Caja superior.
En realidad, se trata de un problema termodinámico realmente genial, y puedes pasar a múltiples niveles de análisis del sistema, pero en última instancia un único factor los domina a todos: la pérdida de calor de la pizza caliente en la caja inferior para refrescar el aire es mucho mayor que en cualquier otro lugar en el sistema.
Simplifiquemos el modelo a 5 transferencias de calor:
A: movimiento de calor del aire caliente dentro de la caja superior para enfriar el aire afuera
B: movimiento de calor desde la parte superior de la pizza al aire caliente dentro de la caja superior
C: movimiento de calor desde la parte superior de la pizza al aire caliente dentro de la caja inferior
D: movimiento de calor desde la parte inferior de la pizza al aire caliente dentro de la caja inferior
E: movimiento de calor de la pizza de abajo a aire frío afuera
La tasa de pérdida de calor se rige por un par de factores: diferencia de temperatura y propiedades de transferencia térmica (considérelo, en términos simples, “aislamiento”). En otras palabras, cuanto más caliente está algo cuando se expone al aire, más rápido se enfría.
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Veamos la parte superior del sistema de dos pizzas:
La parte superior de la pizza está perdiendo calor al aire caliente de arriba y lentamente a través del doble cartón debajo de ella. El aire caliente dentro de la caja de pizza también está perdiendo calor lentamente a través del cartón hacia el aire fresco que está encima.
Ahora veamos la pizza de abajo
La pizza de abajo está expuesta al aire frío debajo de ella. Este es el término de pérdida más grande en todo el sistema: tiene la diferencia de temperatura más grande de los cinco términos de transferencia, y una resistencia / aislamiento igual o inferior (una vez que se recubre la capa).
Mientras que la caja inferior tiene algo de calor entrante de la pizza caliente de arriba (C), ese calor no calienta directamente la pizza, está calentando el aire caliente, y al hacerlo también reduce el término de transferencia de calor (D). Pero esta diferencia es pequeña en comparación con la pérdida en el fondo debido a la menor diferencia de temperatura y el aislamiento de doble cartón (y de hecho, esto también beneficia a la pizza superior porque el aire más caliente en la caja inferior también reduce la pérdida a la baja (C) )
El resultado final es: la pizza superior es agradable y cálida, aislada entre dos capas de aire caliente; la pizza de abajo está fría, quedando expuesta mucho más al aire frío que está debajo.
¡La caja superior gana!
Si las cajas de pizza hubieran sido colocadas sobre algo aislante, como una sillita de automóvil, entonces la situación es muy diferente: el lado caliente de la caja inferior estaría aislado contra el asiento, y no habría esta gran pérdida de calor en la superficie inferior. Este es básicamente el mayor uso que obtengo de los calentadores de mi asiento para automóvil: mantienen mis pizzas calientes.
También me gustaría abordar este error: “El calor aumenta”. No. El calor irradia y se conduce por igual en todas las direcciones, no hay un componente gravitacional para calentar el flujo. Sin embargo, aumentan los fluidos de menor densidad; y en la mayoría de los casos los líquidos más calientes tienen densidades más bajas (una excepción es el agua fría entre 0 y 4 grados C)
Entonces, el aire caliente se eleva; pero incluso este efecto no es tan pronunciado en distancias tan pequeñas como las personas piensan. Para la altura del aire dentro de la caja de pizza, la estratificación será insignificante; e incluso si lo fuera, habría un efecto de mezclado continuo causado por el movimiento de la caja que lleva la persona.
Para objetos sólidos, el calor viaja hacia abajo tan bien como hacia arriba, simplemente no es intuitivo porque simplemente no hay muchos escenarios cotidianos donde se observe este efecto: las personas generalmente colocan cosas calientes encima de las superficies aisladas y, como resultado, el calor cosa perderá más calor hacia arriba al aire frío de arriba, que hacia abajo. Sin embargo, se presenta un ejemplo: comida caliente en un plato frío; si se sirve comida caliente en un plato frío, se perderá mucho calor de la comida y se desplazará hacia un plato frío. Es por eso que la comida se sirve en un plato caliente para contrarrestar esto.
