Замерзание воды при повышенном давлении

При какой температуре замерзает водка

Определяющим моментом, при скольки градусах может замерзнуть водка, является процентное содержание . Если поместить бутылку алкогольного напитка в морозилку, на первом этапе жидкость загустевает и становится похожей на жидкий кисель. Затем, при понижении температуры раствора до -20ºС, появляются тонкие пластинки льда, способные смерзаться, образуя ледяную корочку.

Температура замерзания водки 40 градусов колеблется в пределах -27…-30ºС, то есть можно сделать вывод, что в морозильнике бытового холодильника, где минусовая отметка не превышает -24ºС, качественный напиток до кристаллического состояния не охладится. Зимой, если на дворе крепкий мороз за -30ºС, опыт по замораживанию водно-спиртовой жидкости возможно провести, определяя температуру уличным термометром.

Производятся различные сорта популярного алкогольного напитка (традиционная русская водка, финская водка, корейская рисовая, шведский «Абсолют» или Pincer Shanghai Strength — самая крепкая водка в мире), крепость которых варьируется от 32 до 88,8%. Прямо пропорционально меняется и температура замерзания водно-спиртовой смеси.

Употреблять охлажденную загустевшую водку врачи не рекомендуют — низкотемпературный напиток может спровоцировать обострение тонзиллита, ангину или воспаление внутренних органов.

Другая причина — ледяной алкогольный напиток теряет характерный запах и вкус, при этом отдаляется опьяняющий эффект. Холод притупляет чувствительность рецепторов, человек хуже контролирует ситуацию и легко превышает допустимую дозу алкоголя.

Несколько слов о мировом океане.

А как насчет океанов, запасов пресной воды и уровня загрязнения? Попробуем выяснить:

Океаны еще стоят, с ними ничего не случилось. За последние несколько десятилетий уровень воды повысился. Возможно, это цикличное явление, а может, тают ледники.
Пресной воды тоже хоть отбавляй, паниковать рано. Если произойдет еще один глобальный конфликт, на этот раз с применением ядерного оружия, возможно, как в «Безумном Максе», мы будем молиться, чтобы сохранить влагу.
Последний пункт очень нравится экологам. А спонсорство получить не так уж и сложно, конкуренты всегда будут платить за черный пиар, особенно когда речь идет о нефтяных компаниях. Но именно они наносят основной урон водам морей и океанов. Не всегда удается контролировать нефтедобычу и аварийные ситуации, а последствия всякий раз катастрофические.

Но Мировой океан имеет преимущество перед человечеством. Он постоянно обновляется, и его истинные возможности самоочистки очень сложно оценить. Скорее всего, он сможет пережить человеческую цивилизацию и увидеть ее закат в совершенно приемлемом состоянии. Что ж, тогда у воды будут миллиарды лет, чтобы очиститься от всех «даров».

сложно даже представить, кому нужно знать, при какой температуре замерзает морская вода. Это общеобразовательный факт, но кто реально воспользуется им на практике — вот в чем вопрос.

Видео-эксперимент: замораживаем морскую воду

Вода морей и океанов сильно отличается от воды рек и озер. Он соленый — и это определяет многие его свойства. Температура замерзания морской воды также зависит от этого фактора. Он не равен 0 ° C, как в случае пресной воды. Чтобы покрыть себя льдом, морю нужен более сильный мороз.

однозначно сказать, при какой температуре замерзает морская вода, нельзя, так как этот показатель зависит от степени ее солености. В разных местах Мирового океана все по-разному.

Самое соленое — Красное море. Здесь концентрация соли в воде достигает 41 ‰ (ppm). Меньше всего соли в водах Балтийского залива — 5. В Черном море этот показатель составляет 18, а в Средиземном — 26. Соленость Азовского моря — 12. А если взять среднее, соленость морей составляет 34,7‰.

Это хорошо видно из таблицы:

Соленость, Температура замерзания, ° C Соленость, ‰ Температура замерзания, ° C

0 (пресная вода)		ветры	-1,1
2	-0,1	22	-1,2
4	-0,2	24	-1,3
6	-0,3	26 год	-1,4
восемь	-0,4	28 год	-1,5
10	-0,5	тридцать	-1,6
12	-0,6	32	-1,7
14	-0,8	35 год	-1,9
16	-0,9	37	-2,0
18	-1,0	39	-2,1

Там, где соленость еще выше, как, например, в озере Сиваш (100), в заливе Кара-Богаз-Гол (250 ‰), в Мертвом море (более 270 ‰), вода может замерзнуть только с очень большой минус — в первом случае — при -6,1 ° C, во втором — ниже -10 ° C.

Средний показатель по всем морям можно принять равным -1,9 ° C.

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.

Зависимость от атмосферного давления

С набором высоты атмосферное давление понижается. Чем выше в гору вы поднимаетесь, тем сильнее меняется температура замерзания воды. На километровой высоте кристаллизация происходит лишь при +2˚С. Поднявшись еще на километр, вы увидите, что лед образуется при +4˚С. Нулевая температура способствует переходу в твердое состояние лишь при нормальном атмосферном давлении — 760 мм ртутного столба.

Таким образом, с понижением давления воздуха, повышается температура, необходимая для замерзания воды. Зато кипеть она начинает при более низких значениях.

Природные водоемы

В озере или реке вода замерзает при 0˚С. Признаком того, что водоем является очень чистым, может служить процесс кристаллизации воды – он начинается со дна, поскольку там больше всего ядер кристаллизации: камней, коряг, растений.

По-другому дело обстоит с морями и океанами. Морская вода замерзает при разных значениях ниже нуля. Насколько соленая она будет, настолько выше ее плотность, поэтому для ее замерзания требуются более низкие температуры. Морская вода обладает разной степенью солености в различных частях мирового океана. При среднем значении 35 ‰ превращение в лед начнется при -1,91˚С.

Водные растворы

Вода – отличный растворитель. В зависимости от характера и количества примесей она будет переходить в твердое состояние при различных условиях. Например, если добавить спирт, то понадобятся очень низкие температуры, вплоть до -114˚С. При этом неправильно говорить о каком-то фиксированном показателе. Здесь необходимо указывать температуру, когда начинается кристаллизация и когда она заканчивается. Начальное значение зависит от доли спирта в растворе.

Дистиллированная вода

В отличие от водопроводной дистиллированная вода не содержит каких-либо примесей. Ее получают путем перегонки в дистилляторе. Получается, что в такой жидкости нет ядер кристаллизации. В связи с этой особенностью замерзание начинается при гораздо более низкой температуре, равной -42˚С.

Когда вода, подвергающаяся действию низкой температуры, не кристаллизуется, ее называют «переохлажденной». Если постучать по сосуду с такой жидкостью, она мгновенно станет льдом.

В лабораторных условиях ученым удалось добиться более низкого порога кристаллизации, когда дистиллированная вода при особом давлении замерзала при -70˚С.

Омагниченная вода

Люди, интересующиеся структурированием воды, наверняка слышали о способе, при котором жидкость подвергается воздействию магнитных полей определенной напряженности. Считается, что в результате получается омагниченная вода, благотворно влияющая на различные органы, убивает микробы и бактерии. Также сторонники этого метода утверждают, что полив структурированной водой повышает урожайность огурцов, помидоров и прочих культур в несколько раз. Замерзает чудо-вода при температуре -5-10 градусов ниже нуля, что в некоторой мере защищает растения от заморозков.

Бытовые случаи

Естественно, людей больше волнуют повседневные проблемы, а не вопрос при какой температуре замерзает вода, например, в Каспийском море. Что случится, если отключат отопление? Уже при -1˚С внутри жилого дома вода в трубах начнет замерзать. Если в течение 2-3 дней не воспрепятствовать этому, лед в радиаторе и трубах отопления расширится и разорвет их. Вдруг поломается котел в частном доме или на дачном участке? При температуре 5 градусов ниже нуля на замерзание воды в трубах и радиаторе уйдет пара дней. С хорошей теплоизоляцией система отопления выдержит дольше.

Головной болью автомобилистов является замерзание воды в радиаторе с наступлением холодов. Кристаллы льда начинают образовываться при -5˚С на улице, объем жидкости увеличивается до 10%. Это грозит повредить основные узлы и детали транспортного средства. Однако различные антифризы имеют значительно более низкую температуру замерзания и более высокую точку кипения. Эти растворы в радиаторе начинают кристаллизоваться при температуре ниже 30˚С, некоторые марки при -60˚С.

От каких факторов зависит температура кристаллизации?

Температура замерзания стерильного раствора зависит от следующих факторов:

наличие посторонних примесей;
концентрация посторонних включений;
условия внешней среды, в которых находится очищенная смесь.

Играет роль внешнее воздействие на тару с дистиллированной водой. Даже стерильный раствор при добавлении в него небольшого количества посторонних примесей начнет быстро кристаллизоваться даже при слабом минусе.

Справка. Опыты указывают на чувствительность дистиллированного раствора к механическому воздействию. Охлажденная, но незамерзшая вода моментально покроется льдом, если ударить по емкости с ней или взболтать ее. Это говорит об ее нестабильном состоянии при заморозке.

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) t_с=-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 м2/с. Температура замерзания воды t₃=0 °С.

Требуется:

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.

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.

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/(м2*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.)

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/(м2*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 |d_tтрГГ|=4 °С.

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 P_трГГ=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:

Проверим выполненные расчеты по еще одной программе из статьи «Регистры отопления из труб».

Рассчитанная мощность Q=262 Вт приближенно равна теплоотдаче из предыдущего третьего расчета P_трГГ=256,6 Вт, а вычисленный коэффициент теплоотдачи α=9,6 Вт/(м2*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.

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.

24) Почему не желательно ездить в автомобиле в толстой зимней одежде?

Обратите внимание на людей вокруг вас на дороге, которые едут в других автомобилях. Вы замечали, что многие из них в зимнее время находятся внутри машины в толстых и дутых одеждах. И это не удивительно, ведь зимой на улице очень и очень холодно

Но многие забывают, что подобная одежда в машине не только не удобна, но и очень опасна

И это не удивительно, ведь зимой на улице очень и очень холодно. Но многие забывают, что подобная одежда в машине не только не удобна, но и очень опасна.

Дело в том, что дутая и громоздкая зимняя одежда не может защитить вас максимально эффективно в случае ДТП. Это происходит из-за того, что ремень безопасности не достаточно плотно фиксирует тело пассажира или водителя, которые сидят в автомобиле в дутой одежде.

Помните, что для максимальной защиты в автомобиле ремень безопасности должен плотно прилегать к телу водителя и пассажира. Поэтому громоздкую и дутую одежду в зимнее время лучше снимать во время движения автомобиля. Кроме того, зимняя одежда очень сковывает движения в автомобиле. Особенно это касается водителя, который из-за тесной и неудобной зимней одежды может не среагировать вовремя на экстренную ситуацию на дороге.

Отложения в бачке омывателя, шлангах и форсунках омывателя

Выше я уже писал про систему подогрева бачка омывателя. Т.е. на протяжении всей зимы в бачке работает «кипятильник». Понятно, что там не 100 °C, но отложения как в домашнем чайнике обеспечены. И тем больше, чем меньше очищена вода, которую использовали для изготовления жидкости омывателя. Поэтому «левая» жидкость, которую продают на обочине, вредна для систем омывателя лобового стекла Мерседесов. Налет на кипятильнике снижает теплопередачу к жидкости, т.е. она дольше нагревается. А самое главное — отложения забивают форсунки лобового стекла, а отколовшиеся кусочки налета повреждают уплотнения телескопических секций форсунок омывателя фар. И последние начинают течь. На каких-то машинах это менее заметно. На S-классах типа W221 это особенно актуально.

В качественных (соответственно, очень дорогих омывалках) используется очищенная (главным образом дистиллированная или даже деминерализованная) вода. Но даже это не гарантирует отстутствие накипи на стенках. Поэтому в состав оригинальных омывалок вводят «антинакипины» — в мерседесовской жиже это 5 процентов нитрилоуксусной кислоты и ее солей (также известных как Трилон-А). Интересно, ООО «Равшан — Хороший Обзор» добавляют нитрилоуксусную кислоту в синее дерьмо, что тоннами сбывается на перекрестках?.. Думаю, ответ очевиден.

Есть еще одна причина, почему в составе омывалки от Мерседеса присутствуют соли нитрилоуксусной кислоты — констукция датчика уровня в бачке. Поплавковые датчики уходят в прошлое. Сейчас датчик уровня — это по большому счету два «гвоздя», между которыми протекает ток (чтоб инженеры не морщились, скажу точнее — возникает разница потенциалов) если жидкость в бачке есть, и не протекает, если жидкости нет . Одно «но»… очень часто слышу вопросы: залил полный бачок, а лампа низкого уровня в бачке омывателя на комбинации приборов как горела, так и горит. И чем на больший мороз жидкость рассчитана — тем чаще это происходит. Решить вопрос можно, долив в бачок стакан-два воды из-под крана, т.е. неочищенной воды. Механизм таков — электрическое сопротивление чистой воды велико, т.е. она просто не токопроводна. Скажем так, можно спокойно стоять босиком в луже деионизированной воды, в которой лежит провод под напряжением. Вода из-под крана имеет в тысячи раз меньше сопротивление — за счет содержания в ней большого количества солей. И главным образом на электрическое сопротивление воды влияют соли натрия. Так вот — нитрилоуксусная кислота, а главным образом ее соли и обеспечиваю работу датчика уровня в бачке омывателя. Не будь их — и жижа, составленная из очищенной воды была бы просто «невидима», «неощущаема» автомобилем. В некоторых инструкциях по эксплуатации можно встретить фразы, что использование дистиллированной или деминерализованной воды может вызвать неисправность датчика уровня жидкости в бачке омывателя. Это — корявый перевод с немецкого. Для нас неисправность — это когда датчик надо выбросить в пропасть, для них — это когда он не выполняет свои функции.

Что влияет на градус замерзания

Давайте представим, что у нас есть идеальная среда с температурой ровно 0 ° C — общеизвестно, что вода замерзает именно до этой степени — и в эту среду мы помещаем кусок льда и жидкую воду. Что случится? На самом деле ничего: вода не замерзнет и лед не начнет таять. Объяснение заключается в том, что в этой модели нет условий для фазового перехода.

Проще говоря: помимо понижения температуры до определенной точки на замерзание воды влияют и другие факторы. Одним из них является атмосферное давление, создаваемое гравитационным притяжением воздуха на Земле. А точка замерзания воды напрямую зависит от давления.

Наличие примесей

Кроме того, на замерзание воды, помимо давления и температуры, влияет ее состав: она содержит в разном количестве органические и минеральные частицы, то есть кусочки глины, песка, пыли. Когда температура в окружающей среде падает до необходимой степени, вокруг этих частиц образуются кристаллы: кусочки пыли, песка, камня выступают в роли центрального ядра, вокруг которого начинается процесс кристаллизации.

А в дистиллированной (очищенной) воде процесс замораживания протекает иначе: поскольку в ней нет потенциальных ядер кристаллизации, вода может остыть до минусовых температур, но не замерзнуть.

Следовательно, время замерзания воды зависит от следующих факторов:

атмосферное давление в окружающей среде;
температура воздуха;
количество жидкости;
его химический состав;
в каком контейнере находится H2O (или отсутствие контейнера).

Экспресс-ответы

При скольких градусах замерзает вода:

При какой температуре замерзает вода?

Чистая вода при О °С не замерзает – как и вода морская.

Для того чтобы вода замерзла, ей нужно что-то, к чему могли бы прицепиться ее молекулы. Кристаллы льда формируются вокруг «ядер» – например, частичек пыли. Если же таковых нет, можно охладить воду до -42 °C, прежде чем та начнет замерзать.

Охлаждение воды без замораживания известно как «переохлаждение». Делать это нужно не торопясь. Можно, к примеру, поместить бутылку очень чистой воды в морозильник и переохладить ее. Но стоит вам вытащить бутылку наружу и постучать пальцем по стеклу – вода в момент превратится в лед.

Сверхбыстрое
охлаждение воды имеет совершенно иной эффект. Минуя стадию льда (обладающую равномерной кристаллической решетчатой структурой), она трансформируется в хаотическое аморфное твердое тело, известное как «стеклообразная вода» (названная так из-за случайного расположения молекул, схожего со структурой стекла). Для получения «стеклообразной воды» температуру необходимо понизить до -137 °C буквально за пару миллисекунд. «Стеклообразную воду» на Земле можно встретить лишь в стенах лабораторий, но во Вселенной как раз эта форма воды встречается наиболее часто – именно из нее состоят кометы.

Из-за высокого содержания солей морская вода регулярно охлаждается ниже О °С без замерзания. Кровь рыб, как правило, замерзает где-то при -0,5 °C, поэтому морских биологов долго ставил в тупик вопрос: как рыбы ухитряются выживать в полярных морях? Оказывается, такие виды, как антарктическая ледяная рыба и сельдь, вырабатывают в поджелудочной железе белки, впитываемые их кровью. Именно белки препятствуют образованию ядер кристаллизации льда (почти как антифриз в радиаторе автомобиля).

Зная об особенностях воды при низких температурах, вы не удивитесь, узнав, что точка ее кипения (даже при нормальном давлении) – не обязательно 100 °C. Она вполне может быть и гораздо выше. Правда, и здесь жидкость нужно нагревать медленно, причем в сосуде без единой царапины. Именно в царапинах содержатся те самые воздушные полости, возле которых формируются первые пузырьки.

Кипение начинается, когда пузырьки водяного пара, расширяясь, пробивают поверхность воды. Чтобы такое произошло, температура должна быть достаточно высока – настолько, чтобы давление, создаваемое паровым пузырьком, превысило атмосферное. В нормальных условиях это 100 °C, но если в воде нет мест, где могут образовываться пузырьки, для преодоления поверхностного натяжения пробивающихся в жизнь пузырьков требуется больше тепла. (По той же причине надувать воздушный шарик вначале труднее, чем под конец.)

Этим, кстати, объясняется, почему чашка с кипящим кофе может взорваться, забрызгав все вокруг, стоит вынуть ее из микроволновой печи или помешать в ней ложкой. Движение вызовет цепную реакцию, в результате чего вся содержащаяся в кофе вода стремительно испарится.

И наконец, еще одна, последняя водяная странность: горячая вода замерзает быстрее холодной

Первым на это обратил внимание Аристотель еще в IV веке до н. э„однако научный мир признал его правоту лишь в 1963 г

– спасибо упорству танзанийского школьника по имени Эрасто Мпемба. Мальчуган подтвердил слова древнего грека, наглядно продемонстрировав, что подслащенная молочная смесь превратится в мороженое быстрее, если ее сначала нагреть. Но в чем тут секрет, нам неизвестно до сих пор.

Новейшая книга автора

У какой из планет Солнечной системы наиболее вытянутая орбита и у какой наименее?
Как известно, любая планета обращается вокруг своей звезды по эллиптической орбите, в одном из фокусов которой располагается светило. Степень вытянутости орбиты характеризуется ее