Izdelava ledu

Pozdravljeni!

Prišlo je poletje in v skrinjo sem postavil 6x 1,5dcl vode pri temperaturi 20°c zanima me, če kdo pozna postopek fizikalnega izračuna v koliko časa bo voda zmrznila. Ob čakanju se mi je pač postavilo vprašanje kako bi izračunal, kdaj bo postopek končan.
Od srednje šole je minilo že nekaj časa zato sem že malo iz forme. Poskusil sem predpostaviti, da je temperatuara v skrinji -18°C (naprimer), predvidevam, da bi pri tako majhni količini vnešene vode lahko predpostavil, da je temperatura konstantna, posledično tudi sama moč skrinje ne upliva bistveno na čas zmrzovanja. Na skrinji sicer piše ZMOGLJIVOST ZAMRZOVANJA 12 KG/24 H, po tej logiki bi moral 1liter vode zmrzniti v 2h, pa to ne drži.
Se pravi bi se postopek po moji logiki začel nekje z enačbo Q=m*c*dT, naprej mi ni čisto jasno?

Vem, odgovor bo naj počakam pa bo zmrznilo, vendar me iz radovednosti zanima fizikalno ozadje.

? Odvisno kako bi rad zakompliciral.

Držiš se Newtonovega zakon ohlajanja
q=a*A*(T1-T2)

Konvektivni prestop toplote v glavnem.

Definitivno prideš do diferencialne enačbe prvega reda dokler voda še nima 0 stopinj. Potem, ko si na 0 stopinj pa lahko privzameš, da so temperaturne razmere stacionarne.

Definitivno pa brez konkretnih podatkov ne bo šlo. Lahko samo pavšalno ocenjuješ.

Načinov, da delaš led je več. Lahko odvajaš toploto s cevkami direkt iz vode lahko pa preko hladnega zraka.

Saj pravim, da bo treba upoštevati diferencialno enačbo. Rezultat je zelo odvisen od robnih pogojev meddrugim tudi od začetne temperature vode :)

Ali je kompliciranje potrebno?

Sploh za tak zaprt sistem, kjer lahko predpostaviš da ima okolica konst. temperaturo in verjetno se bo not točila voda iz pipe?

Sam po drugi strani je trajno gledano namen take aplikacije kretenski. Zakaj se ne bi dejansko posvetili pospešitvi toplotne izmenjave kot pa analitičnemu ugotavljanju časa do fazne oreobrazbe? I mean. Ali bi vi radi reševali problem počasnega ohlajanja ali zdravili mentalne frustracije z odštevanjem časa.

Non logix practicalis.

Jaz na vašem mestu sploh ne bi računal ampak samo opravil meritve v najbolj pogostih načinih obratovanja. Saj sploh nimate podatkov o koeficientih prestopnosti in prevodnosti. Why the f*ck bother, če nimaš niti osnovnih meritev za izračune opravljenih?

Če z rezultatom meritve ne bi bil zadovoljen bi iskal rešitev za pospešitev ohlajanja do fazne premene. Simple as that.

https://www.physicsforums.com/threads/c...

Vse kar človeka zanima je v kolikšnem času se voda sobne temperature (25°C) ohladi na okoli 0°C, pri skrinji -15°C. Seveda je čas najbolj odvisen od količine vode. Vse ostalo lahko zanemariš in še vedno dobiš rezultat na minute natančno.

Glede na to da je govoril o deci pa pol vode sem predvideval, da jo noče zmrznit, ker takšna kocka ne bo najbolj priročno za pit.
Tisto je potem osnova, potem pa lahko nadaljujemo, koliko je še potrebno za zmrzovanje.

Mene bolj zanima za koliko časa lahko dam piksno iz sobe (ali 3.3l, ali 0.5l) v zmrzovalnik preden jo raznese. Lahko se predpostavi, da je voda not.

Curly je 12. jul 2017 ob 21:24 izjavil:

Da je fazna sprememba velik problem sem ugotovul tudi sam, vidim, da do 0°C še lahko prideš. Potem pa pri spremembi v led prihaja do oddajanja toplote, med drugim bo tekočina ostala v sredini in bo vedno bolj izolirana, s tem je tudi prehod toplote vedno počasnejši. Tako jaz to razumem, še vedno pa upam, da nekje obstaja preprosta posplošena linearna enačba za omenjen problem ali pa vsaj kakšna tabela, ničesar od tega ne najdem.

Do deci pa pol sem prišel, ker smo zmrzovali ledeni čaj v plastičnih lončkih, tako dobiš sladoled - to je letos pri nas moderno :) Ker je ledeni čaj preveč komplicirana zadeva, sem avtomatsko predpostavil, da bi račun vršil na vodi. Saj stvar v skrinjo postaviš zvečer, ješ jo pa čez 18ur, to je itak več kot dovolj. Šlo je povsem za firbec in željo po fizikalni razlagi oz. iskanju enačbe po kateri zmrzuje voda.

Res grozno, sej imas tocne podatke o tem koliko energije moras odvesti, da se voda spremeni v led. Pravzaprav je bolj ensotavno, ker je temperatura konstantna.

Ce te skrbi spreminjanje toplotnega toka zaradi dodatne izolativne plasti ledu, potem pa bi moral upostevati tudi spremembno temeperature hladilnika v okolici vode, kar bi stvari seveda precej zakompliciralo.

tikitoki je 12. jul 2017 ob 21:30 izjavil:

Curly je 12. jul 2017 ob 21:24 izjavil:

Da je fazna sprememba velik problem sem ugotovul tudi sam, vidim, da do 0°C še lahko prideš. Potem pa pri spremembi v led prihaja do oddajanja toplote, med drugim bo tekočina ostala v sredini in bo vedno bolj izolirana, s tem je tudi prehod toplote vedno počasnejši. Tako jaz to razumem, še vedno pa upam, da nekje obstaja preprosta posplošena linearna enačba za omenjen problem ali pa vsaj kakšna tabela, ničesar od tega ne najdem.

Do deci pa pol sem prišel, ker smo zmrzovali ledeni čaj v plastičnih lončkih, tako dobiš sladoled - to je letos pri nas moderno :) Ker je ledeni čaj preveč komplicirana zadeva, sem avtomatsko predpostavil, da bi račun vršil na vodi. Saj stvar v skrinjo postaviš zvečer, ješ jo pa čez 18ur, to je itak več kot dovolj. Šlo je povsem za firbec in željo po fizikalni razlagi oz. iskanju enačbe po kateri zmrzuje voda.

Res grozno, sej imas tocne podatke o tem koliko energije moras odvesti, da se voda spremeni v led. Pravzaprav je bolj ensotavno, ker je temperatura konstantna.

Koliko energije je treba dovesti sem vedel že pred odprtjem teme, to znam zračunat. Kako pa zračunam v koliko časa se ta energija prenese pa ne vem. Če je tako preprosto mi pa prosim povej.

Curly je 12. jul 2017 ob 21:33 izjavil:

tikitoki je 12. jul 2017 ob 21:30 izjavil:

Curly je 12. jul 2017 ob 21:24 izjavil:

Da je fazna sprememba velik problem sem ugotovul tudi sam, vidim, da do 0°C še lahko prideš. Potem pa pri spremembi v led prihaja do oddajanja toplote, med drugim bo tekočina ostala v sredini in bo vedno bolj izolirana, s tem je tudi prehod toplote vedno počasnejši. Tako jaz to razumem, še vedno pa upam, da nekje obstaja preprosta posplošena linearna enačba za omenjen problem ali pa vsaj kakšna tabela, ničesar od tega ne najdem.

Do deci pa pol sem prišel, ker smo zmrzovali ledeni čaj v plastičnih lončkih, tako dobiš sladoled - to je letos pri nas moderno :) Ker je ledeni čaj preveč komplicirana zadeva, sem avtomatsko predpostavil, da bi račun vršil na vodi. Saj stvar v skrinjo postaviš zvečer, ješ jo pa čez 18ur, to je itak več kot dovolj. Šlo je povsem za firbec in željo po fizikalni razlagi oz. iskanju enačbe po kateri zmrzuje voda.

Res grozno, sej imas tocne podatke o tem koliko energije moras odvesti, da se voda spremeni v led. Pravzaprav je bolj ensotavno, ker je temperatura konstantna.

Koliko energije je treba dovesti sem vedel že pred odprtjem teme, to znam zračunat. Kako pa zračunam v koliko časa se ta energija prenese pa ne vem. Če je tako preprosto mi pa prosim povej.

Ta post sem razumel, kot da je ensotavno izracunati to za ohlajanje vode, torej bi moral biti ta del problema bistveno lazji?

A je to tolk težko izračunat?

Q=m*cv*dT
glede na to da ima hladilnik akumuliran hlad lahko vzamemo tok hladnega zraka, ki je odvisen od ventilatorja. Lahko pa vzamemo volumen hladnega zraka.
enačbi nato poenotimo Qv = Qz.

Curly je 12. jul 2017 ob 18:55 izjavil:

Pozdravljeni!

Prišlo je poletje in v skrinjo sem postavil 6x 1,5dcl vode pri temperaturi 20°c zanima me, če kdo pozna postopek fizikalnega izračuna v koliko časa bo voda zmrznila. Ob čakanju se mi je pač postavilo vprašanje kako bi izračunal, kdaj bo postopek končan.
Od srednje šole je minilo že nekaj časa zato sem že malo iz forme. Poskusil sem predpostaviti, da je temperatuara v skrinji -18°C (naprimer), predvidevam, da bi pri tako majhni količini vnešene vode lahko predpostavil, da je temperatura konstantna, posledično tudi sama moč skrinje ne upliva bistveno na čas zmrzovanja. Na skrinji sicer piše ZMOGLJIVOST ZAMRZOVANJA 12 KG/24 H, po tej logiki bi moral 1liter vode zmrzniti v 2h, pa to ne drži.
Se pravi bi se postopek po moji logiki začel nekje z enačbo Q=m*c*dT, naprej mi ni čisto jasno?

Vem, odgovor bo naj počakam pa bo zmrznilo, vendar me iz radovednosti zanima fizikalno ozadje.

12kg/24h je pa moč kompresorja se mi zdi. izhaja pa iz P=m*cv*dT/3600 s tem da je P moč kompresorja (hladilna moč, da ne bo pomote). to je kadar hladiš maso izključno z močjo kompresorja in zanemariš akumuliran hlad.

če bi dal večjo maso predmetov v prazen hladilnik lahko potem računa kar po P=m*cv*dT/3600.

Ja ampak pri manjši količini vode v polni skrinji hladnih stvari moč kompresorja itak ni potrebna? Hlad se bo akumuliral iz zmrznjenih stvari direktno na vodo. tudi ''Q''mi nič ne pomaga, če ne vem kako hitro se le ta prenaša na sam vnešen predmet. Se pravi bi rabil enačbo nekaj v smislu Q=(Q po površini predmeta)*(čas v hladilniku) in potem bi iz te enačbe izrazil čas in pogledal kako dolgo potrebujem, da dobim Q ki sem ga izračunal po enačbi Q=m*c*dT

Bilanca:
E_in + E_g - E_out = E_st

E_in - kar vstopa v kontrolni volumen
E_g - kar se generira v kontrolnem volumnu (eksotermna reakcija, radioaktivni razpad, dovajanje el. toka in uporovno gretje)
E_out - kar izstopa iz kontrolnega volumna
E_st - akumulirana toplota (v našem primeru -) v odvisnosti od časa pri stacionarnem stanju = 0

Trodimenzionalni primer univerzalno.

E_in = Q_x+Q_y+Q_z
E_g = Q_v dxdydz
E_out = Q_x+dx+Q_y+dy+Q_z+dz
E_st = ro * c_p * (dT/dt) dxdydz

Nas seveda zanima dt

Enačbica razširjeno:
Q_x+Q_y+Q_z + Q_v dxdydz -(Q_x+dx+Q_y+dy+Q_z+dz) = ro * c_p * (dT/dt) dxdydz

Curly je 12. jul 2017 ob 18:55 izjavil:

Pozdravljeni!

Prišlo je poletje in v skrinjo sem postavil 6x 1,5dcl vode pri temperaturi 20°c zanima me, če kdo pozna postopek fizikalnega izračuna v koliko časa bo voda zmrznila. Ob čakanju se mi je pač postavilo vprašanje kako bi izračunal, kdaj bo postopek končan.
Od srednje šole je minilo že nekaj časa zato sem že malo iz forme. Poskusil sem predpostaviti, da je temperatuara v skrinji -18°C (naprimer), predvidevam, da bi pri tako majhni količini vnešene vode lahko predpostavil, da je temperatura konstantna, posledično tudi sama moč skrinje ne upliva bistveno na čas zmrzovanja. Na skrinji sicer piše ZMOGLJIVOST ZAMRZOVANJA 12 KG/24 H, po tej logiki bi moral 1liter vode zmrzniti v 2h, pa to ne drži.
Se pravi bi se postopek po moji logiki začel nekje z enačbo Q=m*c*dT, naprej mi ni čisto jasno?

Vem, odgovor bo naj počakam pa bo zmrznilo, vendar me iz radovednosti zanima fizikalno ozadje.

ah še to sem pozabil prebrati. "po tej logiki bi moral 1l vode zamrzniti v 2h"
priključna moč 120W, kar pomeni cca 200W hladilne moči.
Q=m*cv*dt
Q=1*4200*24=100800J
P=Q/t t=100800/200=504s

Pri meni doma če dam boost, torej da kompresor in ventilator skos delata, mi 1l cocacole zmrzne v ~30min. v 15min se pa ohladi na 4°C. torej dokaj pozneje kot 8min.
tisto 12kg/24h je po moje čisto zaokroževanje v korist podjetja v primeru da se kakšen lolek nebi pritoževal in reklamiral.
Zavisi pa mnogo od ambientne temperature. Jaz sem upošteval cop < 2

Kaj pa napolnjenost skrinje tu ni noben faktor?
Namreč sam opažam, da kadar meso položim bolj v globino skrinje ob napol prazni skinji le to hitreje zamrzne, kot kadar je skrinja napolnjena in meso položim nekam pri vrhu.

To zveni zelo verjetno, pa tudi res moja skrinja ni zadnji krik mode oz. gre za nekoliko starejšo zadevo, kar govori v prid temu, kar praviš.

Unknown_001 je 12. jul 2017 ob 22:13 izjavil:

Bilanca:
E_in + E_g - E_out = E_st

E_in - kar vstopa v kontrolni volumen
E_g - kar se generira v kontrolnem volumnu (eksotermna reakcija, radioaktivni razpad, dovajanje el. toka in uporovno gretje)
E_out - kar izstopa iz kontrolnega volumna
E_st - akumulirana toplota (v našem primeru -) v odvisnosti od časa pri stacionarnem stanju = 0

Trodimenzionalni primer univerzalno.

E_in = Q_x+Q_y+Q_z
E_g = Q_v dxdydz
E_out = Q_x+dx+Q_y+dy+Q_z+dz
E_st = ro * c_p * (dT/dt) dxdydz

Nas seveda zanima dt

Enačbica razširjeno:
Q_x+Q_y+Q_z + Q_v dxdydz -(Q_x+dx+Q_y+dy+Q_z+dz) = ro * c_p * (dT/dt) dxdydz

King, vidno je da si naredil Prenos toplote ne vem pa če je potrebno ohlajanje vode analizirati v treh dimenzijah...

V tistih 6 posod naliješ vod z različnimi temperaturami (npr. 10-12-14-16-18-20°C) in jih daš v skrinjo. Vsakih 10 min izmeriš temperaturo vode/leda v njih. Ko so tako hladne kot želiš zabeležiš potreben čas za vsako od posod. Dokler voda ne bo začela ledeneti je prestop toplote linearen (dobival boš enaka spremembe temperatur med dvema meritvama). Ko se bo začela faza zamrzovanja bo temperatura konstantna (0°C). Po končani fazi zamrzovanja bo temperatura zopet začela linearno padati. Iz prvega podatka izračunaš premico po kateri ti pada temperatura do točke zamrzovanja. Iz zadnjega pa, kako pada temperatura ledu po končanem zamrzovanju. Faza zamrzovanja traja konstanto (pri določeni masi vode in temp. v hladilniku). Skupen čas je potem trivialno določljiv.

Če postopek ponoviš za druge količine vode in druge temperature v hladilniku lahko (teoretično) dobiš premice in čase za poljubne količine vode in poljubne temperature v hladilniku.

Ne vem no. Prehod toplote se izraža v W/m2K torej je prestop toplote linearen. V hladilniku pa mora toplota vode preko sten posode prestopati v zrak (identično, kot se ti ohlaja stanovanje, ko je zunaj hladneje) kar pomeni premico z nekim naklonom ne pa neka čudna krivulja. Če je večja temperaturna razlika pač traja dlje časa, da se temperaturi izenačita. Nikakor pa večja temperaturna razlika ne pomeni, da se prevod toplote poveča saj bi po tej logiki lahko prišlo do izenačitve v enakem času ne glede na temperaturno razliko (torej bi se ti soba ogreta na 20°C ohladila na 19°C ali -20°C v enakem času).

Hitrost prestopa toplote iz snovi A na snov B ni odvisna od temperaturne razlike med njima. Temperaturna razlika pomeni le količino toplote, katera mora prestopiti, da se bosta temperaturi izravnali. Da pa ta toplota preide iz ene na drugo snov pa je potreben nek čas.


PS- Predstavljaj si cev, po kateri potuje voda. Če daš na začetku posodo z 1 l ali 100 l vode bo po cevi tekla enaka količina vode. Trajalo bo le dlje časa, da se bi izpraznila večja posoda. Podobno je pri posodi vode v hladilniku. Energija mora iz vode preko stene posode steči na zrak v hladilniku.
Hitrost: kako hitro bo toplota tekla je odvisno le od posode (velikost in material iz katerega je posoda).
Pot: koliko energije se bo moralo pretočiti je odvisno od temperaturne razlike (mase vode je enaka, ne glede na velikost in sestavo posodo)

čas=pot/hitrost

Pa saj lahko napišeš kakšno formulo za prestop toplote skozi steno. Začni npr. z Newtonovim zakonom ohlajanja:

q=h*A*(T1-T2)

A površina
h za zrak 5...50
h za vodo 250...15000