物理问题或者说是生活问题,就是一个生活问题的物理化!高手进来!

现在有一冰块(大小合适),还有一口装满热饭的铁锅,小明想要利用冰块使热饭降温,便于食用,但不能破坏饭的口感。
小明要把锅放在冰上面,小红说要把冰放在锅盖上面。
问题:冰块是放在下面饭凉的快,还是放在锅盖上冷得快?小红和小明哪个是错误的?!
请说明理由!

答案是:小明正确。

解释:

【【第一步骤,】】

我们明确热量传导的三种不同方式,分别是:热传导,热对流和热辐射。

【热传导】是在同一物体或者相同介质里面,存在不同的温差,热量从高温端传递到低温端——这个很好理解,比如在一块铁板上一端点上火,另一端很快也会变热。

【热对流】是指热量通过流动介质,由空间的一处传播到另一处的现象——这个非常常见,是自然界热传导的主要形式。自然界的风就是热对流!

【注意】热对流和热传导在宇宙里(太空)不是主要的传热方式,因为热传导必须在同一物体内进行,真空无法传导热,对流则是因为密度差造成的(热胀冷缩),所以对流只发生在有重力的地方。太空里主要的传导方式是热辐射。

【热辐射】这个比较抽象,但是地球上的能源几乎百分之百来自于太阳!太阳射出的光线就是热辐射!所有物体都在辐射电磁波,只不过低温物体的电磁波长,肉眼不可见,如果你有一双能看见红外线的钛合金狗眼的话,估计就能看到你身边的所有物体都在辐射红外线。

 

【【第二步骤,】】

明确了热辐射的三种形式我们来讨论上面的问题。

第一种,冰块在下面,热传导的方式有:热传导,热辐射,但是热对流这一点应该是不明显。

            热传导是因为铁锅是热的良导体,很容易发生热传导。水(假设锅里都是水),这种东西的热传导很慢,因为水的比热容很大,而如果低温的水在下面的话又不容易发生热对流——密度差是产生热对流的主要原因,低温水密度大,自动沉在下面。

所以我们认为【热传导和热辐射】是冰块在下面的主要的传热方式。

 

第二种,冰块在上面,导热方式:热对流、热辐射。热传导这时候不明显。

            对流发生在锅盖和饭(热水)之间,空气是一种容易发生热对流的东西,所以我们认为主要是这两种。

 

【【第三步骤:】】建立模型

无论是放在上面还是放在下面热辐射这种依靠电磁波形成的导热,是差别不大的。因为热辐射是水辐射出的电磁波。水在这个题目里是不变的!所以我们要考究的就是【热对流】和【热传导】哪种更给力。

另外由于蒸发这种方式必须在敞开环境下,我们认为这里蒸发可以忽略。

对于小红的情况来说,空气是主要导热介质。但是我们必须认识到一点——空气的比热容非常低!空气的比热是——1.0×103J/(kg.℃)

但是我们假设空气重量是15克,全部吸收完一摄氏度的热量才15焦耳!

但是假设水的体积是空气的五倍,那么水的重量几乎是空气的七八百倍,假设是水重5KG——那么比热是4.2*103J/(KG·℃)

那么就是大约21000焦耳!是空气的几百倍!

而我们看热传导——虽然热传导在水里很慢!但是比起上面几百倍的差距是可以忽略的!

但是我必须说一点——

最后小明的方法形成的水(饭)是这样的——

从下往上温度逐步提升。可能表层的饭温度还在沸点,但是请注意!

这是生活实际问题——所以只用要一个汤勺,轻轻搅拌一下……这顿饭就可以吃了!

这时候小红的那锅饭还滚烫呢!

温馨提示:答案为网友推荐,仅供参考
第1个回答  2012-11-04
呵呵 实践吧 不同的锅可能结果不同呢 但是觉得多数可能该是下面
因违饭不是满的 若放上面 锅盖冷却后传递到 米饭的热量 不会很多 中间还有层空气,传递效率很低
锅底放冰块 由于是基本直接接触饭粒(中间一层铁导热效果相对较好)导热快很多 而且目的是饭粒冷却 在接触面积一样的情况下 该是锅底冷却快
若说冷空气下降的话 那靠近锅体的冷空气起到冷却作用 但大部分冷气却被空气吸收了
以前喝粥怕粥烫就把锅底放在凉水盆里 效果不错
第2个回答  2012-11-04
铁锅放在冰的上边,铁锅导热快,能快速的把冰的低温传导到饭中。
理论上讲,冷气向下走,要把冰放在锅盖上。但是实际中锅盖离饭会有一定的距离,空气导热很慢,不容易使饭降温。
如果是满满的一个金属饭盒饭,把并放在上边,会比较快降温。
第3个回答  2012-11-04
放在上面。
在对流时,热的往上,冷的往下。
所以应放上面。
第4个回答  2012-11-04
放上面,冷气是向下走的。
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