Как долго застывает вода

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.

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.

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.

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:

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

Они состоят из гексаэдров с атомами кислорода в вершине, но относительное расположение колец отличается. Кубический лед встречается на высоте несколько тысяч метров

Соленая – при достижении температуры замерзания образуются ледяные иглы. Часть минеральных веществ остается в образующихся кристаллических структурах. Минерализация такого льда в 4 раза меньше исходного раствора.

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.

Видео по теме статьи

Какая вода замерзнет быстрее — соленая или пресная, видео-эксперимент:

Заключение

Сравнивать скорость замерзания пресной и соленой воды некорректно. Так как это разные растворы с различными физическими характеристиками.

В одинаковых условиях лед в емкости с первой образуется раньше, чем в пробирке со второй. Ведь их способы и механизмы кристаллизации различны, как и плотность растворов.

Источник

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.

Замерзает ли?

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.

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

Как происходит процесс?

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.

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%.

Как влияет тип воды?

Дистиллированная влага в принципе замерзает медленнее даже при нормальном атмосферном давлении. В отличие от других видов пресной воды, она не содержит сторонних примесей.

В ней отсутствуют ядра кристаллизации, и поэтому она замерзает только при очень низких температурах – эксперименты показали, что при -42°С.

Физики называют такую жидкость переохлажденной. Любопытно, что если постучать по сосуду с такой дистиллированной водой, она практически моментально превратится в лед.

В лабораторных условиях проводились эксперименты, при которых давление увеличивали до очень высоких значений, так что дистиллят замерзал только при -70°С.

Что касается остальных растворов, то здесь, помимо давления, важную роль играет еще и плотность – например, у соленой воды она намного выше.

Но при этом при отрицательных температурах частицы соли как бы выталкиваются. И если растопить многолетний морской лед, то окажется, что он состоит из пресной воды, даже пригодной для питья.

Применение знаний в быту человека

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.

Заключение

Температура замерзания воды под давлением – вопрос более сложный, чем могло бы показаться на первый взгляд. Иногда даже в быту для ее расчета нужно применять громоздкие формулы или готовые таблицы соотношений.

Источник

Все известные и неизвестные способы быстро заморозить лед кубиками

Прозрачные и ровные кубики льда незаменимы в жару. Их можно добавить не только в лимонад или сок, но даже в кофе или чай, в вечерние коктейли. Если лед внезапно закончился или гости неожиданно появились на пороге, можно использовать один из многочисленных способов быстрой заморозки. Эти методы хороши и в случае, если мощности морозилки недостаточно для моментального охлаждения. Такое часто случается со старыми аппаратами или техникой, подключенной к сети в дачных домиках.

Правильная форма

Быстро заморозить воду можно, если выбрать для этого соответствующие формы. Чем меньше размер готового кубика, тем быстрее он сформируется. Кроме того, тонкие и вытянутые прямоугольники, необычные сложные фигуры застывают быстрее. Дело в том, что вода будет иметь большую площадь контакта с охлаждаемой напрямую поверхностью. В итоге лед не только потребует меньше времени на приготовление, но еще и окажется более прозрачным, менее мутным. В продаже несложно найти подобные формы. С их помощью можно получить ледяные сердечки, звездочки, которые точно понравятся детям.

Быстро пройдет замораживание, если использовать специальные одноразовые или многоразовые пакеты. Через особый клапан в них можно залить воду. Сама форма при этом поместится даже в переполненную морозилку, поскольку она не жесткая, а гибкая. Стенки пакета намного тоньше, они лучше проводят тепло. Они полностью прилегают к поверхности полки, что также ускоряет процесс. Сами кубики получатся маленькими.

Такой размер хорош для прохладительных напитков или коктейлей, но не для благородных и сложных напитков. В небольшом стакане маленький лед моментально растает, разбавив исходный продукт.

Поэтапная заморозка

Чтобы ускорить процесс формирования плотного кубика льда, достаточно наливать воду постепенно. Сначала нужно заполнить форму на одну четверть, после уже на треть и затем до верха. В этом случае весь процесс займет около получаса, вместо трех-четырех часов при обычной технологии единоразового заполнения формы. Работает тот же физический принцип: увеличивается площадь соприкосновения с холодным воздухом и замороженным основанием, за счет чего весь объем охлаждается равномерно.

Такая заморозка – удобный вариант, если лед нужен постоянно. Даже если не удастся заполнить формы полностью, кубики все равно уже будут готовы хотя бы наполовину. Это также удобно, если хочется приготовить коктейли или лимонады с холодной крошкой. Маленькие нормы легче закладывать в блендер или шейкер и измельчать.

Химические эффекты

Некоторые вещества способны ускорять процессы замерзания за счет изменения скорости теплообмена. С такой целью можно использовать:

• поваренную соль;
• лимонных сок;
• аммиачную селитру.

При высокой концентрации соли раствор будет застывать хуже, то же происходит при наличии большого количества примесей. Поэтому использовать лучше фильтрованную жидкость, такая превратится в лед гораздо быстрее. Но при правильном применении крупная пищевая соль станет полноценным катализатором реакции. Когда общая масса залитой в форму воды сильно охладится, начнет менять свою структуру, можно просто добавить в каждую ячейку по одной крупинке. Они станут центром кристаллизации, затвердеет вода быстрее. При этом на вкусовых качествах это никак не отразится.

Аналогичным образом можно использовать лимонную кислоту или сок цитрусовых. При этом легко менять вкус льда, добавляя больше или меньше. Но экспериментировать лучше со свежевыжатым соком, а не пакетированным. В нем нет сахара, который тормозит процесс замораживания.

Если кислоты будет слишком много, она может выпасть в осадок. Поэтому лучше не добавлять больше 1 процента от общей массы.

Увеличивает скорость реакции и аммиачная селитра. Она активирует процессы кристаллизации в общей массе воды. Достаточно 0,5 процента от исходного количества, чтобы заморозка прошла в 3 и даже 4 раза быстрее. Растворять вещество нужно в хорошо охлажденной жидкости, тщательно перемешивая. Такой лед нельзя будет использовать в пищу. Он хорош как наполнение для декоративных ваз или емкостей. Его можно положить в мешочек для индивидуального использования, например, для замораживания ушибов. Такой лед тоже будет быстро таять за счет селитры, которая быстро поглощает тепло и аккумулирует его в кубиках. Но таким образом, можно заморозить большой объем в крупных формах.

Моментально заморозить лед несложно. Даже если нет специальной формы, можно использовать обычный полиэтиленовый пакет, налив тонкий слой воды. Простая жидкость замерзнет намного быстрее, если добавить немного лимонной кислоты или поваренной соли. Но нужно понимать, что маленькие кубики растают намного быстрее и в напитке. Поэтому, если нужны крупные формы, например, для виски или детского коктейля, лучше потратить время на заморозку обычных кубиков или шариков.

Источник