Vattens frystid

Jag undrar ifall det finns någon här som har en formel är man kan beräkna hur snabbt en kubikliter vatten fryser till is i en frys som konstant håller -20¤C?

Vi utgår ifrån att vattnet håller en bastemperatur på 10 grader C vid införandet i frysen.

Det finns en bra sida som tar upp vattnets egenskaper och den kemiska process som startar vid kylningen men jag tycks inte hitta just tidsramen eller någon formel för detta. (http://www.foodsci.uoguelph.ca/dairyedu/freeztheor.html)

Hör egentligen till fysik.
Formeln du ska använda dig av är W = C x m x delta T

Kemi -> Fysik

/Mod

Men vatten beter väl sig konstigt när det gäller hur det fryser, tänker på Mpemba-effekten att det går snabbare när det är varmt.
http://sv.wikipedia.org/wiki/Mpemba-effekten

Okej, nu är det så att jag inte kan utläsa ekvationen utan att veta vad variablarna står för...

Sorry for felpost men jag tänkte att det var en kemisk reaktion som fick vattnet att gå från flytande till fast form.

W=Energi
C= Värmekapacitet
m= massa
T= Temperatur(Kelvin)

Något sånt.
Rätta mig gärna om jag är fel ute.
Tror man brukar använda Q istället för W här också. Står för värmeenergi.
Sen om det är denna man använder det vet jag icke

http://sv.wikipedia.org/wiki/V%C3%A4...verf%C3%B6ring

Om luften står still i frysen så handlar det om konduktion:
http://sv.wikipedia.org/wiki/Konduktion

Om frysen har en fläkt eller w/e så är det konvektion
http://sv.wikipedia.org/wiki/Konvektion

Jag kan anta att varmvatten kanske kan skapa luftströmmar i frysen som gör att värmeöverföringen sker via konvektion istället, som då är mer effektiv värmeöverföring än konduktion. Men det är en ren gissning.

Vad det handlar om är värmeöverföringstalet mellan det varma objektet (vatten+behållare) mot luften och skillnaden i temperatur mellan objekten. Det beror i sin tur på vad luften innehåller, vad vattnet innehåller, behållaren vattnet är i och formen vattnet har (eller storleken på ytan som exponeras mot luften). Det sker ju även en del konduktion mot vad vattnet står på i frysen, som då har ett högre värmeöverföringstal än mot luften.

En stor skillnad i temperatur mellan objekten ger högre värmeöverföring, som sen avtar med minskad temperaturskillnad. (Om du tänker på hur fort kaffekoppen går ner från drygt 80 grader till 60 grader och jämför det med hur lång tid det tar från 40 till rumstemperatur så förstår du typ hur det fungerar)

Denna formel är ju visserligen meningslös i TS frågeställning, då den bara hanterar energiavgivning/absorbering och säger inget om hur lång tid det tar.

Känns som det skulle vara väldigt svårt att formulera ett passande formel, då det finns så många faktorer (som onaqui nämner).

Nej, men du får en uppfattning om det värme som behöver transporteras bort från kylskåpet.


Lit snabb huvudräkning ger m*c*10 = 42000 joule
Frysning: 334000 Joule
In alles cirka 375 kJ.
Vi behöver sen fakta om frysen för att fixa fram en "minium-tid" för frysningen.
Jag hittar tyvärr inte det nu.

Okej, för att göra det enklare.

Frysen håller en stadig temperatur på -10 grade C
Frysen har en volym på 0.25 Kubik liter (1 meter hög, 50 cm djup och 50 cm bred)
Frysen saknar fläkt

Vattnet har en temperatur på 10 grader C
Vattnet har en volym på 1 kubik liter
Vattnet är placerat i mitten av frysen ( mitten från golvet och väggarna
Vattnet har ingen behållare så vi skippar den variabeln.
Vattnet är destillerat

Där. Allt jag vill veta är om man kan skapa en enkel regel.

Roligt att få så många och utförliga svar!

grejen är den att det inte går att skapa någon "enkel" regel. Detta beror på att värmeöverföring beskrivs av en differentialekvation, newtons avsvalningslag. I denna ingår en konstant, värmeöverföringskoefficienten, som varierar bl.a. beroende just på vilket kärl som används*. Koefficienten får du lättast fram genom att göra mätningar där övriga variabler är kända.

http://en.wikipedia.org/wiki/Heat_tr...law_of_cooling
http://en.wikipedia.org/wiki/Heat_transfer_coefficient

*det säger ju sig själv att det är stor skillnad mellan, som i ditt exempel, en magisk friliggande vattenkropp, och en thermosflaska.

Edit: i ditt fall får du ju också en övre gräns som bestäms av frysens kyleffekt. jag vet inte om vattnet svalnar så snabbt att det blir ett problem.



Spännande det här med sexdimensionella vattenbehållare, för övrigt.. och hur får 1 dm^6 vatten plats i 0,25 dm^6 frys?