Гаджеты входят в нашу жизнь прочно и неотвратимо. Некоторые сразу находят свою нишу, некоторым требуется на это время. А есть и такие, которые нам пытаются навязать хитрые маркетологи. Кофе является одним из столпов IT. Неудивительно, что маркетинг вышел за рамки сортов кофе и типов кофе-машин.
Вот, например, статья про кружку для поддержания температуры. Идея вроде бы хорошая: устанавливать нужную температуру со смартфона, и наслаждаться напитком неограниченное время (а на самом деле вполне себе ограниченное) Но меня зацепила фраза
подсчитано, что комфортная температура сохраняется всего 37 секундПравда, не ясно, кем подсчитано и как. И на первый взгляд выглядит несколько неправдоподобно. Но субъективное неверие не может быть аргументом. Давайте разбираться.
Присутствует разбор имеющихся материалов и собственные измерения.
Немного теории
Автор указывает «комфортную температуру» 60-55?С. В общем случае — это задача для закона охлаждения Ньютона:
Решение имеет вид:
где — температура окружающей среды, а — начальная температура объекта, k — коэффициент теплопроводности.
Скорость остывания соответственно:
Таким образом, скорость остывания прямо пропорциональна разнице температур объекта и окружающей среды. То есть максимальная скорость остывания будет сразу после приготовления (95?С, разница 70-75?С) а при 60?С разница с окружающей средой составит всего 35-40?С. Не так уж много. А чтобы кофе остыл до 55? за 37 секунд, скорость остывания должна быть 8?С/мин.
К сожалению, k в данной формуле зависит от самой кружки, и может быть вычислен только эмпирически. Правда, поиск в интернете выдает довольно много практических работ по измерению скорости остывания кружки с водой. Например,очень близкая по цели работа.И вот ее результат:
То есть, в обычном стакане скорость остывания 1,2 градуса в минуту при 60?С. Так что говорить о 37 секундах, за которые вода остынет на 0,74? — это чистой воды маркетинговый ход. При заявленной автором «комфортной температуре» 60-55?С время остывания составит более 4 минут.
Но такой результат (1,2?С/мин) показался мне излишне оптимистичным. Поэтому я решил поднять свои старые эксперименты, где сравнивал скорость остывания чая и кофе.
Измерения
Для измерения температуры был использован датчик DS18B20 (производитель указывает точность 0,5? в диапазоне -10+85, датчик внесен в Госреестр средств измерения) и адаптер USB-UART на FT232 (подойтет любой USB-UART).
Есть множество программ, работающих с 1-wire через RS-232. Большинство из них принимают и виртуальный com-порт. Я использовал свою программу, так как в то время мне надо было больше 2 датчиков, а бесплатные программы или демо-версии этого не позволяли.
Будем сравнивать обычную керамическую кружку и безымянную термокружку.
Кружки для тестирования
Воды наливается одинаково по мерке, хотя вместимость термокружки больше.
График остывания.
Остывание показано с одной точки, хотя при наливании жидкости, начальная температура различалась для разных кружек. Целевой для нас диапазон 60-55?С. Время остывания закрытой термокружки с момента приготовления напитка до «комфортной» температуры — почти час. Без крышки — около 20 минут. И вот тут бы «умная» кружка пригодилась. Если бы были приведены хоть какие-нибудь ее характеристики. А то, если она охлаждает кофе те же полчаса, зачем она нужна?
Остывание с 60 до 55?С
Результаты
Теплопотери термокружки без крышки 9 Вт на тех самых 60 ?С. Вероятно, и у упомянутой «умной кружки» теплопотери те же (так как главный вклад в потери вносит отсутствие крышки). И если батарея в кружке меньше 3 Вт•ч (и то при разрядке в ноль), то умная кружка не протянет более 20 мин. То есть не дольше закрытой термокружки.
Выводы
- В обычной керамической кружке кофе остывает с 60?С до 55?С более чем за 6 с половиной минут, в термокружке — почти 17 мин.
- Термокружка без крышки практически не имеет преимущества над обычной.
- Как показали измерения, наибольший вклад дает крышка, а не стенки кружки.
- Как уже было сказано в комментариях к основной статье, лучший способ — это массивная термокружжка, которая остужает напиток с 90-95?С до комфортной температуры. Правда, для доступных материалов (метал или керамика) масса окажется слишком большой, чтобы охладить напиток именно до 60. В таком случае интересным вариантом была бы кружка с жидкостным наполнением. Напиток бы отдавал нужное количество тепла воде в стенках, а потом эта увеличенная масса жидкости дольше сохраняла нужную температуру. А если сделать возможность доливать теплоноситель, можно будет устанавливать нужную температуру.
А если вы пьете чай или кофе с молоком, то проблема первоначального охлаждения уже решена.
Так что, если в добавок к смартфону, умным часам, наушникам и прочему, вы не хотите заряжать еще и кружку(!), то массивная кружка с крышкой — ваш вариант.
koreec
Открывать и закрывать крышку после каждого глотка… как по мне — не очень комфортно. Вывод — кружка неважна вообще.
REPISOT Автор
Как правило, в крышке есть задвижка, открываемая вручную или кнопкой.
knstqq
a-tk
Или маленькие отверстия.
knstqq
А я думаю, хорошо побойдёт тяжёлая толсто-стенная кружка, чтобы она быстро забрала температуру на диапазоне 70-99 градусов, а потом помогала поддерживать в диапазоне 60: больше масса при той же площади поверхности. Из гранита, какого-нибудь.
Есть такие? Или это не работает?
Azoh
Тогда нужно кружку для начала хорошо прогреть, иначе холодная кружка вам всё охладит
knstqq
так и надо, чтобы остудило: 96 градусный чай я не люблю
Azoh
Для продолжительного поддержания температуры, теплоемкость кружки должна быть значительной (желательно больше теплоемкости жидкости внутри).
Если кружка имеет начальную температуру градусов 20, то жидкость внутри может охладиться и ниже 50, что рассматривается как нежелательный вариант.
Тут важно заметить, что рассматривается случай поддержания температуры именно за счет теплоемкости кружки, вариант с хорошо изолирующей кружкой другой, там чай в начале будет именно что кипятком.
SpaceEngineer
+1
Именно так и надо — с парафином. Так работают термобигуди. Состав парафина можно подобрать так, чтобы точка плавления была на тех самых волшебных 55-60°. И запатентовать :)
ProstoUser
Все думал, предложит кто-нибудь делать термокружки на фазовых переходах, или нет?
Отличная же идея! И охлаждает быстро и поддерживает именно комфортную температуру долго!
Xandrmoro
Я делал и термокружку, и даже систему охлаждения видеокарты на фазовых переходах, но монетизировать как-то не догадался, эх.
JC_IIB
Елки зеленые, если у вас есть рабочий прототип — бегом на кикстартер :)
REPISOT Автор
Смогу разобрать кружку — залью парафином и измерю.
Zangasta
Какая шикарная идея.
Иди на Кикстартер. (Я серьезно)
Кружка — термос для кофе. Конструктивно это термос — но внутренняя колба — имеет толстые стенки — которые остужают кофе от кипятка до комфортной температуры в 60 градусов. (Я тут прикинул на пальцах — получается очень тяжелая кружка, если использовать сталь — поэтому лучше залить между стенок внутренней колбы парафин, с температурой плавления 50 градусов — он сначала растает, забрав тепло, а потом начнет замерзать — поддерживая температуру) Наружу это тепло не уходит — кружка термос.
Горлышко сделать узким, как у бутылки кефира — и даже без крышки, кофе будет долго приятно оставаться приятно горячим.
wsf
лет 10 назад в крыму взял в качестве сувенира глиняную кружку на 0.8, по типу пивной, вот такой формы — /_\ держит тепло около часа, одна проблема — первые минут 7-10 в кружке реально кипяток. И никаких нанотехнологий
ildarz
Трудно найти подходящий материал — у воды гигантская теплоемкость. Разве что делать сложную конструкцию с двойными стенками и теплоносителем внутри (той же водой, или более хитрые варианты с какими-нибудь фазовыми переходами).
REPISOT Автор
Вы не читали?
yurec_bond
Еще существуют вот такие странные решения для этой проблемы
www.joulies.com
vconst
Увидел DIY и ожидал прочитать не остывающую смарт-кружку на Ардуино с Блютусом и Блокчейном…
REPISOT Автор
К DIY относится USB-термометр на FT232 и DS18B20
vconst
Да, я понял. Но ожидания не оправдались, ведь в заголовке про кружку, а не термометр :)
igormich88
А я после этой фразы«вы не хотите заряжать еще и кружку(!)» задумался про элемент Пельтье, по моему у него хватит мощности что бы питать ардуино + блютус. По крайней мере пока кружка горячая. Пропало подключение смартфон сообщит что чай остыл))
DrPass
ИМХО, неправильно считать «среднюю скорость остывания», учитывая, что она меняется в зависимости от разницы между температурой чашки и окружающей среды, и для горячей и тёплой чашки может отличаться в разы.
REPISOT Автор
Средняя она на то и средняя, чтобы оценить всю систему (это, кстати из смежного материала ). А в последней таблице указана скорость конкретно при остывании с 60 до 55. Как видно, графики квазилинейны.
kasiopei
Для меня комфортная температура 45. Очень не люблю горячее, в прихлебку не пью и не люблю ждать пока остынет. Обычно в половине кружке кипятка растворяю кофе и доливаю холодной воды.
зы. Давно думаю сделать кружку-радиатор :-)
Koyanisqatsi
Долив холодной воды в чай или кофе — поступок крайне аморальный.
Azoh
Всю жизнь доливал до нужной температуры. Теперь ясно, где же я впервые ступил на кривую дорожку аморальности.
juray
Только если мораль — религиозного характера.
Barafu_Albino_Cheetah
Он же написал «растворяю кофе». А вы ему — о морали…
JC_IIB
Не аморальнее, чем навязывание собственных субъективных вкусов.
Если мне будет вкусно — я горчицы с майонезом в кофе добавлю, мне плевать на то, как «принято его пить».
artyums
Мне кажется, что растворимый кофе — это уже такая штука, которую только и можно делать, что разбавлять. Хуже все равно не будет :)
a-tk
Как-то заваривал чай в поезде в термокружке, проезжая по довольно жаркой стране в горячем вагоне. Чай я смог минут через 40 попить только.
Bellicus
Хм… Вам бы еще сравнительные качества теплого и холодного кофе привести, а то, какая к черту разница какая там температура, если получаемый эффект один и тот же?
AlexanderG
Получается, что основной тепловой поток с зеркала жидкости, через испарение?
artyums
Когда крышка закрыта, то над жидкостью образуется слой нагретого и влажного (подозреваю, что практически насыщенно влажного) воздуха вперемешку с паром. Итог таков, что вода прекращает толком испаряться, а именно процесс испарения сильнее всего отбирает энергию у воды.
Rastishka
Слышал миф, что подслащёная вода (чай) быстрее остывает.
Можете экспериментально опровергнуть или подтвердить?
knstqq
может потому что металлической ложкой размешивается, которая берёт на себя часть тепловой энергии?
juray
Ну и сам сахар некоторой теплоемкостью обладает (хотя вряд ли значимой по отношению к количеству воды в кружке)
ildarz
Это вряд ли (по крайней мере, не в масштабах, которые можно заметить невооруженным глазом). Некоторую роль играет то, что само по себе растворение сахара — эндотермический процесс, но, если не ошибаюсь, пара кусков рафинада охладят обычную чашку чая примерно на градус. :) Но вот если в процессе еще и ложечкой помешивать, то сильно ускоряется естественное остывание (усиливается конвекция, быстрее отводится пар от поверхности, и т.п.).
artyums
Если возьмем готовый горячий сладкий чай (допустим, сваренный в кастрюле, как в столовых делают), то, по идее, должно быть наоборот. Почему? Если когда-нибудь варили карамель (ну или варенье), которая тоже состоит из воды и сахара, то должны были обратить внимание, что остывает готовый продукт достаточно долго. Дольше, чем та же кастрюля с чистой водой.
Сладкий чай — это, по сути, тоже варенье, только концентрация сахара в нем намного меньше. Но от этого принцип не меняется — остывать должно немного (почти незаметно), но медленнее.
wert_lex
Думаю в случае с вареньем это должно быть как-то связано с поверхностным натяжением. Чем оно выше, тем больше нужно энергии, чтобы отделить молекулу вещества.
Не думаю, что несколько ложек сахара коренным образом меняют поверхностное натяжение чая :)
artyums
Коренным образом, конечно же, не меняют. Но и ускорить остывание — тоже не могут :)
vdonich
А если кружку предварительно нагреть? Т.е. налить горячей воды, дать постоять (можно и с крышкой) минут 5-10, потом вылить и уже начать мерять?
Cast_iron
USB-подогреватель кружки.
artyums
Кстати, выглядит вполне жизнеспособно, как мне кажется.
Чтобы поддерживать 60 градусов, оперируя данными из статьи, нужно подводить 9 Вт или порядка 1.8А при 5В. Но не забываем о КДП нагревателей, возьмем процентов 75, получим 2.4А, что укладывается в 3А в соответствии со спецификацией USB Power Delivery (выходит, что максимум можно подводить к напитку до ~11Вт).
Тут же можно вспомнить и о возможности повышения напряжения вплоть до 20В с подведением до 45 Вт мощности (опять же с учетом КПД).
Я бы вот не отказался иметь на работе кружку, которую ставишь на специальную поставку (по аналогии с чайником), и она поддерживает температуру чая/кофе. Из подсчетов выходит, что такой гаджет вполне может иметь право на жизнь.
Сейчас же спасаюсь металлической туристической кружкой с двойной полой стенкой. Когда начинал ей пользоваться, было непривычно, что заварил чай, спустя минутку отпиваешь, а там все еще почти кипяток, обжигает :)
Zangasta
Почему 75 процентов?
Запомните — КПД нагревателя равен 100 процентам.
artyums
Да, я неточно выразил свою мысль.
Имел ввиду КДП всего устройства при достижения цели (забранное от источника/подведенное к напитку). С потерями на нагрев корпуса, возможное преобразование напряжений (хотя оно по сути и не требуется тут), гирлянду лампочек, стандартный инженерный запас в десяток процентов и прочее :)
Zangasta
Между прочим, обсуждаемое Вами устройство серийно выпускается и
Cast_iron
Я в курсе. На Ali от 100 рублей. Часто встраивают и USB-хаб в это изделие.
Как вариант: в качестве подставки использовать внешний радиатор системы охлаждения.
artyums
Такую подставку я видел. Не вызывает она у меня желания покупать и пользоваться почему-то, дешевенькая «китайщина»… :) И мне кажется, что она работает как китайский скребок с электроподогревом для автомобиля, который мне как-то подарили — не работает он, короче, как обещано :)
Хочется нечто вроде компактной версии электрочайника, который собирался бы в монолитную конструкцию, стоя на подставке, а нагревательный элемент был бы в самой чашке (как у чайника).
qyix7z
Я такую китайщину покупал несколько лет назад.
Не работает от слова совсем. И проблема не в слабенькой подставке, а в кружке.
У большинства кружек дно не плоское. Как бы не жарила подставка, поверхность теплопередачи минимальна, греется не кружка, а окружающий воздух.
Берем металлическую кружку. Отлично греется дно, но через стенки металлические уходит еще больше тепла — поверхность больше.
Туристическая с двойной полой стенкой имеет такое же дно. Дно снова не греется.
g0rd1as
По мне, так с этой «умной» техникой явно перебор нынче. И если какие-то умные лампочки и умные счетчики еще можно понять, то умная кружка — слишком. Потом еще окажется, что кружка за тобой шпионит — на фиг надо! А насчет комфорной температуры, так уровень комфорта у каждого свой: кому-то и кипяток в кайф пить, а кому-то остывший чай подавай, как мне. :)
Cast_iron
Вспомнился «умный» чайник от Madrobots. В комментариях к той статье были жаркие споры про правильную температуру напитка, помимо самого чайника.
P.S. не сочтите за рекламу.
andersong
На работе часто приходится пить остывший забытый чай:-( Поэтому я бы купил кружку с уведомлениями о достижениях настраиваемых температур.
andersong
По приезду из отпуска надо попробовать сваять на работе из доступных материалов, но это, скорее всего, будет ПЛК с панелью и уведомлениями по смс :-)
Loki3000
Не хватает теста «керамическая кружка с крышкой». Было бы любопытно оценить а нужна ли вообще термокружка. Без крышки у нее перед керамической преимуществ немного.