¿Cuánto tiempo toma congelar una botella de agua en un congelador estándar?

Entre media y 2 horas, dependiendo del tamaño de la botella, la temperatura del agua y el tamaño del congelador y la temperatura del congelador y si la botella está cerrada o abierta. Eso supone que en realidad se congela después de que cae por debajo de cero C, o por debajo de -5 C o por debajo de -10C, porque está sobreenfriado y si llega a -100 C sin convertirse en cristales, puede que nunca se congele porque está hiperenfriado. Muchas veces puse bebidas en el congelador (y agua limpia) y regresé y nunca he congelado nada porque la botella no se rompió. O puede calcularlo como las otras respuestas a la pregunta, pero no garantiza que se congele.

Antes de hacer un experimento (muy recomendable), puedo darle una idea del proceso y cómo podría calcularse.

Para responder a esta pregunta necesitamos saber,

1. La cantidad de energía que necesita eliminarse del agua, por enfriamiento, antes de que se congele.
2. La velocidad a la que se elimina la energía del agua.

Si asumimos que el agua está en cero grados para empezar, podemos calcular el número 1, siempre que sepamos,

• El calor (latente) de fusión del agua. Para agua a presión atmosférica es 334 kJ / kg.
• El peso del agua en kg. Multiplique eso por 334 y tenemos una estimación de la energía que debe eliminarse del agua enfriando para convertirla en un sólido, en kJ.

Pero para saber qué tan rápido sucede esto, necesitamos saber el número 2. Necesitamos saber,

• La temperatura del congelador. Esto es típicamente -18 grados centígrados. Esto debe permanecer constante durante todo el proceso de congelación, ya que está controlado por un termostato y una bomba de calor.
• El área de superficie de la botella.
• La tasa de transferencia de calor entre la atmósfera y el agua, para cada unidad de superficie de la botella. Este es probablemente el más difícil de resolver. Cambia a lo largo del proceso de congelación a medida que la capa de hielo se acumula en el interior de la botella.

Si tenemos todos estos valores, incluida la forma en que la transferencia de calor al agua cambia con el tiempo, entonces podríamos hacer una estimación de cuánto tiempo tomaría congelar el agua.

Para validar nuestro modelo, yo, como su supervisor de investigación, insistiría en que realice un experimento para compararlo con sus predicciones. En esta etapa, ya habría estimado la incertidumbre en su valor predicho. Si ha hecho esto con suficiente rigor, sus observaciones deberían coincidir con sus predicciones. Si no, regrese al tablero de dibujo, porque hay algo que aún no comprende.

¡Sigue intentándolo hasta que lo consigas! Así es como se hacen los descubrimientos científicos.

PD. Si terminas queriendo probar y calcular esto de verdad, puedo guiarte a través de él. Siéntase libre de enviarme un mensaje.