Kostki lodu mają trzy różne efekty chłodzenia:

1. Kostka, początkowo w temperaturze poniżej zera, pochłania trochę ciepła, aby osiągnąć temperaturę topnienia (0⁰C).
2. Sześcian pochłania więcej ciepła, aby przełączyć fazę: potrzeba trochę energii, aby zamienić 1 kg lodu o temperaturze 0C w 1 kg wody w stanie ciekłym o temperaturze 0⁰C.
3. cieplejsza niż 0⁰C.

Te trzy efekty występują mniej lub bardziej kolejno, chociaż niekoniecznie jednocześnie w całej kostce lodu. Ale pomysł pozostaje ten sam.

W przypadku lodu większość chłodzenia pochodzi z topnienia. Podajmy na to kilka liczb. Pojemność cieplna lodu wynosi 2,06 kJ · kg ^-1 · K ^-1 , co oznacza, że ​​potrzeba 2,06 kJ, aby przekształcić 1 kg lodu w - 12⁰C na 1 kg lodu o temperaturze -11⁰C. W przypadku wody w stanie ciekłym to 4,217 kJ · kg ^-1 · K ^-1 . ciepło utajone, tj. Energia użyta do przemiany lodu w wodę w stanie ciekłym (w stałej temperaturze) wynosi 333 kJ · kg ^-1 . Wyobraź sobie, że masz jakiś napój w temperaturze pokojowej, którą chcesz obniżyć do 8⁰C za pomocą kostek lodu. Kostki lodu pochodzą z zamrażarki i mają początkowo temperaturę -18⁰C. Trzy efekty chłodzenia wynoszą, na kg lodu:

1. Podniesienie temperatury lodu do 0⁰C: 18 × 2,06 = 37,08 kJ.
2. Topienie lodu: 333 kJ.
3. Podniesienie temperatury wody do 8⁰C: 8 × 4,217 = 33,736 kJ.

Zatem w tym przykładzie topienie przyczynia się do około 82% chłodzenia.

Nietopiące się kamienie działają tylko na pojemność cieplną. Są więc skuteczne tylko wtedy, gdy używany jest materiał o dużej pojemności cieplnej - ale w praktyce woda (i lód) mają dość wysoką pojemność cieplną, wyższą niż kamienie, więc efekt chłodzenia takich kamieni jest siłą rzeczy znacznie mniejszy w porównaniu do kostek lodu. Z drugiej strony, ponieważ nie ma efektu rozcieńczenia, możesz włożyć do szklanki dużo kamieni.

Kostki lodu wielokrotnego użytku są w rzeczywistości znacznie lepsze w chłodzeniu rzeczy, ponieważ topią się - ale robią to wewnętrznie, w zapieczętowanej kopercie, dzięki czemu nie rozlewają się do drink. Ponieważ wykorzystują utajone ciepło przemian fazowych, są tak dobre, jak prawdziwe kostki lodu. Chociaż brakuje im estetyki.

Ale jaki interes ma cię torturowanie doskonałej whisky z nienaturalnym spokojem?

Podstawową zasadą termodynamiki jest to, że ciepło przepływa z miejsc ciepłych do zimnych, poprzez konwekcję, przewodzenie lub promieniowanie, i będzie to robić do momentu wyrównania temperatury w całym systemie.

Kamienie są zimniejsze niż whisky, gdy wkładasz je do szklanki, więc gdy system zmierza w kierunku równowagi, whisky staje się zimniejsza, a kamienie cieplejsze.

Zakładając, że nie ma wpływu na środowisko , temperatura równowagi będzie gdzieś pomiędzy dwoma początkowymi temperaturami (whisky i kamieni).

W jakim punkcie tej skali dokładnie zależy temperatura równowagi;

• Stosunek masy kamieni do whisky (więcej / większe kamienie oznacza chłodniej).
• Stosunek ciepła właściwego materiału kamiennego do whisky. (wyższe ciepło właściwe w kamieniach oznacza chłodniejszą równowagę, ale więcej czasu zajmuje osiągnięcie równowagi)

Czas potrzebny do osiągnięcia równowagi zależy również od przewodnictwa cieplnego kamieni.

TL; DR: Kamienie whisky pochłaniają ciepło z whisky, próbując osiągnąć równowagę termiczną ¹ .

Jak wspomniał Thomas, lód ma trzy efekty chłodzące:

• Sam lód potrzebuje 2,11 kilodżuli ciepła na gram, aby jego temperatura wzrosła o 1 stopień (Celsjusza). Liczba ta jest określana jako „pojemność cieplna właściwa”.
• Lód topi się w temperaturze 0 ° C i wymaga 334 kilodżuli ciepła na kg. Ta liczba to „utajone ciepło topnienia / topnienia”. Zwróć uwagę, że to dużo w porównaniu z resztą; ogrzewanie lodu od -15 stopni do 0 będzie wymagało jednej dziesiątej energii potrzebnej do jego późniejszego stopienia.
• Woda potrzebuje 4,18 kilodżuli ciepła na kilogram, aby jej temperatura wzrosła o jeden stopień.

Zauważ, że ciepło właściwe działa w obie strony; ta sama liczba dotyczy wzrostu temperatury / dopływu ciepła i spadku temperatury / utraty ciepła

Gdy schładzasz whisky w normalny sposób, lód pochłania ciepło na różne sposoby, schładzając whisky (co sama ma pojemność cieplną właściwą 3,4 kJ / kgK), dopóki system nie osiągnie tej samej temperatury. Zwykle dzieje się tak ² : cały lód osiąga 0 stopni Celsjusza, a whisky jest znacznie schładzana. Kiedy to nastąpi, lód topi się i znacznie obniża temperaturę whisky. Wreszcie lód (teraz woda) trochę się nagrzewa.

Patrząc na steatyt (którego używają w kamieniach whisky): steatyt jest trzykrotnie gęstszy od lodu, ale tylko o połowę mniej skutecznie pochłania ciepło (ciepło właściwe 0,9). Będzie więc o 50% skuteczniejszy niż ta sama liczba kostek lodu podczas fazy „osiągnięcia 0 stopni”. Po tym lód wygrywa z ogromnym marginesem - te same obliczenia na końcu koperty (gdzie biorę tę samą objętość steatytu, dając stosunek masy 3:10) daje mi 28C jako temperatura końcowa. Oczywiście można temu łatwo zaradzić, stosując więcej kamieni whisky (myślę, że moje oszacowanie stosunku 1:10 w pojemniku na lód może być jednak błędne - nie piję i nie wiem, ile lodu zazwyczaj do szklanki whisky).

Pamiętaj, że kolejnym ważnym czynnikiem jest przewodność cieplna. Lód ma przewodność cieplną 2,18 W / (m · K), a woda ma 0,56 W / (m · K), podczas gdy steatyt ma 6,4 W / (m · K), czyli około trzykrotnie więcej niż lód.

Wydaje mi się, że potrzeba trochę czasu, zanim lód równomiernie osiągnie stan 0C. Zamiast tego, tylko zewnętrzna warstwa będzie miała 0 ° C i będzie drastyczny gradient temperatury podczas wchodzenia do wewnątrz. Warstwa zewnętrzna będzie się powoli topić (efekt nieistotny, ponieważ jest to bardzo cienka warstwa, która się topi ³ ). Z drugiej strony steatyt jest w stanie absorbować ciepło w szybszym tempie (i jest w stanie wchłonąć więcej ciepła niż nietopliwy lód). Co może częściowo zrównoważyć wspomniane wyżej drastyczne różnice - w końcu przed wypiciem whisky nie czeka się na osiągnięcie równowagi termicznej. Tak więc szybsze chłodzenie ze steatytu może wyrównać szanse - o ile lód nie topi się w masie, powinno być w porządku.

Wniosek:

Jak Jeśli chodzi o efekty mrożące, kostki lodu są bardziej skuteczne na dłuższą metę, ale kamienie whisky będą początkowo chłodzić szybciej niż lód. Oczywiście kamienie mają tę dodatkową zaletę, że nie rozcieńczają napoju.

^{1. Równowaga termiczna występuje wtedy, gdy nie ma już wymiany ciepła netto między elementami systemu. Zwykle ma to miejsce, gdy wszystkie temperatury są równe.}

^{2. Zakładając, że masa lodu w szklance whisky to jedna dziesiąta masy samej whisky, a lód zaczynał się od -15 ° C, a whisky 30 ° C, potrzebujemy 3,4 * 30 * 10 = 1020 jednostek energii, aby obniżyć whisky do 0C. Otrzymujemy 2,11 * 15 = 31 jednostek z nagrzewania się lodu, az topnienia mamy potencjał 334 więcej. Najwyraźniej to nie wystarczy, więc utworzona woda musi również podgrzać się powyżej 0 stopni C. Obliczenia zewnętrzne dają mi 17 stopni jako końcową temperaturę dla tej mieszanki.}

^{3. Mogę to później zweryfikować; nie mam teraz ochoty rozwiązywać równań różniczkowych :)}

Kamienie whisky niekoniecznie są przeznaczone do utrzymywania zimnego napoju, zamiast tego są zaprojektowane tak, aby umożliwić ujawnienie się w napoju profili smakowych, które mogą nie występować w temperaturze pokojowej. Niektóre whisky otwierają się w nieco niższej temperaturze, a użycie kamieni pozwala eksperymentować bez osłabiania smaku napoju. Są już lepsze odpowiedzi matematyczne, więc nie będę się tym zajmować.

Jak wyjaśnił ryś, liczy się tylko temperatura whisky i kamieni. Dodatkowo,

• w przypadku lodu energia jest również używana do zmiany fazy bez zmiany temperatury
• kamienie tracą ciepło szybciej
• razem ze skałami nie otrzymuj rozcieńczenia alkoholu, które występuje podczas topnienia lodu (co jest głównym powodem używania rokcs)

Krótka odpowiedź brzmi: nie chłodzą prawie tak dobrze jak lód

Harvard Food and Science zespół przeprowadził eksperyment dla tego właśnie scenariusza. Wyniki były następujące:

Gdy lód topi się, temperatura Whisky spada do prawie -4 ° C, podczas gdy kamienie whisky ledwo doprowadziły napój do zera.

Powód jest już zostało ładnie wyjaśnione w odpowiedzi Manisheartha.