Нужна ли вам «умная» кружка или достаточно обычной, или как быстро остывает кофе



    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 секунд
    Правда, 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» 60-55ºС. В общем случае — это задача для закона охлаждения Ньютона:

    Решение имеет вид:

    $T( t )= T_{0}+ ( T_{s} - T_{0})e^{-kt};$


    где $T_{s}$ — температура окружающей среды, а $T_{0}$ — начальная температура объекта, k — коэффициент теплопроводности.

    Скорость остывания соответственно:

    $\frac{dT} {dt}= k( T_{s} - T_{0});$


    Таким образом, скорость остывания прямо пропорциональна разнице температур объекта и окружающей среды. То есть максимальная скорость остывания будет сразу после приготовления (95ºС, разница 70-75ºС) а при 60ºС разница с окружающей средой составит всего 35-40ºС. Не так уж много. А чтобы кофе остыл до 55º за 37 секунд, скорость остывания должна быть 8ºС/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 60ºС. Так что говорить о 37 секундах, за которые вода остынет на 0,74º — это чистой воды маркетинговый ход. При заявленной автором «комфортной температуре» 60-55ºС время остывания составит более 4 минут.

    Но такой результат (1,2ºС/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 0,5º 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 60-55ºС. 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 55ºС

    Результаты




    Теплопотери термокружки без крышки 9 Вт на тех самых 60 ºС. 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


    1. В обычной керамической кружке кофе остывает с 60ºС до 55ºС более чем за 6 с половиной минут, в термокружке — почти 17 мин.
    2. Термокружка без крышки практически не имеет преимущества над обычной.
    3. Как показали измерения, наибольший вклад дает крышка, а не стенки кружки.
    4. Как уже было сказано в комментариях к основной статье, лучший способ — это массивная термокружжка, которая остужает напиток с 90-95ºС 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.
    Share post

    Comments 61

      0
      Открывать и закрывать крышку после каждого глотка… как по мне — не очень комфортно. Вывод — кружка неважна вообще.
        +3
        Как правило, в крышке есть задвижка, открываемая вручную или кнопкой.
          +2
          такая, например
          image

          В любом случае с открытой задвижкой держит не 2-3 часа, а час, что больше обычно кружки
            +1
            Или маленькие отверстия.
            Скрытый текст
            image
          0
          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?
            –1

            Тогда нужно кружку для начала хорошо прогреть, иначе холодная кружка вам всё охладит

              +3
              так и надо, чтобы остудило: 96 градусный чай я не люблю
                0

                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.

                  +1
                  +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 :)
                    0
                    Все думал, предложит кто-нибудь делать термокружки на фазовых переходах, или нет?

                    Отличная же идея! И охлаждает быстро и поддерживает именно комфортную температуру долго!
                      0
                      Я делал и термокружку, и даже систему охлаждения видеокарты на фазовых переходах, но монетизировать как-то не догадался, эх.
                        0
                        Елки зеленые, если у вас есть рабочий прототип — бегом на кикстартер :)
                          0
                          А охлаждение — это когда жидкость кипит и сама по себе уходит из зоны нагрева, потом на внешнем радиаторе конденсируется и обратно?
                            0
                            Да. (пробовал ещё переход твёрдое-жидкое, но не смог подобрать подходящее вещество)
                            Правда, приходилось переворачивать системник, потому что видеокарты проектируются чипом вниз, но это уже нюансы.
                              0
                              Ну, ориентация важна для термотрубок с гравитационным возвратом жидкости, капиллярные сильно менее чувствительны к ней. Хотя изготовить их сложнее.

                              Но это нюансы еще более тонкие.
                          0
                          Смогу разобрать кружку — залью парафином и измерю.
                            0
                            Тут все зависит от количества парафина. По моим прикидкам парафина должно быть примерно столько же, сколько и воды. При этом, перед заливанием кипятка, парафин надо прогреть до 60 градусов. Тогда вся «избыточная» теплота воды уйдет на плавление парафина и он будет максимально долго поддерживать кружку в состоянии комфортной температуры.

                            Можно, конечно, положить парафина поменьше и не прогревать.
                  +3
                  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.
                    0
                    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
                      0

                      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).

                        0
                        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.


                        Вы не читали?
                      0
                      Еще существуют вот такие странные решения для этой проблемы
                      www.joulies.com
                        +1
                        Увидел DIY и ожидал прочитать не остывающую смарт-кружку на Ардуино с Блютусом и Блокчейном…
                          0
                          К DIY относится USB-термометр на FT232 и DS18B20
                            0
                            Да, я понял. Но ожидания не оправдались, ведь в заголовке про кружку, а не термометр :)
                            0
                            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))
                              0
                              Connection to $drinkName lost. Check $drinkName.
                            0
                            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.
                              0
                              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.
                              +1
                              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 :-)
                                +2
                                Долив холодной воды в чай или кофе — поступок крайне аморальный.
                                  +5

                                  Всю жизнь доливал до нужной температуры. Теперь ясно, где же я впервые ступил на кривую дорожку аморальности.

                                    +1
                                    Только если мораль — религиозного характера.
                                      +3
                                      Он же написал «растворяю кофе». А вы ему — о морали…
                                        0
                                        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».
                                          +2
                                          Мне кажется, что растворимый кофе — это уже такая штука, которую только и можно делать, что разбавлять. Хуже все равно не будет :)
                                        0
                                        Как-то заваривал чай в поезде в термокружке, проезжая по довольно жаркой стране в горячем вагоне. Чай я смог минут через 40 попить только.
                                          0
                                          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?
                                            0
                                            Термокружка без крышки практически не имеет преимущества над обычной

                                            Получается, что основной тепловой поток с зеркала жидкости, через испарение?
                                              0
                                              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.
                                              0
                                              Слышал миф, что подслащёная вода (чай) быстрее остывает.
                                              Можете экспериментально опровергнуть или подтвердить?
                                                0
                                                может потому что металлической ложкой размешивается, которая берёт на себя часть тепловой энергии?
                                                  0
                                                  Ну и сам сахар некоторой теплоемкостью обладает (хотя вряд ли значимой по отношению к количеству воды в кружке)
                                                  0

                                                  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.).

                                                    0
                                                    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.
                                                      0

                                                      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 :)

                                                        0
                                                        Коренным образом, конечно же, не меняют. Но и ускорить остывание — тоже не могут :)
                                                    0
                                                    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?
                                                      –1
                                                      USB-подогреватель кружки.
                                                        0
                                                        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 :)
                                                          0
                                                          Но не забываем о КДП нагревателей, возьмем процентов 75

                                                          Почему 75 процентов?
                                                          Запомните — КПД нагревателя равен 100 процентам.
                                                            0
                                                            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 :)
                                                              0
                                                              Между прочим, обсуждаемое Вами устройство серийно выпускается и
                                                              продается.
                                                              image
                                                                0
                                                                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.
                                                                  0
                                                                  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).
                                                                    +1
                                                                    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.
                                                          0
                                                          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. :)
                                                            0
                                                            По мне, так с этой «умной» техникой явно перебор нынче… то умная кружка — слишком.

                                                            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.
                                                            0
                                                            На работе часто приходится пить остывший забытый чай:-( Поэтому я бы купил кружку с уведомлениями о достижениях настраиваемых температур.
                                                              0
                                                              По приезду из отпуска надо попробовать сваять на работе из доступных материалов, но это, скорее всего, будет ПЛК с панелью и уведомлениями по смс :-)
                                                              0
                                                              Не хватает теста «керамическая кружка с крышкой». Было бы любопытно оценить а нужна ли вообще термокружка. Без крышки у нее перед керамической преимуществ немного.

                                                              Only users with full accounts can post comments. Log in, please.