Какая температура замерзания воды под давлением и для чего это необходимо знать?

Содержание

Когда замерзает водопровод?

Значок Лёд в трубе!Однажды довелось наблюдать успешный опыт эксплуатации технического водопровода, проложенного по воздуху от скважины до административного здания. В условиях сибирской зимы при температуре воздуха временами до -37 ˚С поставленный на постоянный.

. минимальный проток водопровод ни разу не перемерз, успешно обеспечивая водой санузлы. Несмотря на некоторую странность темы статьи, попробуем разобраться.

Для ответа на вопрос «Когда замерзает водопровод?» нет необходимости составлять очередной алгоритм и писать программу. В предыдущих публикациях на этом сайте в категории «Теплотехника» есть для этого все необходимые расчеты!

Температура замерзания воды — интересные свойства и значения

При какой температуре замерзает вода

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.

Разбираем вопрос: горячая вода тяжелее холодной или нет?

Вес воды при различных температурах заметно отличается. Бытует мнение, что горячая тяжелее холодной. Но данное утверждение неверно. В обычной жизни имеет значение применение знаний о массе прохладной и горячей воды.

В статье найдем ответ на вопрос: что же весит больше?

Плотность воды, теплопроводность и физические свойства H2O

Плотность воды, физические свойства воды и ее теплопроводность

Рассмотрены физические свойства воды: плотность воды, теплопроводность, удельная теплоемкость, вязкость, число Прандтля и другие. Свойства представлены при различных температурах в виде таблиц.

Какая температура замерзания воды под давлением и для чего это необходимо знать?

Многие помнят из курса школьной физики о том, что температура замерзания воды составляет 0°.

На самом деле это определение нуждается в уточнении – при условии воздействия нормального атмосферного давления. Последнее в значительной степени можно считать условной величиной.

О том, какова температура замерзания воды, находящейся под давлением, расскажем в статье.

Отвечаем на вопрос: какая вода замерзает скорее — пресная или соленая, и почему?

Пресная и соленая вода – это различные по составу растворы. Их физические свойства различаются. Незначительно, но это влияет на их хозяйственное использование.

Температура замерзания – это одна из ее качественных характеристик. О том, какая вода замерзает быстрее – пресная или соленая, и почему, расскажем в статье.

Пример. Расчет в Excel.

Условия задачи:

Проложенный по воздуху в неотапливаемом помещении участок стального водопровода без теплоизоляции длиной L =20 м выполнен из круглой трубы с наружным диаметром D =33,5 мм и с толщиной стенки s =2,8 мм. Температура окружающего воздуха (среды) tс =-10 °С. Скорость движения воздуха v =1 м/с. Температура воды на входе в трубопровод t1 =+5 °С. Давление воды в трубопроводе P =0,1 МПа. Коэффициент температуропроводности воды а =0,000000143 м 2 /с. Температура замерзания воды t3 =0 °С.

1. Найти время начала замерзания воды в трубе при отсутствии расхода.

2. Вычислить минимальный расход воды, при котором водопровод не замерзает.

Решение:

1. Для вычисления плотности, теплоемкости и теплопроводности воды воспользуемся программой из статьи «Теплофизические свойства воды». В исходные данные введем среднюю температуру воды из интересующего нас диапазона +5…0 °С.

Таблица Excel Теплофизические свойства воды -17

Время остывания воды (труба полностью заполнена) до критической температуры замерзания при отсутствии расхода рассчитаем по программе из статьи «Время охлаждения (нагрева)». Все исходные данные для этого у нас есть из условий задачи и предыдущего первого расчета.

Таблица Excel Время охлаждения -17

Первая часть задачи решена. Время охлаждения неподвижной воды в трубопроводе до 0 °С — около 21 минуты.

Обращаю внимание и напоминаю, что выполненный расчет носит оценочный характер! В частности, теплоемкость оболочки – стенки стальной трубы – этот расчет не учитывает.

Если бы скорость ветра в задаче была не 1 м/с, а, например, 10 м/с, то резко бы увеличился коэффициент теплоотдачи на границе «труба-воздух» α =45,6 Вт/(м 2 *К). И время до начала замерзания водопровода составило бы всего 4…5 минут! (В примечании к ячейке D3 программы приведены справочные данные, формулы и рекомендации по определению α .)

2. Минимальный теоретический расход воды, при котором водопровод не должен замерзать, рассчитаем с помощью программы из статьи «Расчет теплоотдачи трубы». Примем температуру воды на выходе из трубопровода t2 =+1 °С. Это означает, что падение температуры воды на двадцати метрах не должно превысить | dtтрГГ |=4 °С.

Таблица Excel Расчет теплоотдачи трубы -17

Сравнительно небольшой проток 0,015 кг/с (или примерно 0,92 л/мин) воды с температурой t1 =+5 °С на входе обеспечит мощность притока тепловой энергии PтрГГ =256,6 Вт, которой достаточно для поддержания системы в стационарном равновесном состоянии. При этом температура воды на выходе двадцатиметровой трубы будет равна t2 =+1 °С.

Проверка:

Таблица Excel Теплоотдача регистра отопления -17

Рассчитанная мощность Q =262 Вт приближенно равна теплоотдаче из предыдущего третьего расчета PтрГГ =256,6 Вт, а вычисленный коэффициент теплоотдачи α =9,6 Вт/(м 2 *К) равен коэффициенту теплоотдачи из второго расчета, где его в исходных данных мы определили по скорости движения воздуха.

Ответ:

1. Замерзает водопровод при отсутствии движения воды уже через 21 минуту.

2. При расходе воды около 1 л/мин (при средней скорости движения воды

25 мм/с) водопровод из условий задачи в спокойном воздухе с температурой -10 °С не должен замерзнуть никогда.

Что нужно для заморозки воды в морозилке?

Чтобы лед быстро заморозился, не нужно использовать дорогие морозильные камеры с супер-заморозкой. Просто нужно знать несколько небольших хитростей, которые позволят сделать кубики льда быстро. При этом они будут чистыми и прозрачными, как в любом ресторане.

В первую очередь, для заморозки необходима только чистая фильтрованная вода. Обычная вода из-под крана не подойдет, так как в ней содержится большое количество различных примесей, которые во время заморозки никуда не удаляются. Соответственно, лед получится не прозрачным, а белым и мутным.

В случае, когда необходима быстрая заморозка, подойдет довольно простой и надежный способ. Для этого в чистую форму для льда набирают воды ровно столько, чтобы она покрывала только дно каждой формочки. После замерзания (а это происходит достаточно быстро), доливают еще немного воды, чтобы она занимала только половину объема формы. Процедура с морозилкой повторяется. И только после замерзания воду доливают до краев – теперь останется подождать всего несколько минут, пока лед станет прочным и прозрачным.

Существует еще один секрет быстрого замораживания воды. Оказывается, нужно брать не холодную, а достаточно горячую воду. Все знают, что при остывании горячая жидкость выделяет пар, поэтому оставшаяся в формочках вода замерзает намного быстрее. Это простое физическое явление, о котором знает каждый, кто учился в школе, но почему-то на практике свои знания применяют немногие.

И последний важный момент – это температура морозильной камеры. Сейчас даже в бытовых холодильниках есть функция быстрой заморозки и понижения температуры до минимальных значений. Благодаря этому можно быстро и легко заморозить даже несколько форм с кубиками льда за минимальное время. Проверить качество заморозки можно визуально. Если лед еще недостаточно замерз, то в центре кубика будет виден большой пузырь. Подождите еще минут 10-15, и лед будет полностью готовым.

Замерзает ли?

foto18847-2

При 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.

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

Какая превратится в лед быстрее?

При одинаковых внешних факторах скорость кристаллизации пресной воды будет выше, чем соленой. При резком охлаждении молекулы воды начинают сцепляться друг с другом, и формируется осколок льда.

Скорость образования льда из питьевой воды при -43°С составляет одну миллионную секунды (0,000001 с). В нормальных условиях кристаллизация пресной воды начинается при 0°С.

foto19093-2

Поэтому скорость образования льда в природе, исходя из исследований американских ученых, составляет 2,32 секунды.

Соленая вода не имеет четко установленной температуры замерзания. Этот показатель зависит от концентрации растворенных веществ.

Рассчитать показатели, при которых начинается образование льда можно по формуле:

Результат всегда будет ниже 0 градусов. Кроме этого, механизм образования льда такого раствора отличается от процессов, проходящих в питьевой воде.

Заключение.

Конечно, в реальных условиях температуру воды +1 °С на выходе из трубопровода поддерживать нельзя. Желательно иметь запас подальше от точки кристаллизации с учетом возможных колебаний скорости и температуры, как воздуха, так и воды. Также необходимо учитывать наличие сужений и массивных теплоотводов-холодильников в виде опор трубопровода, корпусов и других деталей запорной арматуры.

Все четыре использованные в статье теплотехнические программы в Excel доступны на сайте для свободного скачивания.

Прошу уважающих труд автора скачивать файлы с программами расчетов после подписки на анонсы статей!

Применение

Лед имеет широкий спектр применения в разных сферах жизнедеятельности:

  • для очистки питьевой воды;
  • для хранения и охлаждения пищевых продуктов, напитков, медицинских препаратов;
  • для изготовления ледяной гидросмеси;
  • используют, как материал для строительства жилища;
  • для некоторых видов спорта используются катки с искусственным охлаждением;
  • помогает изучить прошлое нашей планеты и явлений космоса;
  • аморфный вид используют в некоторых научных экспериментах, особенно электронной криомикроскопии.

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

Сколько кг/м 3 при различных температурах?

Ее вес при разных температурных режимах заметно отличается. Это наглядно показывает представленная таблица:

Температурный показатель, 0 С Массо-объемная величина, кг/м 3
0 999.87
2 999.97
4 1000
6 999.97
8 999.88
10 999.73
14 999.27
18 998.62
24 997.33
30 995.68
36 993.72
44 990.7
50 988.1
60 983.2
70 977.8
80 971.8
90 965.3
100 958.4

Какой должна быть температура воды перед заморозкой в морозилке

На этот вопрос однозначного ответа всё же нет. Королевское химическое общество хоть и определилось, но не прекратило споры окончательно. До сих пор выдвигаются новые гипотезы и звучат опровержения.

Хотя есть небольшая зацепка: научно-популярный журнал New Scientist провёл исследования и пришёл к выводу, что наилучшие условия для повторения эффекта Мпембы — две ёмкости воды с температурой 35 и 5 °C.

Таким образом, если до вечеринки осталось совсем немного времени, залейте в формочки для льда воду, температура которой сравнима с комнатной температурой жарким летом. Колодезную или прохладную водопроводную воду лучше не использовать.

Сравнительные показатели

Наличие примесей существенно влияет на физические свойства вещества:

  • Изменяется плотность,
  • температурные режимы,
  • поведение при переходах из одного агрегатного состояния в другое.

Температура замерзания

Минерализация питьевой воды составляет 0,1%, поэтому температура замерзания 0 градусов Цельсия. Концентрация минеральных добавок в соленой воде варьируется. Температуру замерзания рассчитывают по формуле t3 = -0,0545*S, то есть изменение происходит на -0,54°С на каждые 10 промилле солености.

Например, при минерализации раствора равной 24,7 промилле (морская вода) показатель равен -1,33°С. В Мертвом море насыщенность минеральными добавками достигает 350 промилле. Вода в нем будет кристаллизоваться при -19° Цельсия.

Почему несоленая замерзнет при 0 градусов, а соленая – меньше 0 градусов?

Соленые и пресные воды отличаются по составу. Это 2 различных раствора. Они отличаются по физическим показателям. Поэтому температуры кристаллизации отличаются.

Факторы и их влияние

На начало процесса образования льда в питьевой воде оказывает влияние 2 фактора – процент растворенных минеральных веществ и давление.

Если понизить давление, то процесс кристаллизации замедлится. При изменении показателя на 1 атмосферу температура повышается на 0,01°C.

Факторы, влияющие на температуру образования льда из соленой воды:

  • концентрация минеральных веществ;
  • внешние условия – погода, наличие ветра, лабораторные условия или естественная среда.

Как происходит кристаллизация в различных растворах?

Процесс кристаллизации жидкости отличается в зависимости от степени ее минерализации:

foto19093-4

    Пресная – после образования начального кристалла льда начинается хаотическое изменение ее агрегатного состояния. Могут сформироваться шестиугольный и кубический лед.

Дальнейший процесс зависит от внешних факторов. Соленая вода замерзает, начиная от края емкости, в центре образуется непрозрачный стержень. В нем содержится большая часть минеральных добавок. Эта часть замерзает последней.

Если процесс идет в естественных условиях, то верхняя охлажденная часть будет опускаться вниз. На поверхность поднимаются теплые потоки.

P. S. (25.11.2019)

Проверил в программе Agros2D результаты расчетов, выполненных в статье.

Agros2D Время замерзания водопровода

Результат: при всех тех же исходных данных и коэффициенте теплоотдачи на наружной поверхности трубы α =9,6 Вт(м 2 *К) процесс замерзания воды в трубе при отсутствии движения начнется через

23 минуты (1380 секунд). Расчет в Agros2D выполнен без учета конвективного перемешивания воды в трубе, но с учетом теплоемкости стенки трубы, которая «добавила» к предыдущему результату пару минут.

Почему у прохладной вес больше, чем у теплой?

Масса у прохладной воды больше, чем у разогретой, по той причине, что при нагревании ускоряется процесс движения молекул.

Они активнее взаимодействуют друг с другом, постоянно сталкиваясь и разлетаясь в противоположные направления.

Из-за этого расстояние между водными молекулами становится больше, и их самих меньше. Все это сказывается на уменьшении плотности.

В прохладной молекулярные частицы не особо подвижны. От этого она более плотная. Межмолекулярное расстояние небольшое. Они мало взаимодействуют друг с другом.

Некоторые люди полагают, что теплая весит больше прохладной. Это ошибочное утверждение. Кто-то считает, что поскольку нагретая вода занимает больший объем, чем ненагретая, то и весит от этого больше.

Но горячая только лишь распределяется по всему объему емкости и поднимается вверх. При этом она делается менее плотной.

Сколько времени замерзает вода в морозилке при минус 3 градусах?

При -3 градусах по Цельсию вода, ввиду своих химических и физических особенностей будет превращаться в лёд за 2-3 часа. Этот довольно немаленький промежуток времени образуется исходя из не слишком низкой для мгновенного превращения воды в лёд температуры.

Процесс замерзания воды начинается при нулевой температуре (по шкале Цельсия), то есть, чем ниже температура воды, тем быстрее она превратится в лёд. Однако, на данный вопрос нельзя дать точного ответа, поскольку на замерзание разного объёма воды понадобится различное количество времени. Опять же, необходимо учитывать изначальную температуру воды — на остывание кипятка (например) уйдёт определённое количество времени. Если в качестве примера брать маленький объём (обычные формочки для льда) и воду температурой 20 градусов по Цельсию, то на её полное замерзание уйдёт порядка полутора-двух часов времени.

Есть зависимость от состояния воды, если вода кипяченная, то в сравнении с простой водой из — под крана она замерзнет быстрее. Еще если вода горячая, то быстрее замерзнет , чем холодная. Примерно от 1,5- 2 часов.

Теплофизические свойства воды на линии насыщения (100…370°С)

В таблице представлены теплофизические свойства воды H2O на линии насыщения в зависимости от температуры (в диапазоне от 100 до 370°С). Каждому значению температуры, при которой вода находится в состоянии насыщения, соответствует давление ее насыщенного пара. При этих параметрах жидкость и ее пар находятся в состоянии насыщения или термодинамического равновесия.

В таблице даны следующие теплофизические свойства воды в состоянии насыщенной жидкости:

  • давление насыщенного пара при указанной температуре p, Па;
  • плотность воды ρ, кг/м 3 ;
  • удельная энтальпия воды h, кДж/кг;
  • удельная (массовая) теплоемкость Cp, кДж/(кг·град);
  • теплопроводность λ, Вт/(м·град);
  • температуропроводность a, м 2 /с;
  • вязкость динамическая μ, Па·с;
  • вязкость кинематическая ν, м 2 /с;
  • коэффициент теплового объемного расширения β, К -1 ;
  • коэффициент поверхностного натяжения σ, Н/м;
  • число Прандтля Pr.

Свойства воды на линии насыщения имеют зависимость от температуры. Ее влияние особенно сказывается на вязкости воды — динамическая вязкость H2O при повышении температуры значительно снижается. Если, при температуре 100°С значение этого свойства воды в состоянии насыщения равно 282,5·10 -6 Па·с, то при температуре, равной, например 370°С, динамическая вязкость снижается до величины 56,9·10 -6 Па·с.

Другие свойства воды такие, как плотность, теплопроводность, удельная теплоемкость, температуропроводность при росте ее температуры имеют тенденцию к снижению своих значений. Например, плотность воды уменьшается с 958,4 до 450,5 кг/м 3 при нагревании со 100 до 370°С.

Теплопроводность воды в состоянии насыщения при увеличении температуры также снижается (в отличие от нормальных условий и температуре до 100°С, при которых имеет место ее рост в процессе нагрева). Снижение теплопроводности связано с увеличением как температуры, так и давления насыщенной жидкости.

Следует отметить, что удельная энтальпия воды в зависимости от температуры значительно увеличивается при нагревании, как до температуры кипения, так и выше.

Физические свойства воды на линии насыщения и плотность воды кг/м3 - таблица значений

Как происходит процесс?

foto18847-3

Снижение температуры замерзания при увеличении давления имеет физическое обоснование.

Пресная жидкость при замерзании расширяется примерно на 10%. У соленой морской воды расширение будет меньшим, но оно все равно происходит.

Поэтому, когда внешнее давление растет, то температура замерзания снижается. Суть процесса замерзания состоит в кристаллизации воды.

Но в отличие от других жидкостей, вязкость воды при увеличении давления уменьшается. Что и обусловило более медленные процессы кристаллизации.

Это объясняется структурными особенностями молекул и некоторыми механизмами взаимодействия между ними. Для того, чтобы процесс начался, нужен центр кристаллизации, состоящий из нескольких десятков молекул.

Применение знаний о массе нагретой и холодной H2O в жизни

Приведем список ситуаций, где эта информация важна и ее знания применяются на практике:

  1. В жизни познания о весовой характеристике H2O разной температуры приходится применять в ситуациях, когда необходимо устанавливать смесители в системах водоснабжения.
  2. Ненагретая вода при смешении с разогретой выталкивает наверх последнюю, полезно учитывать при использовании водонагревательных бойлеров.
  3. При смешивании различных красителей и веществ в ходе приготовления напитков или в процессе изготовления хозяйственных растворов необходимо учитывать, что их охлажденные водосодержащие компоненты будут оседать на дне, а разогретые растворяться по всему объему.

Теплопроводность воды в зависимости от температуры при атмосферном давлении

В таблице представлены значения теплопроводности воды в жидком состоянии при нормальном атмосферном давлении. Теплопроводность воды указана в зависимости от температуры в интервале от 0 до 100°С.

Вода при нагревании становиться более теплопроводной — ее коэффициент теплопроводности увеличивается. Например, при 10°С вода имеет теплопроводность 0,574 Вт/(м·град), а при росте температуры до 95°С величина теплопроводности воды увеличивается до значения 0,682 Вт/(м·град).

Теплопроводность воды в зависимости от температуры
t, °С 0 5 10 15 20 25 30 35 40 50
λ, Вт/(м·град) 0,569 0,572 0,574 0,587 0,599 0,609 0,618 0,627 0,635 0,648
t, °С 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
λ, Вт/(м·град) 0,654 0,659 0,664 0,668 0,671 0,674 0,677 0,68 0,682 0,683

Каково давление замерзающей жидкости?

Давление замерзающей воды обусловлено тем, что происходит ее расширение. Однако давление она оказывает и в жидком виде, просто при отрицательных температурах оно увеличивается примерно на 10%.

Что влияет на градус замерзания

Представим, что у нас есть идеальная среда с температурой ровно 0°C – общеизвестно, что вода замерзает именно при этом градусе – и в эту среду мы помещаем кусочек льда и воду в жидком состоянии. Что произойдет? Собственно, ничего: вода не замерзнет, а лед не начнет таять. Объяснение в том, что в данной модели нет условий для фазового перехода.

Простыми словами: помимо снижения температуры до определенного градуса, на замерзание воды влияют и другие факторы. Один из них – атмосферное давление, которое создаётся гравитационным притяжением воздуха к Земле. И температура замерзания воды находится в прямой зависимости от давления.

Рассмотрим это на примере: чем выше мы поднимаемся над уровнем моря, ниже становится атмосферное давление и тем выше должна быть температура для кристаллизации воды. На высоте в 1000 метров вода замерзает при температуре +2 °C; поднявшись еще на километр, мы увидим, что вода кристаллизируется уже при +4 °C.

Наличие примесей

Также, кроме давления и температуры, на замерзание воды влияет ее состав: в ней в том или ином количестве находятся органические и минеральные частицы, то есть кусочки глины, песка, пыли. Когда температура в окружающей среде снижается до необходимого градуса, вокруг этих частиц образуются кристаллы: кусочки пыли, песка, камня выполняют роль ядрового центра, вокруг которого начинается процесс кристаллизации.

А в дистиллированной (очищенной) воде процесс замерзания протекает иначе: поскольку в ней нет потенциальных ядер кристаллизации, вода может охладиться до минусовой температуры, но не замерзнуть.

Итак, время замерзания воды зависит от таких факторов:

  • атмосферное давление в окружающей среде;
  • температура воздуха;
  • количество жидкости;
  • ее химический состав;
  • в какой емкости находится H2 O (или отсутствие емкости).

Заключение

Меньший вес теплой воды объясняется активным движением молекулярных частиц внутри. Из-за увеличения расстояния между ними водная среда делается несколько легче.

В остуженной воде молекулы мало взаимодействуют друг с другом. Это позволяет оставаться ей более плотной.

Как моментально заморозить воду

Немного научных знаний, ловкость рук и, главное, никакого мошенничества. Предлагаем вам поучаствовать в эксперименте, ход которого очень прост.

Процесс, который запечатлен на видео, называется мгновенной заморозкой воды. Для эксперимента вам понадобится очищенная вода. Конечно, дистиллированную воду достать проблематично, но для нашего случая вполне подойдет очищенная питьевая вода, которая продается в магазине. Пол-литровую бутылку необходимо поместить в морозильную камеру, температура в которой около -15 – 18 градусов. Когда спустя полтора-два часа вы достанете бутылку, вода в ней по-прежнему будет находиться в жидком состоянии, но ее температура будет значительно ниже нуля.

Почему же она не замерзает? Все дело в том, что она не содержит в себе примесей, необходимых для кристаллизации льда и может находиться при температуре до минус 40 градусов в жидком состоянии. То есть она уже остыла и готова замерзнуть, но у нее нет для этого подходящих центров кристаллизации, вокруг которых происходит образование льда.

А вот с обычной пресной питьевой водой, содержащей, как правило, растворенные соли, такой трюк не получится. Она начнет замерзать уже в морозильной камере.

Но что же происходит, когда мы достаем бутылку из холода? Как показано на видео, экспериментатор встряхивает бутылку или прикасается к воде кусочком льда. От механического воздействия или соприкосновения с кристаллами льда переохлажденная вода начинает прямо на глазах превращаться в лед. Вода обретает тот самый недостающий центр кристаллизации и, поскольку ее температура значительно ниже нуля градусов, запускается цепная реакция — кристаллики льда пристраиваются друг к другу и постепенно заполняют собой весь объем бутылки.

Обязательно попробуйте сделать такое со своими друзьями или удивите детей! Это очень эффектный эксперимент, а главное, легко выполнимый в домашних условиях.

За сколько времени вода превратится в лед в морозилке

Применение знаний в быту человека

foto18847-5

В 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.

Методы получения льда в морозилке

Существуют для таких целей ледницы. Это пластиковые маленькие емкости, которые разработаны для того, чтобы получать пищевой лед в домашних условиях без особых усилий. Вам необходимо просто поставить эту емкость в морозилку. Вода превратиться в лед значительно быстрее, чем если бы Вы использовали стакан.

Как еще можно ускорить процесс? Существуют некоторые секреты. Когда температура воды станет не далека от ноля градусов, просто киньте в емкость с водой пару крупинок поваренной соли. Некоторые люди могут не поверить в смысл такого действия, ведь по идее соленая вода замерзает дольше, чем пресная. Но не спешите огорчаться и не верить! Этот парадокс Вам только покажется. На самом деле, Вы же небольшое количество соли бросаете, потому вода остается пресной. А несколько крупинок просто помогут процессу кристализации.

Следующий секрет. Понадобится металлическая длинная тонкая пробирка. Наполните водой, опустите эту пробирку в сосуд Дьюара при помощи зажима или проволоки. Опускайте ее не полностью, а так, чтобы жидкий азот не залил. Спустя немного времени — доставайте. При нагревании стенок емкости — лед будет готов и его будет легко извлечь.

Экспресс-ответы

При скольких градусах замерзает вода:

  1. 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.
  2. 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.

фото замерзшей воды

коньки на льду

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.

Пошаговая инструкция по заморозке воды в морозилке

Скорость замерзания воды зависит, во-первых, от площади поверхности теплообмена, а во-вторых, от толщины водного слоя: чем он больше, тем медленнее будет замерзать весь объем воды (и наоборот). Поэтому налейте воду в такие емкости, чтобы поверхность охлаждения была достаточно большой, а толщина водного слоя – маленькой. Можно использовать, например, ледницы — пластиковые подложки с небольшими и неглубокими емкостями, которые выпускают специально для этой цели – получение пищевого льда в домашних условиях. Поместите такую емкость с водой в морозильник. Лед образуется гораздо быстрее, чем в случае, если бы точно такое же количество воды было налито в пластиковый стакан, например.

Кроме того, можно ускорить замерзание воды следующим образом. Когда ее температура будет уже близка к 0, бросьте в каждую емкость одну- две крупинки поваренной соли. Казалось бы, парадокс, ведь известно, что соленая вода замерзает при более низкой температуре, чем пресная. Но этот парадокс лишь кажущийся: масса соли будет настолько ничтожной, что вода фактически останется пресной, а крупинки послужат своеобразными инициаторами кристаллизации.

Если у вас есть длинная тонкая емкость типа пробирки (только металлическая), можно очень быстро получить лед с помощью жидкого азота. Опустите эту емкость с водой (с помощью длинного зажима или проволоки) в сосуд Дьюара, разумеется, не полностью, чтобы жидкий азот не залил ее. Через некоторое время достаньте. Как только стенки емкости нагреются, лед легко можно будет извлечь.
Можно использовать для быстрого замерзания воды свойство некоторых химических веществ растворяться, поглощая большое количество тепла. Например, есть такое вещество – аммиачная селитра (аммоний азотнокислый). Оно широко используется в сельском хозяйстве как азотное удобрение. Если лед, который вы хотите получить, используется не в пищевых целях, добавьте аммиачную селитру непосредственно в емкость с охлажденной водой и растворите, перемешивая. Потом снова поставьте емкость в морозильник. Лед образуется через считанные минуты.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Максим Коновалов
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий