3 votos

Causa del cambio de volumen del té durante el enfriamiento

En el trabajo suelo beber té, y suelo llenar mi taza hasta el borde con agua hirviendo. Sin embargo, cuando la dejo enfriar hasta que está lista para beber, la superficie del líquido se ha hundido unos dedos de ancho.

Para dar más información la copa es cilíndrica con unos 12 cm de altura y 3,5 cm de radio (una copa bastante grande). Es de cerámica y la temperatura ambiente es de unos 23 °C. Suelo comprobarlo cuando es la temperatura para beber, así que, unos 55 °C diría yo, pero podría ser más baja algunos días. Además, está en el interior y tenemos aire acondicionado. La taza siempre estaba abierta por arriba.

¿Qué influye más, el enfriamiento del líquido, la evaporación, la expansión del vaso o algún otro efecto?

¡Salud!

2voto

JMac Puntos 414

Yo diría que esto debería ser causado casi definitivamente por la evaporación, no por los cambios de expansión/densidad térmica.

La taza en sí debería disminuir su volumen interno a medida que se enfría (aumentando el nivel de té), pero habría que tener en cuenta a qué horas tiene qué temperaturas. Es posible que la expansión térmica retardada de la taza cuando se añade agua caliente realmente aumente el volumen de la taza mientras el té calienta el agua. Para comprobar si esto es significativo (que dudo que lo sea, dado que los cambios de temperatura no son extremos), siempre podrías calentar primero la taza, eliminando el retraso térmico. Esto te permitiría eliminar esto como la causa de la caída de la altura.

Las propiedades térmicas del agua pueden ser analizadas y podemos comparar el cambio de volumen que vemos con el cambio de volumen esperado por la diferencia de temperatura:

En $100°C$ el volumen específico es $~1.0434 \ \frac {cm^3}{g}$ , mientras que en $55°C$ el volumen específico es $~ 1.0145 \ \frac{cm_3}{g}$ . Esto significa que deberíamos esperar aproximadamente un 2% de cambio en el volumen si sólo proviene del cambio en el volumen del agua.

Si nos fijamos en el volumen de la copa llena, $12 \ cm$ alto con $3.5 \ cm$ radio, obtenemos un volumen de $461.81 \ cm^3$ . Suponiendo que la anchura de su dedo es de 1 cm (estimación bastante conservadora, sobre todo teniendo en cuenta que la mayoría de las copas se inclinan hacia fuera si acaso), entonces veríamos un nuevo volumen de $423.33 \ cm^3$ . Esto representa un cambio de volumen del 8%.

Eso es 4 veces más de lo que calculamos sólo con el cambio en el volumen de agua. Esto me sugiere que la mayor parte de la pérdida de té se debe a la evaporación, no a los cambios de volumen del té. Esto tiene mucho sentido, ya que dices que la taza está abierta, y tu oficina tiene aire acondicionado. Esto generalmente ayuda a eliminar el exceso de humedad en la habitación, ayudando a la evaporación.

Para estar seguro de que esto es lo que ocurre, pruebe a precalentar la taza con agua caliente. Esto debería eliminar la expansión de la taza como variable que reduce el nivel de agua (en teoría, en realidad estaría contrarrestando la disminución del nivel de té si calentaras la taza a la temperatura inicial del té). Lo que espero es que cuando hagas esto, verás que pierdes aún más té. Esto se debe a que la taza precalentada no es un disipador de calor para el té, por lo que proporcionaría un poco más de oportunidad para utilizar el calor para la evaporación en lugar de sólo calentar la taza a temperatura ambiente.

i-Ciencias.com

I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.

Powered by:

X