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一杯热饮如何快速降温?物理学家较真后:真相惊讶

据国外媒体报道,热咖啡温度如何变化?怎样才能让咖啡迅速冷却?日前一位物理学家闲来无事用实验室方法研究了这个问题。并将整个实验过程发布在《连线》杂志上。

和很多人一样,我也喜欢在闲暇之余品尝一杯好咖啡。不是那种诸如拉花咖啡、无脂咖啡或是香草咖啡,而是一杯热腾腾的传统经典黑咖啡。但热咖啡往往有一个问题——它太热了,不能立即入口。当我们拿到一杯热咖啡时,必须找到最好的方法让它冷却下来,能够快点品尝到。

目前我又两种方法来冷却热咖啡。一种是打开咖啡杯的盖子,另一种是不打开盖子,但我会通过咖啡杯上的饮用小孔吹吹气,让它能够冷却下来。

哪一种方法才是最好的?让我们通过一个简单的物理实验试一下。在此之前,我需要一些工具。

首先,毫无疑问当然是咖啡杯;其次,我们还需要一些温度计。热咖啡的温度是多少?我想80摄氏度应该是最常见的热咖啡温度。而什么样的温度是适于饮用的咖啡温度呢?依我的个人经验,64摄氏度相当不错的选择。

现在让我们来做一个实验。首先,我将模拟黑咖啡的热水倒入三杯咖啡杯里去。

现在我们面前有三杯温度为80摄氏度的热咖啡。其中杯1有一个盖子,这是我们的标准咖啡杯;而杯2没有盖子;杯3有一个盖子,但我会通过饮用小孔不断向里面吹气。

一杯热饮如何快速降温?物理学家较真后:真相惊讶
(三杯咖啡)

那么哪一种冷却方法的效果更好一些?当然,我可以每一杯都尝一下,用自己的感觉进行比较。但我会用温度计实际去测量温度,在三个杯子中放进温度探头。

为了使第三个杯子尽可能地逼真,我会通过小孔向里面吹气。并不是连续地吹,而是间隔地一次一次吹,好像我在忙着做其他事情,而等待咖啡冷却下来。我们通过温度传感器采集温度数据。以下是几分钟内三个咖啡杯随温度变化的值。

一杯热饮如何快速降温?物理学家较真后:真相惊讶
(X轴是以秒计的时间,Y轴为温度。蓝色线表示杯1随时间变化的温度曲线,绿色线表示杯3随时间变化的温度曲线,黄色线表示杯2随时间变化的温度曲线。)

你可以看到实验的结果。虽然起始温度不尽相同,但明显没有盖子的杯子冷却速度最快。因为从本质上讲,我们只有两种方式来冷却咖啡。首先,我们是采用热传导,通过将热咖啡放置在较冷的物体旁边,从而把热能传递给较冷的物体,从而降低咖啡的温度。在我的实验中,比咖啡更冷的是空气和杯子的底座。这并不足以对咖啡的温度有显著影响。

而第二种方法是通过蒸发冷却。当咖啡表面的水蒸发后,会留下热能较低的水分子,导致咖啡的温度降低。没有了盖子,杯子内咖啡的蒸发表面积增大,因此能够迅速冷却。如果有盖子,我们可以通过向孔中吹气来增加蒸发速度,但这显然不如掀开盖子更为有效。

现在我们再做一个实验。在饮用小孔上插入杯塞,看其是否有助于保持咖啡的温度。

一杯热饮如何快速降温?物理学家较真后:真相惊讶
(实验2中的杯1和杯2)

我依旧用两个杯子重复了早期的实验。杯1有盖子,而杯2有盖子和杯塞。以下是两杯咖啡温度随时间的变化:

一杯热饮如何快速降温?物理学家较真后:真相惊讶
(X轴是以秒计的时间,Y轴为温度。蓝色线表示杯1随时间变化的温度曲线,黄色线表示杯3随时间变化的温度曲线。)

温度计显示两杯咖啡的温度大致相同,我原本以为没有杯塞的咖啡会冷却的更快。但事实并非如此。看来杯塞的主要作用是防止咖啡溢出。

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