При какой температуре вода не превратиться в лед
Стандартное утверждение о том, что вода замерзает при достижении температуры в 0 градусов Цельсия, на самом деле некий стереотип. Температурных порогов, при которых замерзает вода, существует не так уж мало, и зависят они от разных свойств воды и окружающей обстановки. К примеру, чистая вода может даже замерзнуть при -42°С, в зависимости от условий, в которых она охлаждается.
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.
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.
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
Источник
Aspid Green
21 марта 2015 · 111,8 K
Замечательный вопрос!
Действительно принято упрощённо считать, что 0℃ это температура замерзания воды или таяния льда. (Более того, сама шкала Цельсия была основана на паре 0℃ и 100℃ — замерзание и кипение воды при нормальных условиях). Логично, что возникает вопрос, а в каком именно состоянии будет находится вода непосредственно при нуле.
Если мы говорим о реальном мире, то достичь точной температуры “0℃” практически невозможно. Это всегда будет либо -0℃ (условно «чуть ниже нуля») или +0℃ («чуть выше нуля»). Соответственно, либо вода будет замерзать и превращаться в лёд, либо лёд будет таять. В среднем, за счёт примесей и неоднородностей, мы можем иметь смесь из воды с включение небольших кусков льда, либо влажный, подтаивающий кусок льда.
Но физика тем и замечательна, что любит оперировать моделями. Если предположить, что мы можем установить и каким-то образом поддерживать температуру точно 0℃. В этом состоянии оба агрегатных состояния — вода и лёд — равновероятны. Это значит, что если у нас есть кусок чистого льда, то он не будет таять, а чистая, без включений вода останется водой. В рамках такой модели нет условий для фазового перехода — таяния или замерзания. Если, к примеру, в этой модели начать каким-то образом отводить тепло от воды, она начнёт замерзать. К слову, её температура так и не опустится ниже 0℃, пока она вся не превратится в лёд. Повторюсь, это всё условно, но так проще понять процессы, которые в этом случае происходят.
IT, телеком, телефония, базы данных, интеграционные решения, естествознание…
Прежде всего давайте условимся, что вода у нас чистая, чего в химическом абсолютном смысле никогда не бывает, и давление у нас равно нормальному атмосферному, чего тоже не бывает, потому что даже в одном отдельно взятом стакане давление на поверхности и на дне разное. Но тем не менее мы так условимся. Ок? 🙂
При 0°С вода и тает и замерзает. Чтобы… Читать далее
Почему тройная? Что за третье состояние?
software engineer at IDAGIO
Однозначно ответить на этот вопрос нельзя. Дело в том, что агрегатное состояние воды зависит от количества ее теплоты, измеряемого в джоулях. На примере: есть у вас некий объем льда. Окружающая температура равна нулям градусам по Цельсию (допустим, вода у нас без примесей и атмосферное давление соответствует нормальным условиям), но лед все равно не… Читать далее
Скучный дед, на последней ступеньке между мудростью и маразмом.
Я предупредил.
Занимательный вопрос. Как уже было сказано, физики обожают работать с моделями. (Но,но! С идеальными моделями физических процессов!).
Берем натерпевшегося уже выше крыши бедолагу – Кота Шредингера, и смотрим, утонет он или замерзнет. Сам Кот, естественно, на опыт повлиять не в состоянии.
И в нелюбви к животным обвинять не надо. Что бы там ни говори… Читать далее
Для того чтобы расплавить лед необходимо его нагреть. Удельная теплота плавления льда – 335 кдж на кг. Т.е. чтобы растопить один килограмм льда надо приложить 335 000 джоулей. И наоборот, чтобы заморозить один литр воды эти 335000 джоулей надо из воды забрать. Так что при 0 градусов лед может плавиться а может и вода замерзать. Надо только понять… Читать далее
Хоспидя! Это же в школе изучается. Если лёд и воду поместить в помещение с 0 градусов, то их состояние не изменится. Для того, чтобы изменить агрегатное состояние вещества, надо либо истратить энергию, либо наоборот. Лет 30 назад мне об этом учителя говорили. Это же элементарные вещи.
Вы какую то глупость сказали
Есть хороший эксперимент: продержав бутылку 0.5 с питьевой или дистилированной водой в морозилке при – 18С примерно полтора часа, вода все еще будет в жидком состоянии, но стоит ударить по ней, как она тут же превратится в кусок льда.
Присоединяйтесь к экспертному сообществу!
Яндекс.Кью — это сервис экспертных ответов на вопросы. Мы объединяем людей, которые хотят делиться знаниями, помогать друг другу и менять мир к лучшему.
Вы тоже можете стать экспертом!
Узнать больше
Источник
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.
Состояния и виды воды
Вода на планете Земля может принимать три основных агрегатных состояния: жидкое, твёрдое и газообразное, которые способны трансформироваться в разные формы, одновременно сосуществующие друг с другом (айсберги в морской воде, водяной пар и кристаллы льда в облаках на небе, ледники и свободно текущие реки).
В зависимости от особенностей происхождения, назначения и состава вода может быть:
- пресной;
- минеральной;
- морской;
- питьевой (сюда же отнесём водопроводную воду);
- дождевой;
- талой;
- солоноватой;
- структурированной;
- дистиллированной;
- деионизированной.
Наличие изотопов водорода делает воду:
- лёгкой;
- тяжёлой (дейтериевой);
- сверхтяжёлой (тритиевой).
Все мы знаем о том, что вода бывает мягкой и жёсткой: этот показатель определяется содержанием катионов магния и кальция.
Каждый из перечисленных нами видов и агрегатных состояний воды имеет свою температуру замерзания и плавления.
Температура замерзания воды
Почему вода замерзает? Обычная вода всегда содержит некоторое количество взвешенных частиц минерального или органического происхождения. Это могут быть мельчайшие частицы глины, песка или домашней пыли.
Когда температура окружающей среды опускается до определённых значений, эти частицы берут на себя роль центров, вокруг которых начинают образовываться кристаллы льда.
Ядрами кристаллизации могут стать также воздушные пузырьки, а также трещины и повреждения на стенках сосуда, в котором находится вода. Скорость процесса кристаллизации воды во многом определяется количеством этих центров: чем их больше, тем быстрее замерзает жидкость.
В обычных условиях (при нормальном атмосферном давлении) температурой фазового перехода воды из жидкого состояния в твёрдое является отметка 0 градусов по Цельсию. Именно при такой температуре происходит замерзание воды на улице.
Отчего горячая вода замерзает быстрее холодной?
Горячая вода замерзает быстрее холодной – на этот феномен обратил внимание Эрасто Мпемба – школьник с Танганьики. Его эксперименты с массой для приготовления мороженого показали, что скорость замерзания подогретой массы значительно выше, чем холодной.
Одной из причин этого интересного явления, получившего название «парадокс Мпембы», является более высокая теплоотдача горячей жидкости, а также наличие в ней большего количества ядер кристаллизации по сравнению с холодной водой.
Взаимосвязаны ли температура замерзания воды и высота?
При изменении давления, часто связанного с нахождением на разной высоте, температура замерзания воды начинает радикально отличаться от стандартной, характерной для обычных условий.
Кристаллизация воды на высоте происходит при следующих температурных значениях:
- как ни парадоксально, на высоте 1000 м вода замерзает при 2 градусах тепла по шкале Цельсия;
- на высоте 2000 метров это происходит уже при 4 градусах тепла.
Самая высокая температура замерзания воды в горах наблюдается на высоте свыше 5000 тысяч метров (например, в Фанских горах или на Памире).
Как давление влияет на процесс кристаллизации воды?
Давайте попробуем увязать динамику изменения температуры замерзания воды с переменой давления.
- При давлении 2 атм вода замерзнет при температуре —2 градуса.
- При давлении 3 атм началом замерзания воды станет температура —4 градуса по Цельсию.
При повышенном давлении температура начала процесса кристаллизации воды понижается, а температура кипения увеличивается. При низком давлении получается диаметрально противоположная картина.
Именно поэтому в условиях высокогорья и разреженной атмосферы весьма трудно сварить даже яйца, поскольку вода в котелке закипает уже при 80 градусах. Понятно, что при такой температуре приготовить пищу попросту невозможно.
При высоком давлении процесс плавления льда под лезвиями коньков происходит даже при очень низких температурах, но именно благодаря ему коньки скользят по ледяной поверхности.
Аналогичным образом объясняется примерзание полозьев сильно нагруженных нарт в рассказах Джека Лондона. Тяжёлые нарты, оказывающие давление на снег, вызывают его плавление. Образующаяся при этом вода облегчает их скольжение. Но стоит нартам остановиться и задержаться продолжительное время на одном месте, как вытесненная вода, замерзнув, приморозит полозья к дороге.
Температура кристаллизации водных растворов
Будучи отличным растворителем, вода легко вступает в реакции с различными органическими и неорганическими веществами, образуя массу подчас неожиданных химических соединений. Разумеется, каждое из них будет замерзать при разных температурах. Отразим это в наглядном списке.
- Температура замерзания смеси спирта и воды зависит от процентного соотношения в ней обоих компонентов. Чем больше воды добавлено в раствор, тем ближе к нулю температура его замерзания. Если же в растворе больше спирта, процесс кристаллизации начнётся при значениях, близких к -114 градусам.
Важно знать, что фиксированной температуры замерзания водно-спиртовые растворы не имеют. Обычно говорят о температуре начала процесса кристаллизации и температуре окончательного перехода в твёрдое состояние.
Между началом образования первых кристаллов и полным застыванием спиртового раствора лежит температурный интервал величиной в 7 градусов. Так, температура замерзания воды со спиртом 40% концентрации на начальном этапе составляет -22,5 градуса, а окончательный переход раствора в твёрдую фазу произойдёт при -29,5 градусах.
Температура замерзания воды с солью находится в тесной связи со степенью её солёности: чем больше соли в растворе, тем при более низком положении ртутного столбика он замёрзнет.
Для измерения солёности воды используют особую единицу – «промилле». Итак, мы установили, что температура замерзания воды с увеличением концентрации солей понижается. Поясним это на примере:
Уровень солёности океанской воды равна 35 промилле, при этом средняя величина её замерзания составляет 1,9 градуса. Степень солёности черноморских вод насчитывает 18-20 промилле, поэтому замерзают они при более высокой температуре с диапазоном от -0,9 до -1,1 градуса Цельсия.
- Температура замерзания воды с сахаром (для раствора, моляльность которого составляет 0,8) равна -1,6 градуса.
- Температура замерзания воды с примесями во многом зависит от их количества и характера примесей, входящих в состав водного раствора.
- Температура замерзания воды с глицерином зависит от концентрации раствора. Раствор, содержащий 80 мл глицерина, замёрзнет при -20 градусах, при снижении содержания глицерина до 60 мл процесс кристаллизации начнётся при -34 градусах, а начало замерзания 20% раствора – минус пять градусов. Как можно заметить, линейная зависимость в данном случае отсутствует. Для замерзания 10% раствора глицерина будет достаточно температуры -2 градуса.
- Температура замерзания воды с содой (подразумевается едкая щёлочь или каустическая сода) представляет ещё более загадочную картину: 44% раствор каустика замерзает при +7 градусах Цельсия, а 80% — при+ 130.
Замерзание пресных водоёмов
Процесс образования льда на пресноводных водоемах происходит в несколько ином температурном режиме.
- Температура замерзания воды в озере, точно так же, как и температура замерзания воды в реке, равна нулю градусов по шкале Цельсия. Замерзание самых чистых речек и ручьев начинается не с поверхности, а со дна, на котором присутствуют ядра кристаллизации в виде частиц донного ила. Коркой льда поначалу покрываются коряги и водные растения. Стоит лишь донному льду подняться на поверхность, как река мгновенно промерзает насквозь.
- Замерзшая вода на Байкале иногда может охлаждаться до отрицательных температур. Происходит это лишь на мелководье; температура воды при этом может составлять тысячные, а иногда и сотые доли одного градуса ниже нуля.
- Температура байкальской воды под самой коркой ледяного покрова, как правило, не превышает +0,2 градуса. В низших пластах она постепенно повышается до +3,2 на дне самой глубокой котловины.
Температура замерзания дистиллированной воды
Замерзает ли дистиллированная вода? Напомним о том, что для замерзания воды необходимо присутствие в ней неких центров кристаллизации, коими могут стать пузырьки воздуха, взвешенные частицы, а также повреждения стенок ёмкости, в которой она находится.
Дистиллированная вода, совершенно лишённая всяких примесей, не имеет и ядер кристаллизации, а поэтому её замерзание начинается при очень низких температурах. Начальная точка замерзания дистиллированной воды составляет -42 градуса. Учёным удалось добиться переохлаждения дистиллированной воды до -70 градусов.
Вода, подвергнутая воздействию очень низких температур, но при этом не кристаллизовавшаяся, называется «переохлаждённой». Можно, поместив бутылку с дистиллированной водой в морозильную камеру, добиться её переохлаждения, а затем продемонстрировать очень эффектный трюк — смотрите в видео:
Тихонько постучав по бутылке, извлечённой из холодильника, или бросив в неё небольшой кусочек льда, можно показать, как мгновенно она превращается в лед, имеющий вид удлинённых кристаллов.
Дистиллированная вода: замерзает или нет под давлением эта очищенная субстанция? Такой процесс возможен лишь в специально созданных лабораторных условиях.
Температура замерзания соленой воды
- Замерзает ли соленая вода? Благодаря высокой концентрации солей океанская и морская вода замерзает при температуре -1,9 градуса по Цельсию.
- Температура замерзания воды в морях и океанах не имеет постоянного значения, поскольку солёность воды в разных морях Мирового океана совершенно разная.
- Как температура замерзания океанической воды зависит от ее солености? Между этими величинами существует самая прямая связь. Чем более солёной является вода, тем более высокой плотностью она обладает, а для замерзания такой воды требуется достаточно низкая температура.
- Средняя температура воды в морях и океанах -4 градуса.
Температура замерзания отдельных морей
При скольких градусах замерзает вода:
- Каспийского моря? Солёность каспийских вод составляет около 13 промилле. Их замерзание происходит при -0,5 градуса Цельсия. Толщина ледяного покрова северной части Каспия составляет около двух метров.
- Азовского моря? Его соленая вода замерзает при температуре от -0,5 до -0,7 градусов по шкале Цельсия. Солёность составляет около 11 промилле. Толщина льдов, покрывающих море в период с декабря по март, равна одному метру.
- Японского моря? Почему соленая вода этого моря не замерзает? Это объясняется высоким (около 34 промилле) уровнем её солёности и географическим положением моря.
- Балтийского моря? При солёности, насчитывающей всего 6-8 промилле, температура замерзания морской воды в Балтике близка к нулю.
Экспресс-ответы
При скольких градусах замерзает вода:
- В трубах отопления? В случае отключения отопления или поломки отопительного котла в частном доме или на даче замерзание воды в них может произойти примерно через пару дней при температуре -5 градусов. Отсрочить наступление такого исхода поможет теплоизоляция труб и остальных элементов здания. Внутри жилого помещения замерзание воды в трубах наступает уже при -1 градусе. Если такая температура продержится 2-3 дня, это может закончиться разрывом труб и отопительных батарей.
- Под землей? Подземные воды могут быть жидкими, твёрдыми и парообразными. Твёрдой фазой воды в почве является лёд, который может быть как многолетним (в условиях вечной мерзлоты), так и сезонным. Замерзание почвенных вод происходит при температуре ниже нуля, поскольку все они представляют собой не чистую воду, а всевозможные её растворы. Величина температуры замерзания во многом зависит от минерализации грунтовых вод.
- На лету? У жителей Якутии есть нехитрый способ определения температуры воздуха: она ниже -42 градусов, если выпущенный человеком плевок успевает замёрзнуть, не долетев до земли.
- В вакууме? Содержимое пробирки, поставленной под колокол вакуумного насоса при температуре 0 градусов, сначала закипает, а после испарения восьмой части жидкости происходит образование ледяной корки на её поверхности.
- В двигателе автомобиля? Максимальная температура замерзания воды в двигателе может достичь -5 градусов: при более низких значениях кристаллы льда попросту разорвут внутреннее устройство блока двигателя. Точно такой же является температура замерзания воды в радиаторе. Подобные проблемы в машине могут возникнуть при условии недостаточного утепления вышеперечисленных агрегатов, а также вследствие слишком продолжительной стоянки.
- На катке? В зависимости от того, какие соревнования предполагается проводить на ледовой арене, температура поверхности льда может составлять от -3 до -5 градусов. Лёд с более высокой (от -3 до -4) температурой поверхности подходит для фигурного катания, поскольку именно его мягкость позволяет обеспечить необходимую силу сцепления с коньками. Более жёсткий лёд, подходящий для командной игры в хоккей, получается при температуре -5 градусов. На «холодном» льду возрастает скорость игроков и уменьшается возможность образования снежной «каши» на его поверхности. Качество льда в первую очередь зависит от химического состава воды, поэтому для его заливки используют не обычную жидкость из-под крана, а либо очищенную, либо обработанную специальными кондиционерами воду.
Loading…
Источник