Вода с минусовыми температурами

Может ли вода оставаться жидкой при температуре ниже нуля?

Да, может. Температура замерзания воды падает ниже нуля градусов по Цельсию, если вы оказываете на неё давление. И не только.

Это может произойти несколькими способами. Рассмотрим их далее.

Давление

Прежде всего, фаза материала (будь то газ, жидкость или твёрдое вещество) сильно зависит как от его температуры, так и от давления.

Для большинства жидкостей давление поднимает температуру, при которой жидкость замерзает. Твёрдое тело образуется, когда свободные молекулы жидкости становятся достаточно медленными и достаточно близко располагаются друг к другу, чтобы сформировать стабильные связи, которые закрепляют их на месте. Когда мы оказываем давление на жидкость, мы заставляем молекулы сближаться. Поэтому они могут образовывать стабильные облигации и стать твёрдыми при более высокой температуре, чем температура замерзания при стандартном давлении.

Однако вода несколько уникальна.

Молекулы воды распространяются, когда они связываются в твёрдую кристаллическую структуру. Это действие делает лёд менее плотным, чем жидкостная вода, поэтому лёд плавает, а не тонет. Это действие молекул воды при замерзании также означает, что давление воды понижает температуру замерзания. Если вы примените достаточное давление (что затрудняет распространение молекул воды в твёрдую структуру), вы можете получить жидкую воду на несколько градусов ниже нуля градусов по Цельсию.

Добавки

Даже без давления вы можете получить жидкую воду при минусовой температуре, используя добавки. Такие добавки, как соль, могут помешать сформировать твёрдое тело и понизить температуру замерзания воды.

Соль состоит из сильных ионов натрия и хлора. Растворённые в воде, молекулы воды присоединяются к ионам соли, и поэтому не замерзают как охотно. По мере того, как вы добавляете больше соли в воду, точка замерзания продолжает падать, пока вода не достигнет насыщения и не сможет удерживать соль.

Если добавить достаточное количество соли, температура замерзания воды может упасть до -21 градуса Цельсия.

Этот факт означает, что вода при температуре -21 градус Цельсии может всё ещё быть жидкой (с достаточным количеством соли).

Это мощное свойство соли можно также использовать для того, чтобы дать льду превратиться обратно в воду. Посыпание солью ледяных тротуаров снижает температуру замерзания льда ниже температуры окружающей среды, и лёд тает.

Но посыпать солью обледеневшие дорожки не поможет, если температура окружающей среды ниже -21 градуса по Цельсию.

Воздействие соли на точку замерзания воды также оказывает глубокое воздействие на океаны Земли.

Другие методы. Переохлаждённая вода

Даже если вы не применяете давление и ничего не добавляете в воду, вы всё равно можете иметь жидкую воду при температуре ниже нуля градусов по Цельсию.

Для того, чтобы вода замёрзла до льда, ей нужно замёрзнуть, чтобы начать процесс. Эти отправные точки называются «центрами нуклеации». В большинстве случаев немного пыли, примесей или даже небольшие колебания в воде обеспечивают центры зарождения для замерзания воды. Но если ваша вода очень чистая и неподвижная, молекулам воды не на что кристаллизоваться. В результате вы можете охладить очень чистую воду ниже нуля градусов по Цельсию без замерзания.

Вода в таком состоянии называется «переохлаждённой».

Чистую воду можно переохладить до около -40 градус Цельсия.

Переохлаждённая вода удерживается от замерзания только отсутствием центров зарождения. Поэтому, как только появятся центры нуклеации (что может произойти от простой вибрации), супер-охлаждённая вода быстро замерзает.

Ледяной дождь — это естественный пример переохлаждённой жидкой воды. Как только дождь попадает на объект на поверхности Земли, объект обеспечивает центры нуклеации, и дождь замерзает до льда.

Какой обьект обеспечивает какие центры нуклеации? Что спрятано за этими терминами? — незнание!

Источник

Неразгаданные тайны воды

Вода представляет собой вещество с простейшей химической формулой, она тщательно исследована и, казалось бы, не должна таить в себе никаких загадок. Активное изучение воды ведется со второй половины 19 столетия, однако многие ее свойства до сих пор не нашли объяснения. За все это время исследователи выявили множество феноменов, число которых не уступает официально доказанным фактам.

Стоит отметить, что удивительные свойства других жидких веществ достаточно просто объясняются физическими законами. Это еще больше увеличивает интерес ученых к воде и заставляет проводит все новые и новые опыты. Единственное вещество, которое составляет достойную конкуренцию по количеству аномальных свойств, — это гелий. Однако он является достаточно редким элементом. Гелий превращается в жидкость только при низких температурах и в основном встречается в газообразном виде. Вода же присутствует во всех точках земного шара. При этом ее можно без труда найти в любых трех состояниях.

Согласно общепринятому научному мнению жидкая вода имеет простейшую структуру, неспособную к изменениям. Если молекулы льда имеют форму тетраэдра, то после таяния они ее неизбежно утрачивают. Это объясняется тем, что вода в жидком виде не может удерживать устойчивых водородных связей. При этом ряд ученых имеют совершенно иную точку зрения. Они считают, что водородные атомы жидкой воды способны иметь прочную связь, но образуется она на очень краткий промежуток времени, который не в состоянии уловить даже инновационные приборы. В этот момент и проявляются феноменальные свойства, которые не находят объяснений с позиций современной физики. Существуют мнения, что вода может заряжаться энергетикой окружающего пространства, запоминать информацию, менять свою структуру под различными воздействиями, увеличивать биологическую активность после разморозки. Также замечено и множество других невероятных свойств, которые только предстоит доказать ученым.

Наибольшее удивление вызывают 5 аномальных особенностей воды:

Горячая вода замерзает быстрее холодной.

Это необычное свойство было замечено еще в древние времена. Его упоминали Аристотель, Р. Декарт и Ф. Бэкон. Официально оно было открыто только в 1963 г. школьником из Танзании Э. Б. Мпемба. Он заметил эту странную особенность у молока во время практики по поварскому делу. Затем Мпемба провел опыты с водой и сообщил о феномене университетскому профессору по физике, который читал лекции в его школе. В дальнейшем они вместе организовали ряд исследований, но разгадку так и не нашли. Это свойство по сей день не имеет общепризнанного объяснения. В честь своего открывателя оно называется «эффект Мпемба».

Вода иногда не замерзает при минусовой температуре.

Всем известно, что при 0°С вода превращается в лед. Однако в некоторых случаях она остается в жидком виде даже при значительных минусовых температурах. Такой эффект наблюдается только в том случае, если в ее составе полностью отсутствуют посторонние примеси. Незамерзающая вода получила название сверхохлажденной. При появлении мельчайшего инородного включения начинается кристаллизация, и жидкость моментально переходит в твердое состояние.

«Стеклянная» вода

В школьном курсе физики рассказывается о том, что вода может находится в трех состояниях. На самом деле их гораздо больше. Вода имеет по меньшей мере 5 видов жидких и 14 твердых состояний. Наиболее необычные из них она принимает при низких температурах. При -120°C вода представляет собой тягучее вещество с высокой степенью вязкости, при -135°C ее структура практически полностью повторяет стекло, она теряет все кристаллические включения.

Память воды

В 2002 г. международная научная группа, возглавляемая профессором М. Эннис из Белфаста, сообщила о том, что вода способна «запоминать» информацию. Другие лаборатории не подтвердили открытие. Тем не менее, исследователи не прекращают поиск доказательств в пользу этого феномена.

Несмотря на то что открытие памяти у воды не получило научного подтверждения, оно легло в основу гомеопатии – неофициального медицинского направления. Его последователи утверждают, что препараты не утрачивают своих свойств даже при растворении в значительном количестве воды. Она сохраняет информацию о целебных веществах и оказывает на организм человека необходимый эффект.

Квантовое число воды

В 1995 г. ученые обнаружили еще одно удивительное свойство воды. Оказывается, что ее формула подвержена трансформациям. Из H2O она переходит в H1,5O, а затем возвращается в первоначальное состояние. Процесс происходит в течение 10-18 секунд – за этот период свет проходит расстояние, соответствующее размеру водной молекулы. Это доказывает опыт по рассеиванию нейтронов. Когда они направлены на молекулы воды, то «улавливают» на четверть меньше водородных протонов. Феномен трансформации был назван квантовым.

Поверхностное натяжение воды

Феномен натяжения заключается в том, что вода всегда стремится минимизировать площадь своей поверхности. При отсутствии этого свойства она бы моментально улетучивалась. Поверхностное натяжение при 20°C составляет 0,073 Н/м2. Аналогичное его значение имеет только ртуть – жидкий металл с уникальными химическими характеристиками.

Водные молекулы имеют настолько тесную взаимосвязь, что образуют упругую поверхность, напоминающую пленку. Если аккуратно положить на нее швейную иглу, то она не утонет до тех пор, пока не будет нарушено спокойствие воды. Большое поверхностное натяжение делает возможным множество удивительных природных явлений. Маленькие улитки и комариные личинки прикрепляются к водной глади и охотятся на свою добычу, а водомерки скользят по ее поверхности как на коньках. Определенные виды насекомых способны садится на воду и взлетать с нее также как и с земли. Кроме того, феномен натяжения объясняет возможность смачивания предметов. Молекулы воды «прилипают» к поверхностям, с которыми они соприкасаются, и делают их влажными.

Источник

Почему вода превращается в лед не при 0 градусов

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

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.

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.

Источник

Вы знаете, при какой температуре вода становится льдом? Нет, это не 0 °C

Принято считать, что вода замерзает при 0 °C, но это не так. Если вода чистая, то в зависимости от условий ее охлаждения она может замерзнуть и при -42 °C.

В чем подвох

Для формирования кристаллов льда требуется основа, которой могут стать те же частички пыли. Когда этого нет, не стоит надеяться, что чистая вода замерзнет при 0 °C .

В качестве так называемых ядер кристаллизации способны выступать не только органические и минеральные частицы, растворенные в воде, но и кое-что другое. Например, пузырьки воздуха, дефекты тары, в которой находится вода, в виде трещин и сколов.

Интересный факт! Горячая вода замерзает гораздо быстрее по сравнению с холодной. Это связано с большим числом ядер кристаллизации у подогретой воды.

Соленая вода

Степень солености воды напрямую влияет на температуру ее замерзания. Чем больше соли, тем дальше от 0 °C должна опуститься отметка на термометре, чтобы вода превратилась в лед.

Например, океанская вода начинает превращаться в лед где-то на отметке -1,9 °C . Отсюда возникает сопутствующий вопрос «А как же рыба?». У тех представителей рыбного мира, что водятся в полярных морях, кровь замерзает при -0,5 °C. Оказывается, их организм производит белки, вбрасываемые в кровь, которые тормозят процесс кристаллизации.

Справка! Практически полное отсутствие примесей наблюдается в дистиллированной воде. В связи с чем она начинает замерзать только с отметки -42 °C.

Источник

Вода с минусовыми температурами

И вот, начались отрицательные температуры. Сегодня под утро обещают до -3, и уже сейчас на термометре 0.

Выпал снег, и появилась угроза замерзания воды в садовом водопроводе:

Компостная куча и деревья в снегу:

Ветви ели и электрические провода в снегу:

Все сливают воду из летних водопроводов. Я пока не слил, и на то у меня есть две причины — побудительная и рассудительная. Побудительная — не хочется несколько дней до намеченного отъезда в город пользоваться холодным рукомойником. А рассудительная причина объясняет, почему этого можно действительно не делать.

Начну с того, что на даче я живу только в тёплое время года, когда температуры воздуха исключительно положительные. Дом у меня хотя и утеплённый, но по своим теплоизоляционным характеристикам не предназначен для зимнего проживания. Да, он утеплён слоями пенопласта и фольгированной изоляцией, но это утепление недостаточно для существенных температурных минусов. Поэтому и с водопроводом я особенно не стал заморачиваться. Погружной насос в колодце накачивает воду в гидроаккумулятор, находящийся в неотапливаемом хозблоке, по трубе ПНД диаметром 32 мм, а раздача на восемь точек на участке идёт трубами ПНД диаметром 25 мм. Трубы, где они не мешают, лежат прямо на поверхности земли, а в других местах просто слегка углублены в грунт.

Из школьного курса физики я точно знаю, что точка перехода воды из жидкого состояния в твёрдое находится на отметке 0 градусов. Но что-то мне подсказывало, что температура замерзания воды в трубе будет немного ниже. Чётко объяснить причину такого ощущения я не мог, и полез в Интернет, чтобы узнать точно, при какой температуре вода в трубах реально замерзает. И действительно, я нашёл информацию, что для замерзания воды в трубе нужны температуры -5 — -7 градусов, стоящие в течение несколько дней! Не знаю, насколько это правда, но это означало, что, по крайней мере, одну ночь при температуре -3 водопровод точно должен выдержать.

То, что чёрная пластиковая труба ПНД идёт в верхнем плодородном слое земли, в котором продолжают происходить процессы гниения с непременным выделением тепла, внушает мне дополнительный оптимизм. Ну и, наконец, я особенно ничем не рискую — труба ПНД переносит достаточное количество циклов замерзания-оттаивания воды в ней. Максимум что может произойти — ослабнут фитинги, но их всегда можно подкрутить. Гидроаккумулятор стоит хоть в неотапливаемом, но закрытом помещении, что тоже должно способствовать его защите от небольшого минуса. В общем, я решил пока что воду не сливать. Хотя тревожат закрытые шаровые краны, те, что на улице. Пожалуй, это единственное слабое место. Если они не переживут ночь, придётся думать дальше. Но эксперимент есть эксперимент. Завтра отпишусь о результатах (если будет время в перерывах между проливами труб кипятком )))

P.S.: Знаю ещё, что не замерзает текущая вода. Видимо потому, что не успевает выстроится кристаллическая решётка. Ну и если речь о водопроводе, то новые порции воды всегда на несколько градусов теплее нуля. Так, на дне колодца температура воды около +4 градусов. Так что при экстремальном минусе можно немного приоткрыть краники на концах раздаточных водопроводных линий. Главное, чтобы вода в колодце не кончилась )))

А вот статическое давление на температуру замерзания влияет очень слабо. Так, чтобы точку замерзания сместить на 1 градус ниже нуля, нужно 130 атмосфер. В водопроводе же всего около 3 атмосфер. Так что часто встречающийся в Интернете и безбожно растиражированный бред про незамерзающие из-за давления колонки в деревнях — полная чушь. В колонке выше глубины промерзания грунта воды просто нет. Она там появляется только при нажатии на рычаг, и стекает обратно при его отпускании. Чтобы убедиться в этом, достаточно посчитать количество времени, проходящее между нажатием на рычаг и появлением из колонки воды, или просто изучить конструкцию колонки в Интернете.

UPD 18.10.2014 18:10:

Отчитываюсь. Ночью было -1,5 градуса.

1. Трубы ПНД диаметром 32 и 25 мм, проложенные просто по земле, а также слега присыпанные землёй не замёрзли. То же и с трубами рядом со стенами неотапливаемых помещений, расположенных у меня до высоты 150 см. То есть трубы ПНД никакие не замёрзли нигде несмотря на полное отсутствие в них движения воды.
2. Закрытые шаровые краны 15 мм (1/2″) замёрзли, но их не порвало. Очень быстро оттаили после полива их сверху горячей водой.
3. Узкие гибкие подводки и керамические краны рукомойника замёрзли, но тоже быстро оттаили после полива их сверху горячей водой.
4. Гидроаккумулятор 50 литров в неотапливаемом помещении не замёрз.
5. Температура в 30-литровом бойлере, установленном в неотапливаемом душе, за ночь упала с 75 до 45 градусов.

Таким образом констатирую, что несмотря на критичную температуру -1,5 градуса, система выдержала. А вот на участке catslover ситуация иная. Там труба ПНД 25 мм, проложенная в 2 метрах над землёй не замёрзла, а такая же труба, проложенная по забору в 50-80 см над землёй — замёрзла. Возможно, в полуметре над землёй температура ниже, чем на высоте 2 метров, а у самой земли температура снова поднимается за счёт выделения тепла из недр, тепла, накопленного за день, а также за счёт выделения тепла в процессе гниения органики в плодородном слое.

Сейчас температура держится у отметки -0,5 градусов. Ещё утром все шаровые краны и краны уличного умывальника я немножко приоткрыл, чтобы из них тоненькой струйкой сочилась вода. За день они не замёрзли. Надеюсь, что в таком режиме они переживут и ночь. Расход воды небольшой, колодец опустошиться не должен. О том, как система переживёт вторую ночь отрицательных температур, отпишусь завтра.

UPD 19.10.2014 02:10:

В общем, эксперимент пришлось прервать из-за отсутствия достаточного количества воды в колодце )))
У меня из 8 точек разбора воды 7 находятся на улице. Поскольку они все были приоткрыты во избежание порчи шаровых кранов, то за день они высосали у меня весь колодец! Осень была довольно сухая, и дебет колодца сейчас весьма низок. В итоге я слил таки всю воду из системы и вытащил насос.

В следующем году думаю докупить 15 метров ПНД 25 мм и пару шаровых, и разделить всю свою систему на 2 части — дом и всё остальное. При минусах буду сливать всё, кроме линии на дом. Если 7 струек выкачали колодец за 10 часов, то одна струйка выкачает его за 3 дня. Возможно, в этом случае дебет колодца будет достаточным для того, чтобы он успевал восполнять выкаченное. Вот так )

UPD 19.10.2014 17:10:

Интересное наблюдение. Ночью было -7,5 градусов. На бочках лёд около 2 сантиметров, причём и сверху, и на стенках. А вот на дне нет! Значит, тепло от земли идёт. Стало быть, правильно я водопровод по земле проложил, а не по забору. А ведь хотел по забору.

Источник