Пети експеримент с RAM замразяване и топене на вода
Замразяване и топене на вода и лед Някои от неговите последици. Член от февруари 2006 г., възстановен през февруари 2012 г. Франсиско Мартин Леон и Мигел Мартин дел Рио. Сътрудник. Дейвид Паскуал Миелго, Паску
Франсиско Мартин Леон
Замразяване и топене на вода и лед
Някои от неговите последици
Статия от февруари 2006 г., получена през февруари 2012 г.
Франсиско Мартин Леон
Мигел Мартин дел Рио
Сътрудник. Дейвид Паскуал Миелго, Паску
Целете се. Анализирайте вариацията на точката на замръзване и топене на вода и лед
Трудност. Ела долу
Материали. Кубчета лед от хладилника, фина кожа или връв, чаша вода, студена вода, кухненска кърпа и сол
Продължителност. 5 минути.
Опасност. Нула Ако сте непълнолетен, направете го с възрастен.
Този експеримент е разделен на две части.
I. Вземете две кубчета лед и кухненска кърпа. Съединете току-що извадените от хладилника кубчета лед и ги поставете в контакт помежду си на плоската им повърхност. Натиснете ръце върху тях, предпазвайки се с кухненската кърпа за около минута.
Какво се случи с кубчетата лед, когато приключихте експеримента? Защо?
II. Изпийте чаша студена вода от чешмата и тънка струна или канап. Потопете средното парче конец във водата и го извадете. Поставете кубче лед върху водата в чашата: ледът ще плува. Поставете мократа струна на леда, така че краищата на струната да излизат от стъклото. Част от връвта или въжето трябва да почиват върху леда. Изсипете фина сол върху частта от струната, която лежи върху леда. Нека мине минута или повече. След това време вземете краищата на конеца и го повдигнете.
Какво се е случило и защо?
I част от експеримента
Температурата на замръзване е функция на налягането при еднокомпонентни фазови промени
Термодинамиката на промяната на състоянието от лед към вода ни казва, че точката на топене намалява, когато налягането се увеличи. При нормални условия ледът се топи и замръзва при 0ºC, но това не се случва, когато натискът върху него се повиши. Намаляването на точката на замръзване или топене с натиска върху леда е много важно при определени земни събития и студени планети с воден лед.
Когато натискаме двата кубчета лед при постоянна температура, те се топят, докато увеличаваме налягането с ръце върху контактната повърхност. По това време между контактните повърхности се образува малка водна капачка, която не замръзва, когато точката на замръзване падне.
Освобождавайки кубчетата лед от натиска, упражняван от нашите ръце, ние се връщаме към нормални и първоначални условия: налягането намалява, водният слой отново замръзва, но този път при температура от 0ºC, както беше първоначално. Когато натиснете леда, той се разтапя и когато спрете да натискате водата, той отново замръзва, съединявайки двете кубчета лед поради малкото количество разтопена вода, което се генерира.
Малко теория. Уравнението на Клапейрон
Точката на замръзване намалява с налягане в равновесна система вода-лед. Този факт засяга много човешки дейности и системи, понякога остава незабелязан пред очите ни:
Влияние на налягането и температурата
Уравнението на Клапейрон позволява да се изчисли наклонът на равновесната линия между две фази в еднокомпонентна система. Това уравнение е една от основите на термодинамиката и управлява фазовите преходи на веществото:
В който стр е налягането, т е температурата, при която настъпва преходът, ∆H е промяната в топлинното съдържание и ∆V е промяната на обема, настъпила по време на прехода или фазовата промяна.
Това уравнение свързва вариациите в налягането и температурата на втвърдяване при топене с топлините, участващи във фазовата промяна. Стойността и знакът на втория член ни казват как промените в температурата на фазовата промяна варират, когато модифицираме налягането в споменатата трансформация.