Тайна замерзания водоемов

При какой температуре замерзает вода или говоря простым языком, превращается в лед. Каким образом зависит температура замерзания воды в зависимости от давления.

Почему так происходит

Почему вода превращается в лед не при 0 градусов

Для формирования кристаллов льда могут использоваться различные частицы и дефекты тары

Чтобы кристаллы льда сформировались, необходима основа, а ею могут стать различные вещества и мелкие тела, например, пылевые частицы. А ожидать, что чистая вода замерзнет, согласно распространенному мнению, при нулевой температуре, не стоит. Ядрами кристаллизации, как известно из курса физики, могут выступать растворенные в воде минеральные и органические частицы, но и не только они.

Почему вода превращается в лед не при 0 градусов

Кристаллизация может «выбрать» в качестве основы различные дефекты тары, в которой вода в этот момент находится, такие как сколы и трещины, а также воздушные пузырьки. Кстати, так как у горячей воды число ядер кристаллизации больше, то и замерзает она быстрее, чем холодная. Этот интересный факт известен любому старшекласснику. Если сосуд чист, и сама вода тоже, то она может какое-то время при отрицательной температуре находиться в обычном жидком состоянии. Но оно считается неустойчивым, потому что стоит появиться какой-либо посторонней частице, например, пылинке, как вокруг нее немедленно начнет образовываться ледяной кристалл, и вся остальная вода вокруг тоже становится льдом.

Замерзает ли?

foto18847-2При атмосферном давлении в 760 мм рт.ст (или 0,101 МПа), вода превращается в лед уже при 0°С, как известно из школьного курса.

Но при уменьшении этого показателя меняется и точка кипения, и t°, при которой происходит превращение в лед – последняя как раз повышается.

В горах, где разреженный воздух, на определенной высоте она может уже составлять +2…+4°С. И наоборот, чем больше среда давит на воду, тем ниже находится точка замерзания на графиках.

Интересно, что при давлении в 611,73 Па совпадают температура кипения воды и плавления льда. Она составляет +0,01°С. Этот показатель называют тройной точкой воды из-за того, что она находится сразу в трех состояниях.

Считается, что при более низком показателе она просто не сможет сохранять жидкое состояние и будет превращаться в водяной пар. Причем температура плавления льда и точка замерзания воды обычно не совпадают, это разные величины.

Хотя для удобства бытовых расчетов их часто отождествляют, поскольку при 760 мм рт.ст. они как раз будут одинаковыми.

Но при этом нет такого давления, при котором бы вода совсем не замерзала. Другое дело, что в лабораторных условиях можно создать такую ситуацию, при которой вода будет замерзать только при -20…-40°С.

Кроме того, возможно получение и нестабильного состояния – переохлажденной жидкости. Но если в ней появится центр кристаллизации, она сразу же превратится в лед.

Вода. Кислород

H2O. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного кислород. Водород на первой позиции в периодической системе химических элементов таблице Менделеева. Для большинство химических реакций требуется водород.

Обыденное состояние для воды – жидкое. Также есть еще два вида состояния воды, твердообразное и газообразное.

logo-h2o-communications.jpg?1535734826 Вода-жизнь. Мы на 70-90% (в зависимости от возраста) состоим из воды. Любое живое существо нуждается в воде, как любой человек в мороженном для поднятия настроения.

Кислород-жизнь. Равное по значимости воде. Каждому живому существу на земле требуется кислород, для жизнеобеспечния организма.

Как замерзает вода

Кристаллизация воды – сам по себе очень интересный и многогранный процесс. Давайте разберемся, как это происходит. Как известно вода состоит из молекул, которые немного связаны между собой и стремятся к воссоединению. Всё довольно просо, при высоких температурах начинается отдаление молекул, а при низких температурах сближение. Под влиянием низких температур их движение замедляется и они, соединяясь, образовывают кристаллическую структуру. Кристаллизация, или же замерзание это превращение воды в лёд, переход в твёрдое состояние.

При какой температуре замерзает вода

zamerzanie_vody_1-e1432935446892-620x330.jpg

При какой температуре замерзает вода? Казалось бы – простейший вопрос, ответить на который может даже ребёнок: температура замерзания воды при обычном атмосферном давлении в 760 мм ртутного столба составляет ноль градусов по Цельсию.

Однако вода (несмотря на чрезвычайно широкую распространённость её на нашей планете) является самой загадочной и не до конца изученной субстанцией, поэтому ответ на этот вопрос требует обстоятельного и аргументированного разговора.

  • В России и в Европе температуру измеряют по шкале Цельсия, самое высокое значение которой имеет отметку в 100 градусов.
  • Американский учёный Фаренгейт разработал свою шкалу, насчитывающую 180 делений.
  • Существует ещё одна единица измерения температуры – кельвин, названная в честь английского физика Томсона, получившего звание лорда Кельвина.

Смотрите также:

  • Январские метаморфозы. Каким будет первый месяц нового года? →
  • Готовимся к морозам. Как правильно выбрать радиатор на дачу →
  • Долгосрочный прогноз погоды на май 2014 года →

Оставить комментарий (0)

Самое интересное в соцсетях

Эффект «стекловидной» воды

Всем известно, что вода кипит при 100 °С, а замерзает при 0 °С. Но не все так однозначно. Оказывается, чистая вода, впрочем, и морская тоже, при нуле не замерзает.

Если очень медленно охладить очень чистую воду (в идеале для такого эксперимента нужна дистиллированная), она будет оставаться жидкой при очень низких температурах. В таком промежуточном между льдом и водой состоянии структура вещества становится «стекловидной». Длится это состояние недолго. Если в такую переохлажденную воду попадет небольшой кусочек льда, пылинка или снежинка, по всему объему мгновенно прорастут длинные кристаллы льда.

Секрет тут в особенностях кристаллизации, в примесях солей или других веществ. Именно они становятся «ядром», вокруг которого строится кристаллическая решетка. Разный состав определяет разную температуру замерзания. Ученые обнаружили, что вода может оставаться жидкой даже при переохлаждении до -48 °С при условии, что она идеально чистая, без солей и минералов. Если же в воде есть тяжелые металлы, то она начнет замерзать уже при +3,8 °С.

Температура в зависимости от показателя

Чтобы четко определить температуру замерзания, нужно сначала понять, как связаны эти 2 параметра.

Как они взаимосвязаны?

При увеличении давления, температура замерзания снижается, при уменьшении – t° растет. Существуют специальные формулы, которые помогают рассчитать конкретное значение.

Таблица таких соотношений выглядит следующим образом:

Температура, °С Давление, мПа
0 0,1
-1 1
-2 30
-3 40
-4 50
-5 60
-10 110
-22 210

Замерзание жидкостей и мороженое

Благодаря замерзанию можно получить множество вкусностей. Заморозил, скажем, сладкое молоко или сливки, перемолол получившийся ледяной кусочек в блендере для однородной структуры – и получаешь вкуснейшее домашнее мороженое.

40117.jpg?1507029295

А летом так приятно заморозить фруктовый сок, предварительно засунув внутрь деревянную палочку!

Итак, встает логичный вопрос – отличается ли температура замерзания соков, молока и других вкусных вещей от температуры, при которой затвердевает вода.

40117.jpg?1507029405

Результаты вот такие:

  • Неразбавленное молоко замерзнет при температуре в 0,533° С.
  • И чем оно будет жирнее, тем ниже нужна температура. Так что если вам хочется сделать мороженое из сливок, придется еще сильнее охладить воздух в морозилке.
  • Температура замерзания сока будет зависеть от содержания сахара. Переслащенный сок может не замерзнуть и при -10° С. Для натурального хватит гораздо более высоких температур. 40117.jpg?1507029443

Вывод из этого простой: считать, что любая жидкость, как и вода, замерзает при одинаковой температуре, не стоит. Это зависит и от атмосферного давления, и от состава самой жидкости.

3 года назад

Марина Игнатова

+5

Вода – это основа жизни. Без нее никуда. Со свойствами замороженной воды я столкнулась однажды зимой, когда моя подруга провалилась под лед. К счастью, все обошлось, но этот урок я запомнила надолго. Первоначально вам следует знать, что вода бывает в трех агрегатных состояниях: жидкое, твердое, газообразное.

%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%B0.jpg?1503025326

Что нужно для замерзания соленой воды

Почему вода превращается в лед не при 0 градусов

А как же рыбы в полярных морях?

Температура, при которой соленая вода превратится в лед, непосредственно зависит от того, насколько она соленая. То есть большая концентрация соли говорит о том, что температура должна опуститься ниже нуля, чтобы такая жидкость могла стать льдом. Так, вода в океане, начинает становиться льдом, когда температура ее доходит до «минус» 1,9°С.

Почему вода превращается в лед не при 0 градусов

При этом многих интересует судьба обитателей таких замерзающих вод. Кровь рыб, которые живут в полярных морях, замерзает при «минус» 0,5°С. Просто эти морские обитатели умеют тормозить процесс кристаллизации, благодаря тому, что их организм вырабатывает белки, которые вбрасываются в кровь.

Эффект Мпембы

Вода преподносит и другие сюрпризы. Оказывается, при определенных условиях горячая вода замерзнет быстрее, чем изначально холодная. Этот факт замечали Аристотель и Рене Декарт, но название «эффект Мпембы» парадокс получил по имени танзанийского школьника Эрасто Мпембы, который в 1963 году обнаружил его при замораживании мороженого.

Парадоксально и то, что ученые до сих пор затрудняются найти единое объяснение этому феномену. Предположений много:

  • разница температур в теплообмене;
  • испарение (горячая вода испаряется быстрее);
  • конвекция (эффект аномалии плотности);
  • газы, которые растворены в воде;
  • теплопроводность.

Все эти факторы проверяются в ходе исследований и экспериментов, но единого верного ответа и решения парадокса Мпембы современная наука пока что не дает. Зато эффект этот имеет широкое практическое применение в кулинарном деле.

Интересные факты

замерзшее озероЕсли наполнить в емкость воду из крана и высыпать в нее достаточное количество соли, то она начнет замерзать при температуре -21 градус Цельсия. Также соль может запустить и обратную реакцию – она окажет эффективное воздействие на лед и заставит его таять. Подобный процесс возможен, если температура воздуха выше отметки -21 градус Цельсия. Другие интересности:

  • при низких температурах холодная вода мерзнет дольше горячей;
  • пить можно только 3% воды от всего мирового запаса (остальная часть находится в ледниках);
  • при добавлении в воду метана, она будет гореть;
  • вода остается жидкой при низких температурах, если на нее воздействует электрическое поле.

Лед, который образуется на водоемах, в реках и в морях, не позволят замерзнуть воде, которая находится под ним. При этом он сам не тонет, потому что в его структуре содержаться мельчайшие воздушные пузырьки.

Как заморозить воду

Особенности кристаллизации воды широко используются при ее очистке и смягчении. Вместо долгого кипячения, делающего воду мертвой, и отстаивания, которое позволяет избавиться лишь от хлора и газов, для получения идеально чистой воды существует технология вымораживания.

Вода, которая течет из крана, содержит не только грязь и ржавчину из труб, но соли, металлы, хлор, ненужные примеси, их можно убрать способом заморозки-разморозки, получив в итоге полезную талую воду. Этим способом можно очищать воду в домашних условиях, но есть ряд неудобств:

  • необходима морозильная камера с низкими температурами;
  • степень замерзания воды нужно постоянно контролировать;
  • получается не более 60% чистой воды на выходе;
  • для лучшего эффекта замораживать желательно не менее пяти литров воды.

Конечно, если у человека есть время, желание и возможность очищать воду вымораживанием дома, это неплохо. Но промышленные технологии куда точнее и эффективнее, используют методы шоковой и медленной заморозки по Лабзе, Муратову, Маловичко. В условиях жизни большого города и офисной работы, требующей концентрации и полного рабочего дня, тратить драгоценное время на длительные процедуры с домашней морозилкой нерационально. Надежнее поставить в офисе хороший кулер для воды с охлаждением и организовать постоянную доставку чистой воды прямо в офис. На нашем сайте можно найти телефоны доставки воды.

Моментальная заморозка воды – 5 невероятных трюков: Видео

Оценка статьи:

loading.gif

Загрузка…

Как и почему замерзает вода Ссылка на основную публикацию

Как и почему замерзает вода
Все о воде

Как влияет на замерзание заряд поверхности, соприкасающейся с водой

Почему вода превращается в лед не при 0 градусов

Дистиллированная вода замерзает при -42°С

Неспроста считается, что в дистиллированной воде полностью отсутствуют примеси. Этим объясняется тот факт, что замерзать она начинает только при достижении той самой температуры в «минус» 42°С. Путем многочисленных исследований ученые доказали, что замерзание воды при различных температурах также зависит от положительного или отрицательного заряда поверхности, с которой непосредственно соприкасается вода.

Почему вода превращается в лед не при 0 градусов

Если заряд отрицательный, то температура замерзания ниже, а при положительном – соответственно, наоборот. Если заряд меняется с отрицательного на положительный, то замерзание происходит при более высокой температуре.

Почему вода превращается в лед не при 0 градусов

Применение знаний в быту человека

foto18847-5В основном сведения о температуре замерзания воды нужны тем, кто сталкивается с прокладкой водопровода.

Как правило, ее замерзание в таких случаях проходит не на подземном участке трубы, а над поверхностью почвы, и далее идет процесс кристаллизации уже в наземном участке.

Чтобы этого не происходило, поскольку замерзание и расширение воды выводит из строя всю систему и нарушает целостность труб, принимают активные и пассивные меры – от утепления трубы до специально обустроенной системы обогрева.

Но очень важно с самого начала правильно сделать расчеты, подбирая производительность оборудования и диаметр труб таким образом, чтобы создать такое давление, при котором вода не будет замерзать при климатических условиях, характерных для этого региона.

Сведения об этих показателях и их соотношениях также нужны тем, кто занимается прокладкой отопительных систем. Важны они и для автомобилистов, которым приходится часто сталкиваться с замерзанием жидкости в радиаторе.

Физические основы образования льда

Возможны два случая образования льда при охлаждении воды: первый, когда в воде отсутствуют-кристаллы льда или ядра для их образования, второй — когда в охлаждаемой воде они присутствуют. Каждый из них имеет свои особенности образования льда. В первом случае процесс льдообразования характеризуется большой сложностью и еще недостаточно изучен. Во втором случае процесс льдообразования более простой, что позволяет определить количественные зависимости толщины и скорости намораживания льда от условий охлаждения воды и установить, таким образом, степень влияния отдельных факторов на этот процесс.

В холодильной технике льдообразование почти всегда протекает в условиях, когда имеются необходимые предпосылки для возникновения кристаллов льда. Образование твердой фазы из жидкой начинается только в отдельных точках — центрах кристаллизации. В свою очередь образование первичных центров кристаллизации возможно только при переохлаждении жидкости. Переохлаждением жидкости — называют разность температур между температурой плавления твердой фазы и температурой, при которой выделяются первые кристаллы. После появления кристаллов температура жидкости возрастает до температуры плавления. Необходимость переохлаждения вызывается тем, что возникающие группировки (диспергированные кристаллы) с упорядоченным размещением молекул, близким к структуре кристаллов твердой фазы, неустойчивы. Эти группировки в соответствии с квазикристаллическим строением жидкости непрерывно разрушаются под воздействием теплового движения молекул. Когда температура жидкости становится ниже точки плавления, воздействие теплового движения молекул уменьшается. xfiz_led.jpg.pagespeed.ic.9QAFBClTa1.jpg

Однако эти группировки, представляющие собой только несколько молекул с правильной кристаллической ориентировкой, остаются неустойчивыми и в условиях переохлаждении. Кристаллическая группировка становится устойчивой только тогда, когда в ней содержится несколько сот молекул. Образование такой группировки не может происходить самопроизвольно: оно требует содержания в жидкости твердых частиц. Стабильность этих групп может возникнуть только на поверхности раздела жидкости и твердых частиц, так как здесь имеется пленка жидкости, обладающая особыми свойствами молекулярной ориентации, отличающими ее от остальной массы жидкости.

При движении воды у охлаждаемой стенки первые кристаллы должны выделяться в виде тонкого слоя льда, так как у нее находится наиболее переохлажденная пленка жидкости, обладающая свойствами молекулярной организации, необходимыми для образования устойчивых группировок.

Наиболее благоприятными условия будут тогда, когда теплопередающая стенка по структуре своей поверхности приближается к структуре кристаллов льда и когда теплопередача через стенку проходит интенсивно. Поэтому шероховатые металлические стенки, особенно медные, при интенсивном охлаждении создают более благоприятные условия для образования первых кристаллов льда, чем гладкие и полированные, особенно стеклянные, при медленном их охлаждении.

При интенсивном охлаждении воды с температурой выше 0°С у металлической стенки образуется тонкий сплошной слой льда и переохлаждение воды резко падает до тысячных долей градуса (практически можно считать, что переохлаждение отсутствует). Температура поверхности льда на границе с водой в течение всего дальнейшего процесса охлаждения ее остается постоянной и равной 0°С. Действительно, температура плавления льда при атмосферном давлении не может быть выше 0°С, так как известно, что иметь двойную фазу вещество в перегретом состоянии не может. С другой стороны, температура может понижаться лишь на тысячные доли градуса. Таким образом, практически температура льда на границе может быть принята равной 0°С.

Эта важная особенность процесса намораживания льда у охлаждаемой стенки, омываемой водой, позволяет получить сравнительно простые расчетные зависимости, характеризующие динамику намораживания льда в воде плюсовой температуры.

Другие интересные свойства воды

Вода является самой универсальной и удивительной субстанцией, на нашей планете. Она обладает множеством других уникальных свойств:

  1. Дистиллированная вода, прекрасный диэлектрик и практически не способна проводить ток.
  2. Единственное вещество, которое может существовать одновременно в трёх агрегатных состояниях (тройная точка воды).
  3. Расширяется при замерзании и при испарении тоже расширяется.
  4. Лёд легче воды в жидком состоянии, лишь у нескольких веществ есть подобные свойства.
  5. Растворяет практически все вещества на нашей планете.
  6. За счёт водородных связей, обладает невероятной термоустойчивостью.

1496438802_8019266481.jpg?1501501624

3 года назад

Елена Чернова

+5

В детстве мне очень нравилось смотреть на сосульки, свисающие с крыш. Прозрачные, сверкающие на солнышке льдинки неизменно притягивали мои взгляды. Некоторые, расположенные не очень высоко, мне даже удавалось достать и рассмотреть поближе. Но каждый год с наступлением весны, они таяли, превращаясь в веселую капель. Так при каких же условиях образуется лед?

b212b5b35d378f04e940a2c1ca110e83.jpg?1500653611

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...