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Consejo Nacional para el Entendimiento Público de la Ciencia.

¿qué se derrite más rápido, un cubo o una esfera de hielo?


Diego Hernando Angulo Florez + Licenciado En Química

Abstract Research

With this laboratory practice a natural phenomenon is explained, just as it is it the coalition of the ice that of for yes it should be a topic of common interest, since in this phenomenon the thaw of the glacial ones is based. Now because, for the realization of this practice should keep in mind an interval of time like control for the coalition of the ice that was working, because, we work two different systems, one spherical and other cubic, and it is fundamental to know which melts of the two worked systems quicker.


El hielo es uno de los tres estados de agregación del agua es el estado sólido de la misma, es comúnmente utilizado por el hombre, para enfriar bebidas o alimentos, para refrigerar las carnes y de esa forma evitar su descomposición, para su diversión ya que existen pistas de hielo y se puede patinar sobre él.

El agua se congela a temperatura ambiente a 0ºC y tiene la capacidad única de expandirse al congelarse es decir que aumenta su volumen y disminuye su densidad, por lo que el hielo puede flotar sobre el agua líquida. Pero debido al deterioro de la capa de ozono se han venido presentando una serie de fenómenos como el calentamiento global que produce un deshielo de los glaciales estos fenómenos es posible explicarlos a partir de los diferentes métodos de transferencia de energía; también se sabe que el hielo puede tomar diferentes formas, ya sea por su estructura en el hielo, como en la mayoría de los sólidos, las moléculas se acomodan en una formación ordenada.

Sin embargo, dependiendo de las condiciones de presión y temperatura, es posible que adopten diferentes formas de ordenarse. A partir de 1900, Gustave Tamman y posteriormente en 1912 Percy Bridgman hicieron experimentos sobre el hielo aplicándole diferentes presiones y temperaturas, y obtuvieron hielos diferentes con mayores densidades a la normal (posteriormente se encontraron muchos más tipos de hielo). Todas estas formas de hielo tienen estructuras más compactas (diferentes formas de un elemento existentes en el mismo estado físico), o sea que se forman varias modificaciones alotrópicas o alótropos. Los glaciales poseen icebergs de diferentes formas y estructuras, en aras de predecir una tragedia y saber en qué medida se derrite más rápido un hielo con forma esférica o con forma cubica se estudia el comportamiento de estas dos estructuras solidas del agua congelada para concluir cual se derrite más rápido. 

Tabla de Datos

Resultados

En ambas gráficas se evidencia que la pendiente respectiva es negativa, ya que la masa del hielo va descendiendo con el paso del tiempo, lo que significa que se derrite, algo lógico y natural a temperatura ambiente, pero se comportara siempre así o tiene que ver la temperatura, es por eso que para cada superficie es necesario hallar el coeficiente de transferencia térmico.

Superficie Cúbica.

Es fundamental hallar el coeficiente de transferencia térmico, sin embargo para encontrar este es necesario saber cuál es el espesor entre el hielo y la superficie de control, es decir como tal cual es el espesor del agua ya fundida. Así pues desde la ecuación siguiente y despejando se puede hallar U (coeficiente de transferencia térmico): 3(mf 1/3 – m0 1/3)=-6U/

?H?1/2 (Taire-Hielo) t Y despejando U: -3 (mf 1/3 - m0 1/3) (?H?1/2) / 6(Taire-Thielo) t

Tomando como masa inicial la masa del hielo sin perder ni un mínimo de su masa, y como masa final la última masa tomada de la pérdida de la misma por parte del hielo a partir de su fusión.

Así pues U sería igual a: U = 8.180 J cm3/ K s

Entonces reconociendo que: U = 1/ Laire/Kaire + Lhielo/Khielo

Siempre L del aire y L del hielo serán iguales pues esto se resume en el espesor que ocupa el agua en el momento de la fusión, entonces: L = Kaire * Khielo / U * Khielo + Kaire L= 0.20 cm3/s

Esto significa que se ocupaba 0.20 cm3 por cada segundo en la fusión del hielo.

Con respecto a la esfera hay que tener en cuenta el volumen de la esfera para reemplazarla en el lugar del área del cubo y la ecuación que resulta es la siguiente:

Y despejando de ésta U es igual a: U= 1.7532 Jcm3/ K s

Y ahora reemplazando U para hallar L en: L = Kaire * Khielo / U * Khielo + Kaire L= 0.978 cm3/ s

Esto significa que ocupa 0.978 cm3 por cada segundo del proceso.

Análisis de Resultados

Como se puede observar en las gráficas y en las tablas anteriores, el hielo en forma de esfera se funde más rápido que y hielo en forma de cubo, y esto se debe a la superficie de contacto de cada uno, pues se reconoce la transferencia de calor por conducción como la transferencia de calor a través de un material estacionario, es decir éste tipo de transferencia de calor no involucra movimiento de las partículas del cuerpo, tampoco implica ningún tipo de fuente artificial para transferir calor al cuerpo en estudio, entonces la diferencia en el tiempo en que se tarda en fundir primero uno que el otro depende únicamente de la superficie de contacto de cada hielo.

Así pues entre mayor sea el espesor entre el hielo y la superficie de contacto, mayor será la probabilidad de que se pierda materia más fácilmente, es por eso que se funde más rápidamente el hielo en forma de esfera que el que es en forma cúbica, pues es mayor la distancia entre la superficie de contacto y el hielo en la esfera que en el cubo.

Conclusiones:

  • Que la fusión del hielo en un sistema esférico sea más rápido que en un sistema cúbico depende fundamentalmente de la distancia entre el cubo de hielo y la superficie de contacto.
  • La naturaleza presenta en su mayoría estructuras aristadas, es decir en forma cubica por lo que la expansión de los fondos oceánicos no es tan grave.
  • Se puede predecir el aumento del nivel del agua gracias a la relación masa tiempo que hay entre la fusión del hielo.

Fuentes.
Cómo citar este artículo ISO690.
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