Kleopátra, Nero, kínaiak és egyiptomiak leírása után): hóból, tejből és gyümölcsökből állt. Még a 20. század első felében is kézi hajtású fagylaltgéppel készítették, egy konyhasóból és jégből álló hűtőkeverékkel bélelt tartályban.
1950-ben jégszekrény vagy netán hűtőszekrény még mindig nagyon kevesek kiváltsága volt.
A jégszekrényekről további érdekességeket találunk a következő oldalakon: http://www.mimicsoda.hu/cikk.php?id=1080 és http://www.szeretlekmagyarorszag.hu/magyar-szavak-amelyek-hasznalata-feler-egy-idoutazassal/ .

Dr.Sebők Imre: Öt világrészen keresztül című, 1906 -ban megjelent útleírásában (több mint 500 oldalas könyv) a következőket olvashatjuk:

A "mesterségesen előidézett alacsony hőmérséklet" arra utal, hogy tengerjáró hajókon az 1900-as évek elején már használták a hűtőszekrényeket vagy hűtőkamrákat, tehát akkor ott már nem jeget használtak az élelmiszerek tartósítására.

Visszatérve a hűtőszekrényekhez, mintha a fizika itt nem nem működne. Ugyanis azt tanuljuk, hogy a meleg levegő felfelé, a hideg levegő lefelé terjed. Amint a következő alfejezetben írjuk, a fűtött szobában valóban fent, a mennyezetnél van a legmelegebb. De a hűtőben több év tapasztalata és a kézikönyv is azt tanítja, hogy a fenti rácsoknál hidegebbek az élelmiszerek. Miért?
A hűtőszekrényt elég gyakran nyitogatjuk, ami sokszor megkeveri a hűtőszekrényen belüli levegőt. Ebből következik, hogy a felül levő hűtőrendszer csak a közelében, a felső polcokon levő tárgyakat tudja hűteni nagyobb intenzitással, a távolabb levőket már csak "alig". Tehát az alul levő élelmiszerek kicsit melegebbek maradnak.
A következő, 23. Hővezetés és hőtágulás fejezetben a következő kérdésre is választ kapunk: "Miért lehet a hűtőszekrényt nehezebben kinyitni nem sokkal az előző kinyitás után?"

Nemcsak a tudósok és a mérnökök, hanem a laikusok is kísérleteznek a hőmérséklettel: gyors hűtés vagy fűtés. Én nem javaslom a házi veszélyes kísérleteket, de azért megnézhetjük ezeket a Spektrum és a Discovery csatornákon vagy az Interneten, de utána vonjuk le következtetéseket! Például: http://index.hu/video/2014/07/20/igy_hutsd_le_a_sort_1_perc_alatt/ ,
http://www.origo.hu/techbazis/20130919-45-masodperc-alatt-hut-az-uj-huto.html .

22.2 Fűtünk

Köztudott, hogy a régi, magas szobákat nehezebb kifűteni, mint az új, alacsony szobákat. Ennek utána is járhatunk: elég egy 3-4 fokos létrára másznunk (télen, a fűtött szobában), és máris megtaláljuk az "eltévedt" meleget: akár 5-10 fokkal is melegebb van plafon közelében, mint a padlón! Ezt az emeletes ágyakon alvók is megerősítik!
A helyzet ugyanez a nagy belmagasságú bevásárló- és kiállító csarnokokban, de ennek részletei "üzleti titok". (Egy fizikus előtt nincs titok!)
Egy kapcsolódó kérdés: "Hol nagyobb a levegő abszolút páratartalma (az egységnyi térfogatban levő vízgőz tömege): lent vagy fent?" Helyes válasz: lent. Az indoklás kicsit hosszú, a KöMaL tesztversenyének honlapján megtalálható: http://www.komal.hu/teszt/teszt.cgi?a=ks&s=57 , 2.feladat.

Szintén a KöMaL tesztversenyének egy feladatát idézzük: "A hélium és levegő keverékkel töltött lufi kicsit eresztett feszességéből, minek következtében érdekes módon viselkedett: kb. 1 méter magasságban lebegett; ha feljebb emeltük vagy lejjebb vittük, akkor is visszatért az 1 méter magasságba. Miért?" Nagyon egyszerű! mivel a hőmérséklet fokozatosan változik a padlótól a mennyezetig, ezzel együtt a levegő sűrűsége és nyomása is fokozatosan változik. A kicsit leeresztett lufi sűrűsége nagyobb, mint újkorában, már nem tud olyan erőteljesen emelkedni, így kénytelen a neki megfelelő sűrűségű levegőben lebegni. Ha pedig ez éppen 1 méter magasan van, akkor a feladatban leírt jelenség áll elő. Részletesebben:
http://www.komal.hu/teszt/teszt.cgi?a=ks&s=35 , 3.feladat.

Régi falusi házak fűtése nem mindig olyan egyenletesen meleg, mint a központi fűtésnél. Egy hasznos tanács: ha már valamennyire felfűtöttük a hálószobát, akkor tanácsos jó előre felhajtani a dunnát (paplant) is, különben lefekvéskor a testünkkel mi melegíthetjük a jéghideg dunnát! Ha ugyanis nem hajtjuk fel, a kályha, és így a szoba melege is csak a dunna külsejét tudja melegíteni. Hiszen a dunna jó hőszigetelő: éjjel a mi testünk melegét tartja vissza, de ugyanígy a kályha melegét is!

A szobákkal ellentétben a magas hegyeken hidegebb van, mint alul, a hegy lábánál. Miért? Mert a hegyeken ritkább a levegő, és a nap sugarai sohasem az átlátszó levegőt melegítik, csak a felszínt, és ez adja át a hőt a levegőnek. A ritkább levegőt nehezebb felmelegíteni, mint a hegy lábánál levő sűrűbb réteget, ezért van hidegebb odafenn.
Ez ne tévesszen meg senkit: alacsonyabb, pár méter mélyen levő völgyekben, árkokban összegyűlhet a hideg levegő, a sűrűsége miatt, mint ez ősszel számtalanszor tapasztalhatjuk.

Sokan hallották, hogy bezárt autóban még lehúzott ablak mellett sem hagyjunk kisállatot, főleg kisbabát vagy gyermeket! Nem csak kánikulában kevés a résnyire lehúzott ablak, főleg felnőtt felügyelete nélkül, hanem máskor is. Ki gondolta volna, hogy napsütésben az ablakok mellett akár 50^oC forróság is lehet? Tessék olyan hőmérőt a hátsó vagy első (nem függőleges) ablak alá tenni, ami nem megy tönkre ekkora hőmérséklettől - és meglátják!

"Miért melegszik fel a lekváros buktában a lekvár hamarabb, mint a tészta, ha mikrohullámú sütőben melegítjük? " A mikrosütőben (nálunk legalábbis) állandó probléma: melyik ételt meddig kell pörgetni a mikróban.
A mikrohullámú sütőben úgy van beállítva a sugárzás, hogy a vízmolekulákat tudja könnyen melegíteni. Másképpen ezt úgy mondhatjuk, hogy a víz jobban elnyeli a mikrosugárzást, mint más anyagok. Mivel a lekvárban több a víz, mint a tésztában, ezért az lesz melegebb a buktában.
Mégis egy tál levest sokáig kell melegítenünk. Ennek pedig egyszerűen az az oka, hogy a tányér teli van, sok vizet kell felmelegítenünk. Sőt, ha valamilyen (ipari) ok miatt szigetelni kell a munkaterületet a mikrosugaraktól, akkor általában vizet használnak.

Képek forrása: A Sebők könyv képei és a barpohar2pk-ff.jpg kivételével: Internet.

← 21. Mágnesesség és elektromosság 23. Hőtágulás →

Szalkai István
Pannon Egyetem
Matematika Tanszék
Veszprém
szalkai@almos.uni-pannon.hu
2014.12.03.