Почему суп в термосе остывает быстрее, чем чай или кофе?

Если вы путешествуете пешком по Альпам или идете на лыжах по пересеченной местности в условиях арктического климата, этот вопрос встает с особой остротой. Открыть термос и обнаружить, что его содержимое уже не согреет вас, — это прискорбно. Так почему же водянистые напитки сохраняют тепло дольше, чем вязкие?

Что понадобится:

  • два одинаковых термоса;
  • кастрюля горячего густого супа (лучше всего овощного, с большим содержанием пюреобразных ингредиентов);
  • свежезаваренный кофе или чай.

Что делать? Вылейте суп в один термос, чай или кофе в другой и надежно закройте. Через час отпейте по глотку из каждого термоса и определите, какая из жидкостей горячее. Еще через час повторите ту же процедуру.

Что можно наблюдать? Вы обнаружите, что чай или кофе остаются горячими дольше, чем густой суп.

Что происходит? Связь между теплом (или переносимой тепловой энергией) и температурой довольно сложно уяснить тем, кто только начинает изучать физику. Начальная температура супа в термосе равна температуре чая или кофе, тем не менее суп остывает быстрее по следующим причинам.

Когда тепловая энергия (измеряемая в джоулях) переходит от супа термосу, температура супа падает согласно следующей формуле:

Переданная тепловая энергия = масса супа (кг) х удельная теплоемкость супа (джоули на килограмм на градусы) х изменение температуры супа (градусы).

Важным фактором в данном случае является удельная теплоемкость супа, т.е. количество джоулей, необходимое для изменения температуры 1 кг супа на 1 °С. У воды очень большая удельная теплоемкость — 4200 джоулей на килограмм на градусы. Удельная теплоемкость чая и кофе чуть ниже, но у жиров в вязком супе еще ниже, поэтому температура супа падает гораздо быстрее, даже если теплообмен в термосе происходит в том же темпе. В любом случае подобные жидкости быстрее нагреваются и остывают. Наглядный пример — цельное молоко, которое вскипает быстрее воды и снятого молока.

Большой удельной теплоемкостью вода обязана уникальным характеристикам водородных связей. Удивительно, но для охлаждения 1 кг воды на 1 °С нам потребуется больше энергии, чем для охлаждения 1 кг другого вещества, поэтому опытные туристы знают, что в термосах следует хранить только воду, чтобы заливать ею чай, кофе, замороженные продукты. Получившийся суп будет не таким вкусным, как приготовленный в домашних условиях, но более горячим, а это важно, если вы оказались в суровых погодных условиях.

Интересно, что благодаря высокому содержанию воды картофель — важная составляющая многих овощных супов — идеально подходит для сохранения тепловой энергии, поэтому у костров вечером так удобно греть руки картошкой в мундире. Осторожнее с французским луковым супом: очень водянистый, он обладает удельной теплоемкостью, близкой к теплоемкости воды, вдобавок его защищает от остывания плавучая пленка жира на поверхности. Неосторожный едок может обжечь язык, даже если примется за луковый суп, выждав время, когда соседи по столу уже доедают третью порцию густого буйабеса (сложный и дорогой в приготовлении прованский рыбный суп). В обоих случаях есть и приятный момент: если вы надумали сварить суп заранее, выберите картофельный или французский луковый, — к тому времени, как вы проголодаетесь, они будут еще горячими.

Осталось упомянуть еще один озадачивающий эффект. Если вам лень как следует помешивать суп при нагревании, он прокипятится лишь в нескольких местах, и только потом нагреется до +100 °С, вместо того чтобы прогреваться равномерно. Если налить такой суп в термос, начальная температура у него будет ниже, чем у свежего чая или кофе, следовательно, остынет суп еще быстрее.

P.S. Мы с удовольствием воспользовались сведениями, полученными из женского колледжа Хэррогейт, чтобы сформулировать предмет наших исследований в этой сфере. Студентки колледжа построили графики охлаждения, нашли точки кипения и удельную теплоемкость чая и грибного супа. Их результаты подтвердили, что суп остывает быстрее, чем чай, а полученные величины удельной теплоемкости составили 2960 джоулей на килограмм на градусы для супа и 4185 джоулей на килограмм на градусы для воды, что объясняет описанный эффект. Запомните: настоящий ученый должен быть экспериментатором!

Комментарии: