Sì, è possibile anche se di solito è complicato.
Se hai una sfera d’acqua a 0ºC e la metti in un congelatore a qualche temperatura T che è sotto zero, allora la velocità del flusso di calore fuori dalla sfera sarebbe approssimativamente data dalla legge di Newton del raffreddamento. Se la velocità di raffreddamento è lenta, e si può fare l’approssimazione che la temperatura all’interno dell’acqua sia costante, allora il flusso di calore per unità di superficie sarà costante mentre l’acqua si congela. Il tempo di congelamento sarebbe il calore latente totale di fusione diviso per il flusso di calore per unità di superficie diviso per la superficie totale.
Tuttavia anche in questa situazione semplificata non conosciamo la costante di proporzionalità nella legge di Newton, e questo dipenderà dai dettagli dell’ambiente, ad esempio la velocità delle correnti d’aria. Il meglio che potremmo fare è trarre conclusioni come il tempo di congelamento sarà proporzionale al raggio della sfera perché è proporzionale al volume diviso per l’area. Dovremmo anche trovare che il tempo è inversamente proporzionale alla differenza di temperatura.
La vita diventa più complicata quando la velocità di raffreddamento è troppo veloce per assumere che non ci sia un gradiente di temperatura nell’acqua. Per esempio si formerebbe una pelle di ghiaccio all’esterno, e il ghiaccio è un isolante migliore dell’acqua (perché nell’acqua ci sono correnti convettive). In questo caso il tasso di flusso di calore (e quindi di congelamento) sarebbe inversamente proporzionale allo spessore della pelle di ghiaccio.
Un’ultima complicazione è che l’acqua si raffredda facilmente. Si può solo supporre che l’acqua congeli esattamente a 0ºC se non c’è una barriera alla nucleazione dei cristalli di ghiaccio.