راز علمی خنک‌نشدن آب؛ چرا گرما سریع می‌آید و دیر می‌رود؟
گرم‌کردن آب برایمان سریع و آسان است، اما وقتی نوبت به سردکردن می‌رسد، ماجرا فرق می‌کند. فیزیک توضیح جالبی برای این تفاوت دارد.
به گزارش سیناپرس، کتری برقی می‌تواند در چند دقیقه آب را از دمای اتاق به نقطه جوش برساند، اما اگر همان آب داغ را کنار بگذاریم، ممکن است مدت زیادی طول بکشد تا دوباره خنک شود. حتی گذاشتن آن در یخچال یا فریزر هم معمولاً به‌اندازه گرم‌کردنش سریع نیست.
آیا در قوانین فیزیک چیزی وجود دارد که سردکردن آب را ذاتاً دشوارتر از گرم‌کردنش کند؟ پاسخ کوتاه این است: نه. هیچ قانون بنیادی طبیعت نمی‌گوید آب همیشه باید کندتر از آنچه گرم می‌شود، سرد شود. اگر دستگاه سرمایشی به‌اندازه کافی قدرتمند داشته باشیم، آب می‌تواند حتی سریع‌تر از گرم‌شدنش سرد شود.
تفاوتی که در زندگی روزمره می‌بینیم، بیشتر به ابزارهایی مربوط است که برای گرم‌کردن و سردکردن در اختیار داریم. برای درک موضوع، کافی است به اختلاف دما نگاه کنیم. دمای معمول اتاق حدود ۱۵ تا ۲۵ درجه سانتی‌گراد است. دمای داخل یخچال معمولاً بین صفر تا ۵ درجه و دمای فریزر خانگی حدود منفی ۲۰ درجه سانتی‌گراد است. در مقابل، المنت کتری یا اجاق برقی می‌تواند به دمایی بالاتر از ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد برسد.
هیچ قانون بنیادی در فیزیک وجود ندارد که بگوید آب همیشه باید کندتر از گرم‌شدن، سرد شود؛ سرعت این فرایند بیشتر به اختلاف دما و توان دستگاه بستگی دارد
وقتی المنت داغ کتری با آب نسبتاً سرد تماس پیدا می‌کند، اختلاف دمای زیادی میان منبع گرما و آب وجود دارد. همین اختلاف دما باعث می‌شود انرژی با سرعت زیادی وارد آب شود. اما وقتی همان آب را در یخچال قرار می‌دهیم، شرایط کاملاً متفاوت است.
اگر آب ۲۰ درجه باشد و هوای یخچال ۵ درجه، اختلاف دما فقط ۱۵ درجه است. حتی فریزر منفی ۲۰ درجه هم در مقایسه با یک المنت چندصد درجه‌ای، اختلاف دمای بسیار کمتری ایجاد می‌کند. بنابراین یکی از دلایل اصلی سریع‌تر بودن گرم‌کردن این است که ما به منابع گرمایی بسیار داغ دسترسی داریم، اما معمولاً منبع سرمایی با چنین اختلاف دمای بزرگی در اختیار نداریم.
سرعت سردشدن فقط به دمای محیط بستگی ندارد
عامل مهم دیگر، توان دستگاه‌ها است. کتری برقی معمولی ممکن است حدود ۱ تا ۲ کیلووات توان داشته باشد و در هر ثانیه مقدار زیادی انرژی را به آب منتقل کند. اما یخچال برای چنین کاری ساخته نشده است. وظیفه یخچال این است که گرما را به‌آرامی از فضای داخلی بگیرد و آن را به محیط بیرون منتقل کند.
کمپرسور یخچال خانگی معمولاً بسیار کم‌توان‌تر از المنت کتری عمل می‌کند. به همین دلیل مقایسه کتری با یخچال کمی شبیه مقایسه یک خودرو مسابقه‌ای با یک کامیون باربری است؛ هر دو حرکت می‌کنند، اما برای هدف‌های متفاوت ساخته شده‌اند.
ممکن است تصور کنیم اگر آب را به‌جای یخچال داخل فریزر منفی ۲۰ درجه بگذاریم، باید چند برابر سریع‌تر سرد شود. اما در عمل چنین اتفاقی نمی‌افتد.
کتری برقی با توان بالا و اختلاف دمای زیاد، انرژی را سریع وارد آب می‌کند؛ اما یخچال برای خارج‌کردن تدریجی گرما از مواد غذایی طراحی شده است
همان‌طور که نیوساینتیست می‌نویسد، طبق قانون سردشدن نیوتن، سرعت کاهش دمای جسم تقریباً به اختلاف دمای آن با محیط بستگی دارد. برای مثال، لیوان آبی با دمای ۱۰۰ درجه سانتی‌گراد در اتاقی با دمای ۲۰ درجه، حدود ۸۰ درجه اختلاف دما دارد. اگر همان آب را داخل فریزر منفی ۲۰ درجه قرار دهیم، اختلاف دما به ۱۲۰ درجه می‌رسد. یعنی در شروع فرایند، سرعت سردشدن فقط حدود ۱٫۵ برابر بیشتر می‌شود، نه چندین برابر. کاهش دمای محیط کمک می‌کند، اما اثر آن محدود است.
ما آب را فعالانه گرم می‌کنیم، اما اغلب منفعلانه سرد می‌کنیم
به نقل از زومیت، وقتی می‌خواهیم آب گرم شود، کار مشخصی انجام می‌دهیم: کتری را روشن می‌کنیم، شعله را زیاد می‌کنیم یا ظرف را روی اجاق می‌گذاریم. در واقع انرژی را به‌صورت فعال و پیوسته وارد آب می‌کنیم. اما برای سردشدن، اغلب فقط آب را کنار می‌گذاریم و منتظر می‌مانیم.
در این حالت، آب گرمای خود را به محیط اطراف منتقل می‌کند. هرچه دمای آب به دمای محیط نزدیک‌تر شود، اختلاف دما کمتر می‌شود و انتقال گرما نیز آهسته‌تر اتفاق می‌افتد. به همین دلیل فنجان چای در دقایق اول سریع‌تر خنک می‌شود، اما وقتی به دمای اتاق نزدیک می‌شود، روند سردشدن بسیار کندتر می‌شود.
