¿Qué haría que dos esferas de papa idénticas se cocinen más rápido en aceite que en agua, si tanto el agua como el aceite están a la misma temperatura, dentro de un horno a temperatura constante?

Esta es una pregunta interesante, y tiene más que ver con la termodinámica y la ingeniería, que con la comida, pero dado que respondo preguntas en ambas áreas, lo intentaré. Gente de la alimentación, ten cuidado, voy a tirar unos pocos términos de ingeniería, pero haré todo lo posible para explicarlos en términos sencillos.

Entonces, lo primero que debe saberse es que la transferencia de calor está dictada por una fórmula, Q = cmΔt , donde Q representa el calor agregado, c es el calor específico, m es la masa y Δt es el cambio de temperatura. [ 1] Para este ejemplo, disculpe a mis compañeros estadounidenses de Quorans, pero es más simple mostrar esto en métricas, pero lo prometo, los números no significarán una tonelada más que mostrar por qué el aceite se cocina más rápido que el agua.

Entonces, ¿qué significan todos estos términos de la fórmula?

Calor agregado, Q – es la cantidad de energía térmica que está poniendo en un objeto, en este caso una esfera de papa. La unidad de energía en SI es el joule (pronunciado “joya”).

Calor específico, c – es la cantidad de calor (en julios) requerida para aumentar la temperatura de 1 gramo de una sustancia en 1 grado Celsius. Se mide en joule / (gramo * ° C), que verás cancela las unidades de la otra parte de este lado de la ecuación para darnos los joules que queremos resolver.

Masa, m – ¿Se calienta el peso del material, en gramos? En este caso, no necesitamos mirar la papa, como mostraré, entonces la masa será para el aceite y el agua.

Cambio en la temperatura, Δt – Este es el cambio en la temperatura. En nuestro caso, supondremos que tanto el agua como el aceite tienen el mismo cambio de temperatura, según la información de la pregunta, y esto se mide en ° C.

Entonces, conectemos cierta información a nuestra fórmula para agua y aceite, y veamos qué sucede.

Q = cmΔt, el calor específico para el agua es 4.186 julios / gramo ° C, y supongamos que nuestra masa de agua y aceite es de 100 g para cada uno. El calor específico para el aceite de cocina es 1.750 julios / gramo ° C. Asi que,

Qwater = 4.186 julios / gramo ° C * (100 g) Δt

y

Qoil = 1.750 joule / gramo ° C * (100 g) Δt

o

Qwater = 418.6 julios / ° C * Δt y Qoil = 175.0 julios / ° C * Δt

Vamos a desglosar esto, lo que esto significa es que para el mismo cambio en la temperatura de 1 ° C, se necesitan 418,6 julios de energía para el agua o 175,0 julios para el petróleo. Por lo tanto, cuando coloca el aceite en el horno a temperatura ambiente y el agua en el horno a temperatura ambiente, y la calienta a la temperatura del horno, suponiendo que ambos reciban la misma energía, el aceite se calentará más rápido. Dado que se ha calentado más rápido, el petróleo tendrá una mayor Δt expuesta a la esfera de la papa (para los fines de este ejemplo, supongamos que la papa es básicamente una esfera de agua). Entonces, si miramos nuevamente nuestra fórmula, calentamos el agua de la papa y suponemos que la diferencia de temperatura en el aceite es 2.392 veces mayor que en el agua, en el momento en que el aceite alcanza la temperatura del horno (418.6). /1.750=2.392), obtenemos

QpotatoInWater = 4.186 julios / gramo ° C * m * 1

y

QpotatoInOil = 4.186 julios / gramo ° C * m * 2.392

Entonces, para la misma masa de papa, recibe calor a una tasa 2.392 más rápido que el agua.

Ahora, agregue a eso el hecho de que si la temperatura del horno es mayor que el punto de ebullición del agua, entonces el agua comenzará a absorber energía para cambiar las fases, y no aumentará la temperatura hasta que se haya evaporado por completo. El aceite se descompondrá y fumará antes de que se disuelva, pero también a una temperatura más alta que el agua, por lo que Δt se mantiene más alto en todos los casos, excepto cuando el aceite y el agua se precalientan a una temperatura inferior al punto de ebullición del agua , y luego se agregan las papas. (En este caso, la temperatura del agua resistirá el cambio de temperatura, y el aceite se enfriará más, por lo que el agua gana en este caso específico)

Entonces, todo tiene que ver con los calores específicos y el calor agregado.

Notas a pie de página

[1] Calor específico