Afkoelingsperiode

In het buitenland en in bad. Natuurlijk had de hotelier een bad laten monteren van het soort dat onbedoeld verdrinken uitsluit en was de douchekop zo laag opgehangen dat men er staande alleen het schaamhaar mee kon uitspoelen. Maar verder waren alle attributen voorhanden: twaalf handdoeken, een douchemuts, een stukje zeep, een flesje shampoo en een flesje badschuim. Of gel als dat hetzelfde is.

De eenzame badgast die alle chemicaliën tegelijk in het water wierp zat weldra tot over zijn oren in het schuim. Zo kwamen de knieën toch nog onder te staan maar ontbrak het zicht op het waterniveau. Van belang is dat het water ongebruikelijk lang lekker warm leek te blijven. Besloten werd thuis eens na te gaan of schuim een doorslaggevende rol kan spelen in de afkoeling van vloeistoffen.

Een oud onderwerp. In oktober 1991 en december 1992 is hier ook al eens gemeten aan afkoelende vloeistoffen in kopjes, bekertjes en plastic flessen. Conclusies: hete drank blijft langer warm in een plastic fles als men daar aluminiumfolie om wikkelt en bekers en kopjes verschillen sterk in afkoeleigenschappen. De kartonnen koffiebekertjes van de NS-stations houden dranken vooral zo goed warm omdat ze een deksel hebben die verdamping verhindert. Verdamping bleek als gewichtsverlies te meten.

Nu zou dus schuim onderzocht worden. In een reeks volstrekt identieke bekertjes zou heet water onder reproduceerbare condities mogen afkoelen, mèt en zonder schuimdek. Het moderne kantoor met zijn duchtig gethermostateerde werkruimtes en de multiple-choice koffieautomaat die heet en koud water, al of niet met koolzuur, thee, koffie, chocolade of choc-o-cino, uitschenkt in polystyreen bekertjes die tot in de kleinste kleinigheden aan elkaar gelijk zijn, dat kantoor is bij uitstek uitgerust voor zulk een onderzoek. Alleen de thermometer moest van buiten komen, het werd een oude kwikmeter met een afleesnauwkeurigheid van zo'n 0,2 graden.

Zoals dat gaat als men eenmaal aan het meten slaat veranderden de doelstellingen nog voor ze waren geformuleerd. Druk doende met de reeks blancobepalingen die aan de eigenlijke schuimstudie vooraf ging kwam de gedachte op ook eens na te gaan hoe snel eigenlijk koud water in contact met de lauwe kantoorlucht opwarmde. Waarom niet?

De experimentele afkoelingswet van Newton zegt dat de hoeveelheid warmte die een voorwerp aan zijn omgeving afstaat op elk moment evenredig is met het temperatuurverschil tussen dat voorwep en zijn omgeving: hoe kleiner het verschil hoe langzamer het afkoelen. De afkoelingscurve is dus een exponentiële kromme die makkelijk met zogeheten logaritmepapier is te lineariseren. Zo is men, om het simpel te zeggen, in staat een vergelijking te maken tussen het afkoelen van 60 naar 50 graden bij een omgevingstemperatuur van 25 graden en het opwarmen van 5 naar 10 graden bij een omgevingstemperatuur van 20 graden. Want ook het opwarmen verloopt volgens een exponentiële curve zoals de ervaring weldra leerde.

Vooral de metingen uit het eerste uur bleken bevredigend op een rechte lijn te krijgen. De verstrekte bekertjes waren extreem slecht geïsoleerd en zaten na een uur nog maar een graad of vijf van die van de omgeving af. Toch zijn de metingen een aantal malen heel lang doorgezet om na te gaan wat de eindtemperatuur zou worden. Dat leverde de eerste onvoorziene uitkomst op: in alle bekertjes werd of bleef het water 1 tot 1,5 graad kouder dan de omringende lucht. Dat kon alleen aan verdamping liggen en inderdaad verdween het verschil als de bekertjes met aluminium-folie werden afgedekt en - nog overtuigender - als een niet-vluchtige olie op het vloeistofoppervlak werd gebracht. Met een film olijfolie kwam de eindtemperatuur precies op die van de omgeving uit.

De andere experimenten werden uitgevoerd zonder spijsolie, die zat niet in de automaat, en daardoor ontstond er bij de mathematische verwerking van de waarnemingen onzekerheid over de vraag wat als 'omgevingstemperatuur' moest worden aangenomen. Uiteindelijk zijn alleen de vroegste waarnemingen gebruikt, dan maakt het nauwelijks uit. Zo sterk is Newtons afkoelingswet nu ook weer niet.

De tweede onvoorziene waarneming was dat afkoelen - onder overigens identieke omstandigheden - meetbaar sneller gaat dan opwarmen. Afkoelen van 30 naar 22 als de eindtemperatuur 20 zal zijn gaat wel 15 procent sneller dan opwarmen van 10 naar 18 bij dezelfde eindtemperatuur. Altijd het gevoel gehad dat dat zo was en altijd gedacht dat het verbeelding moest zijn. Maar er is geen sprake van symmetrie en bij nader inzien lag dat ook helemaal niet voor de hand. Verdamping, straling en de luchtstroming langs het bekertje zijn stuk voor stuk processen die in betekenis toenemen als de temperatuur stijgt. En misschien is dat voor geleiding ook wel zo. Zelfs opwarmen van 10 naar 30 en afkoelen van 30 naar 10 zullen niet elkaars spiegelbeeld zijn.

Het schuim. Helpt schuim? Het helpt. Uit eiwit en slagroom werden met hulp van wat suiker, een beslagkom en een garde twee stabiele schuimen bereid die na twaalf uur op afkoelend water nog niets van hun glans hadden verloren. Vooral het eiwitschuim wist de afkoeling het eerste uur meetbaar in te tomen. Dus eiwit in bad? Olijfolie kan ook want het scheelde maar net één graad. Veel, veel meer is te verwachten van het koolie-principe dat hier later besproken zal worden.