באיזו טמפרטורה המים קופאים

באיזו טמפרטורה המים קופאים? זה נראה - השאלה הפשוטה ביותר, שאפילו ילד יכול לענות: נקודת הקפאה של מים בלחץ אטמוספרי רגיל של 760 מ"מ כספית הוא אפס מעלות צלסיוס.

עם זאת, מים (למרות הנפוצה ביותר שלה על פני כדור הארץ) הוא המסתורי ביותר לא לגמרי חומר למד, ולכן התשובה לשאלה זו דורשת יסודית ומנומקת שיחה.

• ברוסיה ובאירופה, הטמפרטורה נמדדת בסולם של צלזיוס, הערך הגבוה ביותר הוא 100 מעלות.
• המדען האמריקאי פרנהייט פיתח את הסולם שלו, שבו יש 180 חטיבות.
• יש עוד יחידת מדידת טמפרטורה, קלווין, על שמו של הפיזיקאי האנגלי תומסון, שקיבל את התואר של לורד קלווין.

מדינות וסוגי מים

מים על פני כדור הארץ יכולים לקחת שלושה מצב בסיסי של צבירה: נוזלי, מוצק וגזי, אשר יכול להפוך שונה צורות המתקיימות בו זמנית זו עם זו (קרחונים במי ים, אדי מים וגבישי קרח בעננים בשמים, קרחונים וזרימה חופשית) נהרות).

בהתאם למקור, המטרה ואת ההרכב של המים יכול להיות:

• טרי;
• מינרליים;
• ים
• שתייה (כאן נביא מי ברז);
• Rain
• מופשר;
• מליחים;
• מובנה;
• מזוקקים;
• deionized.

הנוכחות של איזוטופים מימן עושה מים:

1. קל
2. כבד (דאוטריום);
3. סופר כבד (טריטיום).

כולנו יודעים כי מים רכים וקשים: אינדיקטור זה נקבע על ידי התוכן של מגנזיום וקטיון סידן.

לכל אחד מהמצבים ומצבי המים המצטברים שהזכרנו יש נקודת הקפאה והתכה.

נקודת הקפאת מים

למה מים קופאים? מים פשוטים תמיד מכיל חלקיקים תלויים של מינרלים או מוצא אורגני. זה עשוי להיות החלקיקים הקטנים ביותר של חימר, חול או אבק הבית.

כאשר טמפרטורת הסביבה יורדת לערכים מסוימים, חלקיקים אלה לוקחים על עצמם את תפקידם של מרכזים שסביבם גבישי קרח מתחילים להיווצר.

בועות אוויר יכול גם להפוך גרעינים של התגבשות, כמו גם סדקים ופגיעה קירות של כלי המכיל מים. המהירות של תהליך התגבשות המים נקבעת במידה רבה על ידי מספר מרכזים אלה: ככל שיותר, כך מהר יותר נוזל הקפאה.

למה מים חמים להקפיא מהר יותר מאשר קר?

מים חמים קופאים מהר יותר מאשר קר - ארסטו מפמבה, תלמיד בית ספר מטנגנייקה, הבחין בתופעה זו. הניסויים שלו עם המסה להכנת גלידה הראו כי מהירות הקפאת המסה המחוממת גבוהה בהרבה מזו הקרה.

אחת הסיבות לתופעה מעניינת זו, המכונה "הפרדוקס של מפמבה", היא הגבוהה יותר העברת חום של נוזל חם, כמו גם את נוכחותם של מספר גדול יותר של גרעיני התגבשות בו לעומת מים קרים.

האם נקודת הקפאה של המים קשורה לגובה?

כאשר הלחץ משתנה, לעתים קרובות קשור להיות בגבהים שונים, נקודת הקפאה של מים מתחיל להיות שונה באופן קיצוני מן תקן, אופייני של תנאים נורמליים. התגבשות של מים בגובה מתרחשת בערכי הטמפרטורה הבאים:

• באופן פרדוקסלי, בגובה של 1000 מ ', מים קופאים ב 2 מעלות צלזיוס;
• בגובה של 2000 מטר, זה קורה כבר ב 4 מעלות של חום.

הטמפרטורה הגבוהה ביותר של הקפאת מים בהרים נצפתה בגובה של מעל 5,000 אלף מטרים (למשל, בהרי המאוורר או בפאמירים).

כיצד הלחץ משפיע על התגבשות המים?

בואו ננסה לקשר את הדינמיקה של השינוי בנקודת הקיפאון של המים עם שינוי בלחץ.

• בלחץ של 2 אטם, המים יקפאו בטמפרטורה של -2 מעלות.
• בלחץ של 3 אטם, תחילת הקפאת המים תהיה טמפרטורה של 4 מעלות צלסיוס.

לכן בתנאים של הרים גבוהים ואווירה מוזרה קשה מאוד להרתיח אפילו ביצים, שכן המים בסיר רותחים כבר ב -80 מעלות. ברור שבטמפרטורה כזו פשוט אי אפשר לבשל אוכל.

בלחץ גבוה, תהליך הקרח הנמס מתחת להבי הגלגיליות מתרחש גם בטמפרטורות נמוכות מאוד, אבל בזכותו החליק על משטח הקרח.

באופן דומה, הקפאת הרצים של מזחלות עמוסות בכבדות בסיפוריו של ג'ק לונדון מוסברת. מזחלות כבדות המפעילות לחץ על השלג גורמות לה להתמוסס. המים המתקבלים מקל על הזזה. אבל זה שווה לעצור את narts ולהישאר זמן רב במקום אחד, כמו המים העקורים, לאחר קפוא, תקפיא את הרצים לכביש.

טמפרטורת התגבשות של פתרונות מימיים

להיות ממס מעולה, מים בקלות מגיב עם חומרים אורגניים ואורגניים שונים, ויצרו מסה של תרכובות כימיות לפעמים לא צפוי. כמובן, כל אחד מהם יהיה להקפיא בטמפרטורות שונות. משקפים את זה ברשימה חזותית.

• נקודת הקפאה של תערובת של אלכוהול ומים תלויה באחוז היחס בין שני המרכיבים. ככל שיותר מים נוספו לפתרון, קרוב יותר לאפס הטמפרטורה המקפיאה שלה. אם יותר אלכוהול נמצא בפתרון, תהליך התגבשות יתחיל בערכים הקרובים ל -114 מעלות.

  חשוב לדעת כי פתרונות מים אלכוהול אין טמפרטורת הקפאה קבועה. בדרך כלל הם אומרים על הטמפרטורה של תחילת תהליך התגבשות הטמפרטורה של המעבר הסופי למצב מוצק.

  בין תחילת היווצרות של גבישים הראשונים ואת התמצקות מלאה של פתרון אלכוהול טמון מרווח טמפרטורה של 7 מעלות. לכן, נקודת הקפאה של מים עם אלכוהול של ריכוז של 40% בשלב הראשוני הוא 22.5 מעלות, ואת המעבר הסופי של הפתרון לתוך מוצק בשלב תתרחש ב -29.5 מעלות.

כדי למדוד את מליחות המים להשתמש ביחידה מיוחדת - "ppm". אז, מצאנו כי נקודת הקפאה של מים פוחתת עם ריכוז מלח גדל. תן לנו להסביר את זה עם דוגמה:

רמת המליחות של מי האוקיינוס ​​היא 35 ppm, בעוד הערך הממוצע של הקפאת שלה הוא 1.9 מעלות. דרגת המליחות של מי הים השחור היא 18-20 עמודים לדקה, ולכן הם קופאים בטמפרטורה גבוהה יותר בטווח שבין -0.9 ל -1.1 מעלות צלסיוס.

• נקודת הקפאה של מים עם סוכר (עבור פתרון שהמוסוליות שלו 0.8) היא -1.6 מעלות.
• נקודת הקפאה של מים עם זיהומים תלויה במידה רבה בכמות שלהם ואת אופי של זיהומים המרכיבים את הפתרון מימית.
• נקודת הקפאה של מים עם גליצרין תלוי בריכוז של הפתרון. פתרון המכיל 80 מ"ל של גליצרין יהיה להקפיא ב -20 מעלות, תוך הפחתת התוכן של גליצרול ל 60 מ"ל של תהליך התגבשות יתחיל ב -34 מעלות, ותחילת הקפאת הפתרון 20% - מינוס חמש מעלות כפי שניתן לראות, אין קשר ליניארי במקרה זה. עבור הקפאת 10% פתרון של גליצרין, טמפרטורה של -2 מעלות יספיק.
• נקודת הקפאה של מים עם סודה (מרמז אלקלי או סודה קאוסטית) הוא תמונה מסתורית יותר: הפתרון הקוסטי של 44% קופא ב +7 מעלות צלזיוס ו -80% - ב + 130.

הקפאה של מים מתוקים

תהליך היווצרות קרח במים מתוקים גופים של מים מתרחשת בטמפרטורה שונה במקצת.

• נקודת הקפאה של המים באגם, בדיוק כמו נקודת הקפאה של מים בנהר, היא אפס מעלות צלסיוס. הקפאת הנהרות והנחלים הנקייה אינה מתחילה מן פני השטח, אלא מלמטה, שם נוצרים גרעיני התגבשות בצורת חלקיקי בוצה תחתונה. בהתחלה, snags וצמחים ימיים להיות מכוסה קרום של קרח. ברגע שהקרח התחתון עולה אל פני השטח, הנהר קופא מיד.
• המים הקפואים בביקאל יכולים לפעמים להתקרר לטמפרטורות שליליות. זה קורה רק במים רדודים; טמפרטורת המים יכולה להיות באלפית, ולפעמים מאיות של תואר אחד מתחת לאפס.
• הטמפרטורה של המים באיקל מתחת לקרום של כיסוי הקרח, ככלל, אינו עולה על +0.2 מעלות. בשכבות התחתונות הוא עולה בהדרגה ל -3.2 בתחתית הכיור העמוק ביותר.

נקודת קיפאון מים מזוקקים

האם מים מזוקקים להקפיא? נזכיר כי להקפאת מים דורש נוכחות של כמה מרכזי התגבשות, עם ייתכן שיש בועות אוויר, חלקיקים תלויים, ונזק לקירות הטנק שבו הוא נמצא נמצא.

מים הנתונים לטמפרטורות נמוכות מאוד, אך לא מתגבשים, נקראים "מקולקלים". אתה יכול לשים בקבוק מים מזוקקים במקפיא, לקבל את זה היפותרמיה, ולאחר מכן להדגים טריק יעיל מאוד - לראות את הווידאו:

על ידי הקשה על הבקבוק המופק מהמקרר, או השלכת חלק קטן של קרח לתוכו, ניתן להראות כיצד הוא הופך לקרח ברגע שהופיעו גבישים מוארכים.

מים מזוקקים: האם זה חומר מטוהר להקפיא או לא תחת לחץ? תהליך כזה אפשרי רק בתנאי מעבדה שנוצרו במיוחד.

נקודת הקפאת מים מלוחים

1. האם מים מלוחים קופאים? בשל ריכוז המלח הגבוה, האוקיינוס ​​וים המלח קופאים בטמפרטורה של -1.9 מעלות צלסיוס.
2. לטמפרטורת הקפאת המים בים ובאוקיינוס ​​אין ערך קבוע, שכן מליחות המים בים שונים של האוקיינוסים שונה לחלוטין.
3. כיצד תלויה נקודת הקיפאון של מי האוקיינוס ​​על מליחותו? יש קשר ישיר בין ערכים אלה. ככל שהמים מלוחים יותר, כך הצפיפות גבוהה יותר, וטמפרטורה נמוכה מספיק נדרשת להקפיא מים כאלה.
4. הטמפרטורה הממוצעת בים ובאוקיינוסים היא 4 מעלות.

נקודת הקפאה של ימים בודדים

עם כמה מעלות עושה מים להקפיא:

• הים הכספי? המליחות של המים הכספי היא בערך 13 ppm. ההקפאה שלהם מתרחשת ב -0.5 מעלות צלסיוס. עובי כיסוי הקרח של החלק הצפוני של הים הכספי הוא כשני מטרים.
• הים של אזוב? מי המלח שלה קופאים בטמפרטורה של -0.5 עד -0.7 מעלות צלסיוס. המליחות היא בערך 11 עמודים לדקה. עובי הקרח המכסה את הים מדצמבר עד מארס הוא מטר אחד.
• ים של יפן? מדוע המים המלוחים של הים הזה לא קופאים? זאת בשל רמת המליחות הגבוהה (כ -34 עמודים לדקה) והמיקום הגיאוגרפי של הים.
• הים הבלטי? עם מליחות של רק 6-8 ppm, טמפרטורת הקפאה של מי ים בים הבלטי קרוב לאפס.

אקספרס תשובות

עם כמה מעלות עושה מים להקפיא:

1. בצינורות החימום? במקרה של כיבוי חימום או חימום בדוד חימום בבית פרטי או בית כפרי, מים עשויים להקפיא אותם בערך כמה ימים בטמפרטורה של -5 מעלות. כדי לעכב את התקפה של תוצאה כזו תסייע בידוד תרמי של צינורות ואלמנטים אחרים של הבניין. בתוך הבית, הקפאת המים בצינורות מתחילה ב -1 מעלות. אם הטמפרטורה נמשכת 2-3 ימים, זה עלול בסופו של דבר צינורות שבירה וסוללות חימום.
2. מתחת לאדמה? מי תהום יכולים להיות נוזליים, מוצקים ואדים. השלב המוצק של המים בקרקע הוא קרח, אשר יכול להיות גם לטווח ארוך (בתנאים permafrost) ועונתית. הקפאת מי התהום מתרחשת בטמפרטורות מתחת לאפס, שכן כולם אינם מים טהורים, אלא כל מיני פתרונות שלה. הערך של טמפרטורת ההקפאה תלוי במידה רבה במליחות מי התהום.
3. על לטוס? לתושבי יאקוטיה יש דרך פשוטה לקבוע את טמפרטורת האוויר: הוא מתחת ל -42 מעלות, אם לרוק שנשחרר על ידי גבר יש זמן לקפוא לפני שהגיע לקרקע.
4. בחלל ריק? התוכן של הצינור, ממוקם מתחת לפעמון של משאבת ואקום בטמפרטורה של 0 מעלות, הראשון רותח, ואחרי אידוי של החלק השמיני של הקרום הקרח נוזלי צורות על שלה פני השטח.
5. במכונית? הטמפרטורה המקסימלית של הקפאת מים במנוע יכולה להגיע ל -5 מעלות: בערכים נמוכים יותר, גבישי קרח פשוט ישברו את המבנה הפנימי של בלוק המנוע. בדיוק אותו דבר הוא נקודת הקפאה של מים ברדיאטור. בעיות דומות במכונית יכולות להתרחש אם אין בידוד מספיק של יחידות לעיל, כמו גם בשל חניה ארוכה מדי.
6. ליד הטבעת? בהתאם לתחרויות שאמורים להיות מוחזקים על זירת הקרח, הטמפרטורה של משטח הקרח יכולה להיות מ -3 ל -5 מעלות. קרח עם טמפרטורת משטח גבוהה יותר (מ -3 ל -4) מתאימה לחלקת דמות, שכן היא רכות שלה המאפשר את הכוח הדרוש של הידבקות עם החלקה. קרח קשה יותר, מתאים הוקי צוות, מתקבל בטמפרטורה של -5 מעלות. על הקרח "קר", את המהירות של השחקנים מגביר את האפשרות של היווצרות של "דייסה" שלג על פני השטח שלה פוחתת. איכות הקרח תלויה בעיקר בהרכב הכימי של מים, ולכן, כדי למלא אותו, להשתמש לא נוזל רגיל מן הברז, אלא גם מטוהרים או מטופלים מים עם מזגנים מיוחדים.