Чай с физической точки зрения

Многие из нас инстинктивно понимают, что если подуть на чай, то он станет прохладней, но как это всё происходит с физической точки зрения? В этой статье мы поговорим на простом языке о физике на примере полного цикла заварки чая.

Кипячение воды

Первое, что нужно сделать – это вскипятить воду. Вода кипит при температуре 100^оС. Температура – это лишь численное значение тепловой энергии. Чтобы нагреть воду до температуры кипения – нужно передать ей энергию. Например, старые чайники мы ставим на газовую или электрическую плиту и с помощью теплообмена греем воду. В современных электрических чайниках напрямую проходит ток прямо через воду, что вызывает нагрев.

Нагрев происходит неравномерно, поэтому в более нагретых частях воды происходит переход из жидкого агрегатного состояния в газообразное. То есть, вода превращается в пар – это и есть пузыри при кипячении. Пузыри пара поднимаются вверх, так как они легче жидкой воды. Вообще получается так, что чем горячее вещество – тем оно легче (если не углубляться в физические процессы, которые происходят в веществе). Поэтому все чайники делают так, чтобы нагрев происходил внизу, далее более тёплая вода поднимается вверх, нагревая тем самым верхние слои; холодные слои опускаются, нагреваются и так далее. Всё это называется конвекцией.

Заварка чая

Вскипятили воду и перелили в кружку или прямо в чайнике решили заварить чай, но как это происходит? Диффузия – в физике весь этот процесс описывается одним этим словом. Если немного углубиться, то вкратце можно описать так, что вода является отличным растворителем, которая способна растворить в себе множество веществ. Процесс растворения – это когда одно вещество перемешивается с другим. То есть маленькие частички, в том числе и отдельные молекулы, перемешиваются с молекулами воды. Аналогично происходит и с сахаром, молоком, сливками, и со всем, что вы предпочитаете добавлять себе в напиток. Процесс можно ускорить с помощью принудительного перемешивания. Также есть зависимость от температуры – чем горячее, тем быстрее происходит диффузия.

Охлаждение чая

Далее происходит охлаждение чая. Не важно, хотите вы этого или нет, но чай сразу же начинает остывать. Замедлить процесс можно либо с помощью постоянного подогрева, либо с помощью термоса. Купить термос для чая в интернет магазине сейчас стало необычайно легко, ведь для этого нужно сидя на диване зайти на нужный сайт, выбрать подходящий термос и нажать кнопку «купить». Термос привезут по указанному адресу, где вы проверите товар и оплатите его.

Процесс охлаждение происходит так же, как и нагрев. На самом деле, это не охлаждение, а нагрев окружающей среды с помощью чая. То есть, ваш напиток будет отдавать тепло тремя методами: теплообмен, тепловое излучение и конвекция. Конвекция в данном случае играет минимальную роль, так как практически нет перемешивания чая с воздухом. Теплообмен происходит довольно быстро за счёт того, что чай нагревает слой воздуха, который с ним контактирует, и тот слой воздуха сразу же поднимается вверх, а на его место приходит слой комнатной температуры и так далее. Тепловое излучение и вовсе отдаёт тепло постоянно во все стороны.

Именно с этим и борются термосы: стенки убирают конвекцию (конвекция происходит только внутри напитка, а, следовательно, тепло никуда не уходит); теплообмен убирается с помощью вакуумной прослойки между корпусом и внутренней колбой; тепловое излучение убирается с помощью отражающего покрытия. Так получилось, что идеальный вакуум возможно получить только в теории, и идеального отражающего покрытия тоже не существует. В итоге на практике было выяснено, что нормальный термос способен удерживать тепло напитка в течение 8 часов.

Заключение

Выводов у этой статьи нет никаких, так как эта статья написана с целью познакомить вас с физикой. Как вы могли заметить, физика преследует нас повсюду, а глубокое её изучение приведёт к немного другому виденью мира. То есть вы будете понимать проходящие вокруг вас процессы, а, следовательно, – вы сможете оказывать на них влияние. Учите физику и другие технические науки!

Дата публикации: 14.11.2019

Все новости раздела