Отвечаем на ваши гипотетические вопросы с точки зрения физики

Тостер против морозилки

Оригинал: Toaster vs. Freezer

Будет ли тостер работать в морозилке?

— Подкаст My Brother, My Brother and Me, выпуск 343, обсуждение вопроса с сайта Yahoo Answers

В недавнем выпуске блестящего подкаста с советами от Джастина, Трэвиса и Гриффина МакЭлроев My Brother, My Brother and Me братья размышляли над вопросом с Yahoo Answers о последствиях помещения тостера в морозилку (примерно 36-я минута выпуска).

Они весело обсуждают несколько сторон ситуации и берутся за следующий вопрос. Поскольку к окончательному ответу они так и не пришли, я решил выручить их, рассмотрев поближе физику тостеров в морозилках.

У тебя мороженое… подгорело?

(Памятка по безопасности: учтите, если действительно так сделать, тостер может растопить лед — получится включенный электроприбор в луже воды.)

Вот как Гриффин описывает нашу ситуацию:

Ставим тостер в морозилку. Протягиваем туда удлинитель. Заряжаем хлеб, нажимаем кнопку. И вот что дальше, а? Если хлеб нагреется, значит, холодильник не справляется со своей работой. А если хлеб замерзнет, значит, с работой не справляется тостер.

Для начала верный ответ: тостер победит. Морозилка не справится со своей работой. Тостеры суровее морозилок.

Оказывается, в интернете у каждого есть собственное мнение по влиянию морозилки на хлеб, так что я стараюсь избегать этой темы и поедаю весь хлеб, едва купив его.

Удобно считать, что тостер и холодильник работают аналогично друг другу — один нагревает, другой остужает. Вот только тостеры греют гораздо сильнее, чем холодильники остужают.

Спираль обыкновенного тостера разогревается до свечения, а значит, примерно до 600 °C. При таких рабочих температурах не так уж важно, в каких условиях находится прибор: при 20 °C (комнатная температура), при 4 °C (холодильник) или при –15 °C (морозилка)[1].Ноль на привычной шкале термометра может сбивать с толку: кажется, что 20° вдвое теплее, чем 10°. На самом же деле «ноль» на шкале Цельсия — условность. Если перевести все в кельвины, где градусы отсчитываются от абсолютного нуля, в морозилке будет 260 К, в холодильнике — 275 К, в комнате — 295 К… нагревательный же элемент тостера достигает 900 К.

[шкала худшего в мире термостата]

Задача тостера — разогревать спираль от комнатной температуры до 600 °C с лишним. Для него разница в исходной температуре на 20–40 градусов едва ли ощутима. Сперва нагреются спирали, а затем и хлеб. Если хлеб в начале был прохладнее, до состояния идеального тоста его придется греть чуть дольше, но это не проблема. Если вы когда-нибудь сжигали тост, то знаете, что тостеры вполне способны разогревать хлеб гораздо сильнее, чем нужно для идеального завтрака.

МакЭлрои в своем обсуждении подняли еще один вопрос: даже если тостеру по зубам поджарить хлеб, долго ли он сможет не давать тосту остыть? Если не выключать ни морозилку, ни тостер, кто победит со временем?

Ответ: тостер все равно выиграет. Он производит около тысячи ватт тепла, система охлаждения в бытовой морозилке не может отводить тепло так быстро. Более того, морозилки прекрасно изолированы, так что внутри наверняка станет гораздо теплее, чем снаружи, и рано или поздно как минимум один из приборов просто перегреется[2].В обоих устройствах есть предохранители, которые не дадут ничему сгореть, но в нашей ситуации рассчитывать на них было бы неразумно.

Холодильники и морозилки перекачивают тепло изнутри наружу через заднюю стенку[3].Вот почему она такая горячая. По этой же причине невозможно остудить комнату, оставив холодильник открытым. В некотором смысле они эффективнее тостеров. Их холодильный коэффициент равен 2 или 3 — то есть за 1 единицу электроэнергии они отводят 2 или 3 единицы тепловой энергии. Тостер же превращает 1 единицу электричества в 1 единицу тепла. Но компрессор в морозилке потребляет всего 100–150 ватт[4],Обладатели мониторов энергопотребления выкладывают настоящие графики работы своих холодильников, их несложно нагуглить. Отчетливые квадратные волны — компрессор включается и выключается в течение дня. Большие пики — нагревательные элементы не дают спиралям покрываться льдом. В этих процессах участвуют и холодильник, и морозилка, но, если в основной камере уже холодно, бóльшая часть энергии уйдет на войну с тостером. так что даже утроенная эффективность не поможет ему угнаться за тостером, производящим более 1000 ватт тепла.

Рано или поздно тостер начнет разогревать морозилку изнутри.

Даже будь морозилка такой же мощной, ей не удалось бы помешать спиралям тостера разогреться и поджарить хлеб. Она может остудить воздух вокруг тостера, но мы-то помним, что для этого прибора весь наш воздух и так холодный.

Забудь, пойду лучше потусуюсь с микроволновкой.

Если вдруг вы живете в канадском городе Виннипеге, вы можете поставить эксперимент. Зимней ночью температура воздуха там примерно такая же, как в морозильной камере, так что у вас за дверью фактически действующая модель бесконечно мощной морозилки. Допустим, однажды ночью вы выставите на крыльцо тостер, протянете к нему шнур и оставите на несколько часов, время от времени забирая тосты и заряжая новый хлеб. Что произойдет? Элементарно: вас быстро сожрут волки.

«Защищаться» в канадской научной среде — это эвфемизм для «отбиваться от стаи волков».

Но если вы выживете, то увидите, что тостер без малейших проблем работает на холоде. Хорошо подрумяненного тоста придется ждать чуть дольше, но все пройдет гладко, если ветер не слишком сильный. В конце концов, тостеру в любую погоду холодно.

Разница между тем, что люди считают «холодом» и «жарой», пренебрежимо мала во многих высокотемпературных процессах. Например, в Антарктике есть отлично оборудованная пожарная часть. Казалось бы, как может что-нибудь перегреться в самой холодной точке планеты? А между тем пожары представляют для исследователей серьезную угрозу. Ведь там сухо, ветрено и почти нет жидкой воды для тушения огня. Разумеется, там холодно, но, с точки зрения огня, холодно везде.

С другой стороны, в Антарктике нет волков. Так что, если вы не против прокатиться (и добудете разрешение местного пожарного управления), можете съездить туда и мирно насладиться тостами из морозилки под открытым небом.

Для протокола: я никогда не был в Виннипеге и ничего против этого города не имею! Выжившие поговаривают, там чудесно.