Bouteille d'eau froide débat

[invited9732d04]

Bonsoir,
J'ai besoin d'aide pour un débat :
Je suis en déplacement en Russie. Il fait froid (-10) et j'ai croisé une dame qui vendait des bouteilles d'eau dans la rue.
(Je reconnais que le contexte n'est pas très joyeux pour cette dame mais le sujet est intéressant cependant)

L'objet du débat : Si cette dame agite les bouteilles est ce qu'elle allongera de façon significative la durée pendant laquelle l'eau restera liquide ?
Nous sommes 3 j'ai perdu le débat c'est sans appel, mais je suis convaincu d'avoir raison.

Pour ne pas vous influencer, je souhaiterais ne pas donner tout de suite mon avis et mes arguments (qui n'ont pas étés très percutants sur mes collègues de toute façon). Je souhaite que me donnant tors ou raison vous arriviez à me convaincre ou persuader à vous de voir.

N'hésitez pas à demander des détails pour cloisonner le débat si besoins.
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[jiherve]

Bonsoir et bienvenue,
D'un coté l'agitation uniformisera la température et donc pourrait augmenter le temps avant gélification mais d'un autre l'agitation détruira un possible état de surfusion et accélérera la prise en masse.
Ceci dit cela a bien changé depuis l’époque lointaine où je trainais mes guêtre là bas, ne consommeraient ils plus de kvas tiède en hiver?
-10 c'est encore douillet!
JR

[invited9732d04]

C'est déjà bien assez froid pour moi, je n'ai pas hâte de voir comment ça va évoluer (la température).
Pour ce qui est de la bodka le point soulevé est légitime et probablement juste avec le recule mais partons du principe que çe n'était pas le contenu de la bouteille.

[invite625b63d0]

Salut,
Pour ma part je partagerai ton avis. Mon raisonnement étant le suivant (il peut tout à fait être faux mais bon je le dis quand même), le fait que l'eau soit agité créé une homogénéisation de la température comme l'a dit jiherve, mais aussi, le froid venant de l'extérieure de la bouteille, le contact entre ce dernier et l'eau sera donc la paroi qui est ici le plastique. Or en mélangeant l'eau présente dans la bouteille, le temps de contact entre une portion d'eau et sa paroi correspondante sera de l'ordre de quelques millisecondes et donc l'eau conservera plus longtemps ça chaleur dû au mouvement perpétuelle de cette dernière. Enfin si le mélange est lui aussi homogène, les particules cristalliseront difficilement et plus lentement que si le mouvement n'était pas présent.
Voilà, enfin ça me paraît logique de mon point de vu, après mon raisonnement est peut être faux.

Cordialement,
Hugo.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite5b57d6ff]

Bonjour,
la question est interessante, mais à moins d'avoir de bons ordres de grandeur en tête (que je n'ai pas !) sur les phénomènes contradictoires suivants il est difficile de conclure pour moi :
arguments réchauffants
- l'energie communiqué à la bouteille va se transformer en chaleur sous l'effet du frottement visqueux de l'eau contre la paroi
- la main va elle aussi communiquer de la chaleur à la bouteille
- l'homogénéité de la température va ralentir la formation de cristaux

arguments refroidissants :
- en créant un mouvement turbulent la température va se diffuser plus efficacement entre la paroi et le fluide par phénomène de convection, donc se refroidir plus vite

je pense que les deux phénomènes prépondérant sont l'homogénéisation de la température qui ralentit le refroidissement et le phénomène de convection qui l'accélère.

En imaginant une situation extrême proche du zéro absolu, une bouteille laissé à l'abandon gelerait le long de la paroi quasi instantanément et mettrait du temps à geler à coeur. En la secouant en revanche on ralentirait l'apparition des premiers cristaux mais la congélation totale serait atteinte plus rapidement.

Toute la question est maintenant de savoir si vous aviez débattu au sujet de la première formation de cristaux ou de la prise totale de la bouteille

[invite5161e205]

Je commence mieux à comprendre pourquoi la vodka a plus de succès que l'eau là-bas... bon OK, je sors

[invitee724fe2f]

Bonsoir,

que ne pense t elle à l'isolation ? de la mousse ...

AMHA ,
il faudrait commencer par définir ce qu'on appelle une bouteille gelée.
Si une bouteille légèrement gelée sur les parois mais dont une grande partie de l'eau est liquide est acceptable, alors il faut considérer que la glace d'eau est un isolant thermique. Le savoir résume par avance l'analyse compliquée de toutes les équations d'échanges. Dans ce cas, ne pas agiter les bouteilles en attente et le faire au moment de la vente est surement un bon conseil.

Si au contraire il faut vendre des bouteilles sans glace, et en supposant donc que les bouteilles passent peu de temps dehors, agiter régulièrement ralentit l'apparition des premiers glaçons.

[calculair]

Bonjour,
pour que cela soit efficace, il faut secouer les bouteille en permanence, l'enrtgie mécanique, se transforme en chaleur. ( C'est l'expérience qui recherche l'équivalent du travail en calorie )

Reste à apprecier le flux de calories enttre l'interieur et l'extérieur . Les 2 phénomènes se compensent peut être partiellement.

Un légère couche de glace sur le bords de la bouteille ralentirait la prise complète de la bouteille .

Je pense donc que cela doit ralentir la prise totale de l'eau en glace

[Gilgamesh]

L'énergie cinétique d'un cylindre d'eau de hauteur L=30 cm, rayon R= 4 cm, masse M=1,5 kilogramme (modélisant grossièrement la bouteille), en rotation à disons w=2 tours/seconde a une énergie cinétique de rotation :

Ec=w²MR²/4

soit ~0,1 J




La chaleur latente de changement d'état liquide- solide de cette masse est :

H = 334 kJ/kg

soit 3 millions de fois plus élevée.


Estimons la durée nécessaire pour qu'une bouteille au repos placée à -10°C gèle.
http://www.quora.com/Thermodynamics/...f-32-degrees-F

On a la relation suivante :

-h.A(T-To) = rho.V(Cp.dT + H)/dt

h = le coef de transfert convectif, qu'on peut approximer à 10 W/(m2 K)
en fait c'est ce coef qui est très difficile à calculer dans la réalité et qui dépend de la géométrie du problème, du fait qu'il y ait ou pas convection forcée (ce qui est le cas si on remue la bouteille), de la conductivité thermique, de la viscosité, de la capacité thermique du caloporteur...


A = la surface de l'enveloppe de la bouteille
T = la température de l'eau
To = la température ambiante
rho = la densité de l'eau
V = le volume de la bouteille
Cp = la capacité calorifique de l'eau (~4.2 kJ/ kg K)
dT = la différence de température entre l'état initial et final de l'eau
dt = le temps nécessaire pour la prise en grace
H= l'enthalpie de fusion (~334 kJ/kg)

Après divers tâtonnement et une usage intensif du pifomètre je trouve qqchose comme

2h30 pour porter la bouteille à 0°C (puissance thermique : -14 W)
19h de plus pour geler complètement la bouteille (puissance thermique : -8 W)

A mon avis c'est moins, mais bon...

En secouant la bouteille on va déposer une certaine puissance thermique qui la réchauffe. Mais combien, voila qui n'est pas commode à calculer. Toutefois imaginons qu'on ait de l'eau qui tourne dans la bouteille à 2 tour/s. On cesse d'agiter et on laisse l'eau s'immobiliser. L'énergie cinétique va se transformer en agitation thermique. Or de façon estimé, cela va prendre plus de 1 seconde, peux être dix fois plus ? Ce qui donnerait une puissance thermique déposée de l'ordre d'un centième de Watt, nettement pas assez pour l’empêcher de geler.

[calculair]

Mais il faut la secouer tout le temps....

[Gilgamesh]

Faudrait faire l'expérience avec un agitateur dans congélo mais à mon avis clairement la puissance déposée ne sera pas suffisante pour empêcher la prise en glace.

[invite6dffde4c]

Bonjour.
À mon avis, secouer les bouteilles ne sert à rien. Sauf, peut-être, à attirer les passants et leur montrer que l’eau est encore liquide.
Mais, est qu’il y a beaucoup de clients pour acheter dans la rue une bouteille d’eau par -10 °C chez les amateurs de vodka ?
Au revoir.

[invite5e6af660]

la bonne question est quel est le degré de vodka dans cette bouteille d'eau pour qu'elle ne gèle à -10°c