A forma da chaleira afeta a velocidade com que a água ferve?

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Considere que eu tenho dois tipos de chaleiras, cuja forma é como um tubo puro com o volume de 1000 cc (1 litro) com o raio e a altura como abaixo (volume = pi * r ^ 2 * h):

  1. A primeira chaleira: raio da seção transversal = 5.6419cm e altura = 10cm.

  2. A segunda chaleira: raio da seção transversal = 3.9894cm e altura = 20cm.

Essas duas chaleiras encheram-se da mesma água amável de uma mesma fonte. Considere que eu tenho um pequeno fogão que sua chama será suficiente para ferver a água dentro dessas chaleiras. Considere também que essas chaleiras têm altura adicional suficiente para que a água não seja derramada quando começar a ferver. Então minhas perguntas são:

  1. Qual deles será fervido mais rápido (menor tempo)?
  2. Quando são cozidos, qual é o mais saudável (devido a distribuir uniformemente o calor para a água dentro da chaleira)?

Edit : A água será enchida de cima. Diga que existe uma pequena tampa para encher a água. Não há outro buraco. As chamas no fogão são colocadas à mesma distância para ambas as chaleiras, suficientemente próximas para que a chama seja eficaz para aquecer a água.

heat-transfer boilers AirCraft Lover
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Os contêineres estavam cheios do lado esquerdo ou direito? A que distância da chama eles estão montados?
Solar Mike
Eu adicionei outra informação. A água é enchida de cima.
AirCraft Lover
Isso é lição de casa? Ninguém tem chaleiras em forma de tubo; mais ninguém tem chaleiras sem tampa!
Carl Witthoft 28/01
Não, isso não é um dever de casa. Vi muitas chaleiras fervendo que ferviam a água tão rapidamente, especialmente quando a quantidade de água era muito pequena, mas nem quente o suficiente para fazer café. Mas quando fervo água em uma chaleira pequena, mas mais alta com a mesma quantidade de água e considero que a água é a mesma, a água parece quente o suficiente para fazer café. A questão de qual deles distribui o calor mais uniforme entre o primeiro e o segundo veio da minha curiosidade. Absolutamente, há diferenças entre eles.
AirCraft Lover

Respostas:

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A diferença entre os dois contêineres pode ser minúscula, mas uma referência localizada no Physics StackExchange apresenta a afirmação de que a evaporação depende da área da superfície, umidade local e pressão do ar. Presume-se que os dois últimos fatores sejam idênticos para sua pergunta.

A evaporação resfria a água, exigindo mais calor para manter a temperatura da água. Permitindo que você tenha calor suficiente para ferver a água, esse fator pode ser considerado sem importância em relação ao tempo de fervura.

A área da superfície do recipiente de maior diâmetro apresentará uma evaporação mais rápida que a do menor. A evaporação não requer temperatura de ebulição, o que significa que começará um maior volume de evaporação mais cedo que o recipiente menor.

Sua segunda pergunta pode não ter uma solução, pois haverá convecção da água nos dois contêineres e a distribuição de calor para ambos seria a mesma e provavelmente seria uniforme.

O recipiente de menor diâmetro deve ferver mais cedo que o maior.

fred_dot_u
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mas a área maior pode ajudar a uma melhor condução de calor da chama para o recipiente ...
Solar Mike
Na minha opinião, o segundo (o raio menor, porém mais alto) é aquecido de maneira uniforme devido ao aumento do calor e o calor é transferido da chama para a chaleira e depois para a superfície inferior da água, e então o calor é aquecido a camada superior da água até que ela seja liberada no ar. Mas, no entanto, é apenas minha opinião que estou procurando a resposta para todos vocês.
AirCraft Lover
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Mochileiro aqui. Tenho alguma experiência prática para tirar o máximo proveito de uma garrafa de combustível. Isso realmente é uma questão de experimento. Porém, panelas largas se saem melhor do que as altas em geral. Se você tem uma fonte suficiente para ferver a água, maximizar sua transferência de calor é a sua primeira preocupação. Portanto, verifique a temperatura do ar que sobe ao redor da borda da panela. Você deseja protegê-lo dos rascunhos e logo acima do ponto de ebulição. Mesmo uma chama bastante pequena favorecerá a panela maior. teria que ser algo minúsculo como uma vela para favorecer a mais alta. Além disso, estou assumindo que uma tampa está disponível. Fazer isso sem tampa é basicamente bobo. As tampas vêm com panelas e o fazem há muito tempo.

No entanto, o ponto real da pergunta pode ser desafiá-lo a pensar em todos os fatores que poderiam afetar o resultado.

  1. tampa ou sem tampa
  2. material e espessura das panelas. Nota: você também deve aquecer a panela.
  3. tipo de combustível e temperatura do gás de combustão.
  4. design da placa
  5. taxa de combustível.
  6. taxa de perda de calor da tampa ou possivelmente dos lados.
Phil Sweet
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Mas minha experiência, com a mesma quantidade de água e o mesmo tamanho de chama, fervendo água na superfície de um contêiner de base mais largo, mas mais curto e em uma superfície de base menor, mas mais alta, o primeiro é fervido mais rapidamente, mas parece não estar quente o suficiente. Nem adequado para fazer café, comparado ao segundo. Mas sobre qual deles distribui o calor mais uniforme, essa é a minha pergunta. Isso está relacionado à prova de que toda a água em um recipiente é realmente fervida, não apenas parcialmente. Por isso eu disse "mais saudável".
AirCraft Lover
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Você deixou de fora várias coisas:

A chama é tão larga quanto a chaleira de maior diâmetro? Existem capas?

Se a chama for tão larga quanto a maior, você perderá muito calor ao usar a chaleira menor, porque ela criará um caminho de convecção de ar quente fora da chaleira.

E assim por diante.

Você precisa ferver em qualquer lugar ("fervura") ou apenas na parte inferior?

O que você quer dizer com "saudável"? Basta iniciar o processo de ebulição se você estiver preocupado com coisas que morrem instantaneamente entre 90 e 100 \ graus C, mas não se precisar matar coisas (existentes na natureza) que requerem alguns minutos nessa faixa de temperatura.

Carl Witthoft
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Sobre a chama: o "tamanho" da chama deve ser o mesmo para ambos. A partir daí, podemos medir. Se colocarmos a chama tão larga quanto a primeira (a maior) superfície, a chama aquecerá a água da superfície lateral para a pequena. Vice-versa, se a chama definirmos tão larga quanto a segunda (a seção transversal menor), a chama nem chegará a toda a superfície da primeira (a mais curta). Haverá consequências para ambos. Daí veio a pergunta.
AirCraft Lover
Sobre "mais saudável": até o que é melhor, eu me preocupo que o calor não tenha sido distribuído uniformemente. Quer dizer, nem toda a água em um recipiente realmente fervia. Tenho experiência nisso quando fervi água em um grande recipiente de superfície de seção transversal com pouca água, a água foi fervida, mas nem quente o suficiente para fazer café. Vice-versa, o recipiente menor parece mais quente do que o primeiro. É claro que cozinho a mesma água com o mesmo fogão e a chama.
AirCraft Lover