Если жидкая вода находится в сосуде, а температура опускается ниже точки замерзания, какое давление будет измеряться, если предположить, что сосуд небьющийся? Или, другими словами, образуется ли лед, если не дать воде расшириться?
Да, вода замерзнет, но не в обычную шестиугольную форму кристаллического льда, с которой мы знакомы. Если предположить, что контейнер способен выдерживать внутреннее давление не менее 300 мегапаскалей (около 43 500 фунтов силы на квадратный дюйм), вода замерзнет в своей ромбоэдрической кристаллической форме Ice II .
Это также предполагает, что вода была помещена в контейнер при температуре 4 градуса Цельсия, при которой жидкая вода имеет наибольшую плотность. Если бы он был теплее, он бы сначала немного сжался и создал некоторое паровое пространство, внутри которого сначала образовался бы нормальный лед.
В зависимости от того, как быстро он замерзнет, если он замерзнет очень быстро, он сформирует неупорядоченное твердое вещество, которое заполнит сосуд без избыточного давления.
Если вы заморозите его медленно, кристаллы льда с меньшей плотностью сформируются и расширятся. В конце концов лед перестанет образовываться, и из-за повышения давления температура воды будет ниже точки замерзания.
вода, находящаяся в закрытом пространстве, таком как водопровод в доме или блок двигателя в автомобиле, а затем вынужденная замерзнуть, расширится и при этом создаст достаточное давление, чтобы лопнуть эти трубы или расколоть блок двигателя.
Давление, действительно необходимое для предотвращения замерзания воды, намного превышает то, которое может быть достигнуто в обычных условиях, и может быть определено путем чтения фазовой диаграммы системы лед/вода/водяной пар.
Температура замерзания зависит от внешнего давления, действующего на жидкость (см. эту ссылку Как зависит температура замерзания воды от давления? )
Таким образом, давление из сосуда вызовет понижение точки замерзания (при условии, что коэффициент объемного расширения сосуда равен 0 ( ) поэтому он не меняет своего объема и не ломается под большим давлением). По мере того, как вы продолжаете падать ниже 4°C, вода будет расширяться и оказывать давление на контейнер, который, в свою очередь, оказывает давление на воду, вызывая все большее и большее понижение точки замерзания.
Поэтому, если вы сохраните объем неизменным и уменьшите температуру, вы достигнете неоправданно высокого давления.
Итак, в теоретической идеальности
Никакая вода никогда не замерзнет
Но у любого практического применения есть ограничения, и в конце концов монетоприемник лопнет.
jw_