Hvad gør en god køler til en god køler (ifølge fysikken)?

, Author

Vores interne altvidende svarer på spørgsmål om dit samspil med teknologi.

Q: Hvad er den bedste køler ud fra et fysikperspektiv?

A: Først en påmindelse om gymnasiefysik: Varme er på atomart niveau molekylers bevægelse. Jo hurtigere de bevæger sig, jo varmere er det faste stof/den flydende gas/den flydende gas. I en varm gas betyder det, at molekylerne suser rundt og preller af på væggene. I et varmt fast stof vibrerer molekylerne der, hvor de sidder, og sender deres vibrationer videre til eventuelle langsommere vibrerende naboer gennem de elastiske molekylære bindinger, der holder det faste stof sammen.

Koldt er fraværet af varme, ligesom mørke er fraværet af lys. Målet med en køler er derfor ikke så meget at holde “kulden” inde, men at holde varmen ude. Hvor godt en køler kan gøre dette, afhænger af tre nøglefaktorer: isolering, luft og is.

Så hvad er den bedste køler? Tænk på det ud fra et termodynamisk perspektiv:

En med tyk isolering af skum med lukkede celler

Generelt set bruger alle kommercielle kølebokse den samme isoleringsmetode: skum mellem de indre og ydre vægge. Skum er en god isolator af to grunde. For det første er det fyldt med gasbobler; gasser leder varme mindre effektivt end enten væsker eller faste stoffer, og når gassen er fanget i små bobler, forhindrer det, at gassen effektivt overfører varme via konvektion. For det andet er de polymermolekyler, der udgør boblernes vægge, ret løst bundet; dette begrænser den hastighed, hvormed varme kan overføres fra et molekyle til et andet. (Molekyler i materialer med høj varmeledningsevne som f.eks. metal indeholder frit flydende elektroner, som overfører varme lettere end deres mindre mobile modstykker.)

Men ikke alle skummer er lige gode! Du har dit skum med lukkede celler og dit skum med åbne celler. Skum med lukkede celler er tæt og stift, og de fleste af gasboblerne rører ikke hinanden. Skum med åbne celler er mere fleksibelt og lettere, men fordi de fleste af gasboblerne er i kontakt med hinanden, er det lettere for varmen at bevæge sig igennem det og er derfor mindre isolerende. De to typer skum indeholder også forskellige typer gas: Åbne bobler er ofte fyldt med vanddamp, mens skum med lukkede celler er fyldt med en række andre kemikalier med bedre isolerende egenskaber, f.eks. pentan. (I årtier var de fleste isolerende skumtyper med lukkede celler fyldt med CFC’er; disse blev udfaset, efter at man opdagede deres indvirkning på ozonlaget. De fleste nuværende skumgasser er ikke helt så gode til at beskytte koldt kød, men de er betydeligt bedre til at beskytte atmosfæren!)

Open-cell-skum er den type skum, der anvendes i madkasser med bløde sider og lignende, mens kølebokse med hårde sider normalt indeholder skum med lukkede celler i deres vægge. På grund af forskellen i isoleringsevne er du næsten altid bedre stillet med en hårdtsidet køleboks end en blødtsidet, så længe bærbarheden ikke er en begrænsende faktor.

Sidst, og mest intuitivt, afhænger effektiviteten af din køleboks af tykkelsen af det skum, der bruges til at isolere den. Nogle billigere kølebokse har ikke isolering i låget eller har derefter tyndere isolering i bunden af køleboksen; begge disse faktorer vil reducere din køleboks effektivitet. Hvis låget på din køler har kopholdere, kan du desuden overveje at sætte en prop af isolerende materiale som f.eks. styrofoam i bunden af dem. (Eller hvis du ikke bruger dem, kan du overveje at fylde dem op med sprayskum eller memoryskum!)

En, der forbliver fuld og uåbnet

Sammenlignet med faste stoffer og væsker er luft en dårlig leder af varme. Men man skal ikke undervurdere den! Hver gang indholdet i din køler kommer i kontakt med den varmere luft udenfor, kommer de hurtigere bevægende molekyler ind og prikker dine kolde molekyler i ribbenene, hvilket får dem til at bevæge sig hurtigere – og gør din øl lidt varmere. Af denne grund er det bedst, at din køler ikke åbnes ofte. Overvej at have separate kølebokse til mad og til drikkevarer.

Dertil kommer, at en god køleboks vil være lufttæt. Kontroller forseglingen omkring låget på din køleboks, og sørg for, at den lukker så lidt luft ind som muligt. Nogle kølebokse, f.eks. YETI og Orca, er støbt ud af ét stykke plastik uden sømme i en proces kaldet roto-molding. Det er utroligt effektivt til at holde luft ude, men det kan også være utroligt dyrt.

Hvis det er muligt at fylde din køleboks, så der ikke er nogen luftlommer, skal du gøre det – helst med is. For mens en blanding af is og smeltet vand i din køleboks altid vil være 32 grader Fahrenheit, vil enhver luft i din køleboks være varmere end det. Ved at fylde disse luftlommer med is slipper du af med det problem.

En med en passende mængde (og form) is

Det generelt accepterede forhold mellem is og indhold er ca. 2:1. (Det ideelle forhold har så mange faktorer, herunder indholdets specifikke varme, at det ikke er noget, der er værd at beregne før hver campingtur). Isens smeltehastighed er direkte relateret til dens overfladeareal: En isblok smelter meget langsommere end en tilsvarende mængde is i små terninger. Overvej at købe isblokke, eller frys vand i en plastikflaske for at lave din egen “blok”. (Efter at denne historie først blev offentliggjort, skrev fysiklærer Fred Bucheit til os for at minde os om, at det faktisk er ønskeligt at smelte isen, da det er sådan, isen absorberer den varme, der ellers ville opvarme din øl. Hvis du vil have dit indhold maksimalt nedkølet, er hurtigt smeltende isterninger din ven; hvis du har en lang tur, hvor dit indhold ikke behøver at fryse, vil blokis holde meget længere.)

Når isen smelter, vil vandstanden i din køleboks stige. Lad være med at tømme den! Det isolerer stadig indholdet af din køleboks. (Vand kan måske lede varmen bedre end luft, men så længe vandet er koldere end luften, er det det bedre valg til at opbevare din øl i.)

Shurtigt bevægelige molekyler er fjenden af kolde ting, og at holde disse molekyler på afstand er den tapre ambition for alle kølebokse – de bedste udnytter fysikkens love fuldt ud for at maksimere deres effekt.

Meredith Fore kan lide sin hårde cider iskold og skriver for WIRED om fysik som AAAS Mass Media Fellow.

Opdateret 7-11-19, 9 pm EDT, for at præcisere, hvordan smeltende is faktisk kan hjælpe med at holde dine drikkevarer kolde.

Hvad kan vi fortælle dig? Nej, virkelig, hvad vil du have en af vores in-house eksperter til at fortælle dig? Skriv dit spørgsmål i kommentarerne, eller send en e-mail til vores altvidende.

Mere store WIRED-historier

  • En anordning til at opdage “aggression” i skoler giver ofte fejlskud
  • Disneys nye Lion King er VR-brændstofede fremtid for biografen
  • Google Photos hacks til at tæmme din billedoverbelastning
  • Det er på tide at skifte til en privatlivsbrowser
  • YouTubes “lorte-robot”-dronning lavede en Tesla pickup truck
  • 📱 Spændt mellem de nyeste telefoner? Frygt ikke – se vores købsguide til iPhone og vores foretrukne Android-telefoner
  • 📩 Sulten efter endnu flere dybe dykninger om dit næste yndlingsemne? Tilmeld dig Backchannel-nyhedsbrevet

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.