Eiswürfel haben drei unterschiedliche Kühleffekte:

1. Der Würfel nimmt anfangs bei Temperaturen unter Null etwas Wärme auf, um den Schmelzpunkt (0 ° C) zu erreichen.
2. der Würfel mehr Wärme Schaltphase absorbiert. es etwas Energie bei 0⁰C in 1 kg flüssigem Wasser bei 0⁰C
3. Das Wasser nimmt etwas Wärme drehen 1 kg Eis nimmt zu werden, wärmer als 0 ° C.
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Die drei Effekte treten mehr oder weniger nacheinander auf, jedoch nicht unbedingt gleichzeitig im gesamten Eiswürfel. Die Idee bleibt jedoch dieselbe.

Bei Eis stammt der größte Teil der Kühlung aus dem Schmelzen. Lassen Sie uns ein paar Zahlen darauf setzen. Die Wärmekapazität von Eis beträgt 2,06 kJ · kg sup> -1 sup> · K ^{-1 sup>, was bedeutet, dass 2,06 kJ erforderlich sind, um 1 kg Eis bei - umzuwandeln 12 ° C in 1 kg Eis bei -11 ° C. Für flüssiges Wasser sind das 4,217 kJ · kg sup> -1 sup> · K -1 sup>. Die latente Wärme, d. H. Die Energie, die zum Umwandeln von Eis in flüssiges Wasser (bei konstanter Temperatur) verwendet wird, beträgt 333 kJ · kg sup> -1 sup>. Stellen Sie sich vor, Sie haben ein Getränk bei Raumtemperatur, das Sie mit Eiswürfeln auf 8 ° C senken möchten. Die Eiswürfel kommen aus dem Gefrierschrank und haben zunächst eine Temperatur von -18 ° C. Die drei Kühleffekte betragen pro kg Eis:}

1. Erhöhen der Eistemperatur auf 0 ° C: 18 × 2,06 = 37,08 kJ.
2. Schmelzen des Eises: 333 kJ / li>
3. Erhöhen der Wassertemperatur auf 8 ° C: 8 × 4,217 = 33,736 kJ.
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In diesem Beispiel trägt das Schmelzen also zu etwa 82% der Abkühlung bei.

Nicht schmelzende Steine ​​arbeiten nur mit der Wärmekapazität. Sie sind daher nur insoweit wirksam, als ein Material mit hoher Wärmekapazität verwendet wird. In der Praxis haben Wasser (und Eis) jedoch eine ziemlich hohe Wärmekapazität, die höher ist als die von Steinen, so dass der Kühleffekt solcher Steine ​​im Vergleich dazu notwendigerweise ziemlich verringert ist zu Eiswürfeln. Da es jedoch keinen Verdünnungseffekt gibt, können Sie viele Steine ​​in Ihr Glas geben.

Wiederverwendbare Eiswürfel können Dinge tatsächlich viel besser kühlen, weil sie schmelzen - aber sie tun dies intern in einem versiegelten Umschlag und verschütten somit nicht in Ihren trinken. Da sie latente Wärme von Phasenübergängen nutzen, sind sie so gut wie echte Eiswürfel. Obwohl es ihnen an Ästhetik mangelt.

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Aber was haben Sie damit zu tun, Whisky mit unnatürlicher Kühle zu quälen?

Ein grundlegendes Prinzip der Thermodynamik besteht darin, dass Wärme von warmen zu kalten Orten entweder durch Konvektion, Leitung oder Strahlung fließt und dies so lange tut, bis sich die Temperatur im gesamten System anpasst.

Die Steine ​​sind kälter als der Whisky, wenn Sie sie in das Glas geben. Wenn sich das System dem Gleichgewicht nähert, wird der Whisky kälter, während die Steine ​​wärmer werden.

Es wird kein Umwelteinfluss angenommen Die Gleichgewichtstemperatur liegt irgendwo zwischen den beiden Anfangstemperaturen (Whisky und Steine).

Zu welchem ​​Zeitpunkt auf dieser Skala die Gleichgewichtstemperatur genau abhängt;

• Das Massenverhältnis der Steine ​​zum Whisky (mehr / größere Steine ​​bedeuten kälter).
• Das Verhältnis der spezifischen Wärmekapazität im Steinmaterial zum Whisky. (Eine höhere spezifische Wärme in den Steinen bedeutet ein kälteres Gleichgewicht, aber mehr Zeit, um das Gleichgewicht zu erreichen.)

Die Zeit, die benötigt wird, um das Gleichgewicht zu erreichen, hängt auch von der Wärmeleitfähigkeit ab der Steine.

TL; DR: Whisky-Steine ​​absorbieren Wärme aus dem Whisky, um ein thermisches Gleichgewicht ^{1 sup> zu erreichen.}

Wie Thomas erwähnte, Eis hat drei Kühleffekte:

• Eis selbst benötigt 2,11 Kilojoule Wärme pro g, um seine Temperatur um 1 Grad (Celsius) zu erhöhen. Diese Zahl wird als "spezifische Wärmekapazität" bezeichnet.
• Eis benötigt 334 Kilojoule Wärme pro kg bei 0 ° C, um zu schmelzen. Diese Zahl ist "Latente Schmelzwärme / Schmelzwärme". Beachten Sie, dass dies im Vergleich zu den anderen viel ist. Das Erhitzen von Eis von -15 Grad auf 0 erfordert ein Zehntel der Energie, die Sie benötigen, um es anschließend zu schmelzen.
• Wasser benötigt 4,18 Kilojoule Wärme pro kg, um seine Temperatur um einen Grad zu erhöhen.

Beachten Sie, dass die spezifische Wärme in beide Richtungen wirkt. Die gleiche Zahl gilt für eine Erhöhung der Temperatur / des Wärmezuflusses und eine Verringerung der Temperatur / des Wärmeverlusts.

Wenn Sie einen Whisky auf normale Weise kühlen, nimmt Eis Wärme auf unterschiedliche Weise auf und kühlt den Whisky (der) selbst hat eine spezifische Wärmekapazität von 3,4 kJ / kgK), bis das System die gleiche Temperatur hat. Normalerweise passiert Folgendes: ^{2 sup>: Das gesamte Eis erreicht 0 ° C, und der Whisky wird erheblich abgekühlt. Sobald dies geschieht, schmilzt das Eis und senkt die Whisky-Temperatur erheblich. Schließlich erwärmt sich das Eis (jetzt Wasser) etwas.}

Nun zu Speckstein (was sie in Whiskysteinen verwenden): Speckstein ist dreimal so dicht wie Eis, aber nur halb so effektiv bei der Wärmeaufnahme (spezifische Wärmekapazität 0,9). Es ist also 50% effektiver als die gleiche Anzahl von Eiswürfeln während der Phase "0 Grad erreichen". Danach gewinnt Eis mit einem riesigen Vorsprung - die gleiche Berechnung auf der Rückseite des Umschlags (bei der ich das gleiche Volumen Speckstein nehme und ein Verhältnis von 3:10 für Masse erhalte) ergibt 28 ° C. als Endtemperatur. Natürlich kann dies leicht durch die Verwendung von mehr Whisky-Steinen behoben werden (ich denke, dass meine Schätzung für das Verhältnis 1:10 im Eisfall falsch sein könnte - ich trinke nicht und weiß nicht, wie viel Eis normalerweise ist geht in ein Glas Whisky).

Beachten Sie, dass ein weiterer wichtiger Faktor die Wärmeleitfähigkeit ist. Eis hat eine Wärmeleitfähigkeit von 2,18 W / (m · K) und Wasser hat 0,56 W / (m · K), während Speckstein 6,4 W / (m · K) hat, ungefähr dreimal so viel wie Eis.

Ich denke, es dauert eine Weile, bis das Eis gleichmäßig den 0C-Zustand erreicht. Stattdessen befindet sich nur die äußere Schicht bei 0 ° C und es gibt einen drastischen Temperaturgradienten, wenn Sie nach innen gehen. Die äußere Schicht schmilzt langsam (dies ist ein vernachlässigbarer Effekt, da es sich um eine sehr dünne Schicht handelt, die ^{3 sup> schmilzt). Auf der anderen Seite kann Speckstein Wärme schneller aufnehmen (und mehr Wärme aufnehmen als nicht schmelzendes Eis). Dies kann die oben genannten drastischen Unterschiede teilweise ausgleichen - schließlich wartet man nicht darauf, dass das thermische Gleichgewicht erreicht ist, bevor man einen Whisky trinkt. Das schnellere Abkühlen von Speckstein kann hier also das Spielfeld ausgleichen - solange Eis nicht in großen Mengen schmelzen darf, sollte es in Ordnung sein.}

Fazit:

As Was die Kühleffekte angeht, sind Eiswürfel auf lange Sicht effektiver, aber Whiskysteine ​​kühlen zunächst schneller als Eis. Und natürlich haben die Steine ​​den zusätzlichen Vorteil, dass Sie Ihr Getränk nicht verdünnen.

^{1. Thermisches Gleichgewicht ist, wenn zwischen den Komponenten eines Systems kein Nettowärmeaustausch mehr besteht. Dies tritt normalerweise auf, wenn alle Temperaturen gleich sind. Sup>}

^{2. Unter der Annahme, dass die Eismasse in einem Glas Whisky ein Zehntel der Whiskymasse selbst beträgt und das Eis bei -15 ° C und der Whisky bei 30 ° C begann, benötigen wir 3,4 * 30 * 10 = 1020 Energieeinheiten, um den Whisky zu senken bis 0C. Durch das Aufwärmen des Eises erhalten wir 2,11 * 15 = 31 Einheiten, und durch das Schmelzen haben wir ein Potenzial von 334 mehr. Dies reicht natürlich nicht aus, daher muss sich das gebildete Wasser auch über 0 ° C erwärmen. Eine Berechnung auf der Rückseite der Hülle ergibt 17 Grad als Endtemperatur für diese Mischung. sup>}

^{3. Ich kann dies später überprüfen; nicht in der Stimmung, jetzt Differentialgleichungen zu lösen :) sup>}

Whisky-Steine ​​sind nicht unbedingt dafür ausgelegt, das Getränk kalt zu halten, sondern dafür, dass Geschmacksprofile im Getränk austreten können, die bei Raumtemperatur möglicherweise nicht vorhanden sind. Einige Whiskys öffnen sich bei einer etwas kühleren Temperatur und mit Steinen können Sie experimentieren, ohne den Geschmack des Getränks zu verdünnen. Es gibt bereits bessere mathematische Antworten, daher werde ich nicht darauf eingehen.

Wie Lynchmänner erklärten, sind nur die Temperaturen des Whiskys und der Steine ​​von Bedeutung. Zusätzlich

• mit Eis wird Energie auch verwendet, um die Phase ohne Temperaturänderung zu ändern.
• Die Steine ​​verlieren schneller Wärme
• mit Steinen Erhalten Sie nicht die Verdünnung von Alkohol, die beim Schmelzen von Eis auftritt (dies ist der Hauptgrund für die Verwendung von Rokcs).

Die kurze Antwort lautet: Sie kühlen nicht annähernd so gut wie Eis.

Das Harvard Food and Science Team hat ein Experiment für genau dieses Szenario durchgeführt. Die Ergebnisse waren:

Wenn das Eis schmilzt, sinkt die Temperatur von Whisky auf fast -4 ° C, wobei die Whisky-Steine ​​das Getränk kaum gegen Null bringen.

Der Grund hat bereits wurde in Manishearths Antwort gut erklärt.