Как я могу научно объяснить ледяное дыхание?

Я уверен, что здесь были вопросы об огнедышащих драконах, и я недавно видел вопрос о молниедышащем драконе, но еще в пятом классе я написал рассказ на 150 страниц о драконе с ледяным дыханием, и теперь Я начинаю задаваться вопросом, было бы это возможно без большого количества магии.

Моя самая большая проблема заключается в том, что хотя у людей есть огонь на протяжении тысячелетий, а электричество — более века, потребовалось гораздо больше времени, чтобы придумать способ генерировать значительно более низкие температуры без использования больших блоков льда. На самом деле, я все еще немного не понимаю, как работают холодильники.

Итак, мне интересно, могло ли животное эволюционировать, чтобы производить температуру, достаточно низкую, чтобы заморозить воду и/или добычу? И если да, то как?

Любая среда, в которой это возможно, приемлема, хотя предпочтительнее ответ, учитывающий широкий спектр земных сред. Кроме того, хотя я думаю о драконах, если это невозможно для них, но возможно для другого вида животных, такая информация приветствуется.

Все, что ему нужно сделать, это выплюнуть жидкий азот, но как он его получает и хранит, остается предметом споров.
@ratchetfreak да, если вы знаете, как дракон может производить, хранить и безопасно выбрасывать жидкий азот, дайте мне знать.
@DaaaahWhoosh Магия, да. (видит научно обоснованный тег) ...эм, я имею в виду... червоточины? Квантовые эффекты?
Привет Даааааааааааааааааааааааааааа. Интересный вопрос; Я надеюсь, вы не возражаете, что я дал ему (IMO) более описательное название. Если вы это сделаете, не стесняйтесь откатиться или отредактировать дальше.
@DaaaahWhoosh, как огнедышащий дракон более правдоподобен с научной точки зрения?
@JamesRyan Вы можете разжечь огонь с помощью пары камней и небольшого количества топлива, но сделать что-то холодное далеко не так просто (по крайней мере, насколько я могу судить).
@DaaaahWhoosh youtube.com/watch?v=aDgrrNHU6s0 смешайте пару жидкостей, камни не нужны :)
К вашему сведению, холодильники работают, используя тот факт, что настоящие газы получают энергию при сжатии и теряют ее при декомпрессии. Идеальные газы не меняют внутреннюю энергию при изменении давления, но чем они менее идеальны (хладагенты далеки от идеала), тем сильнее изменяется их температура при изменении давления. Постройте цикл с областями высокого и низкого давления, отведите тепло на стороне высокого P, а сторона низкого P станет холодной.
После некоторых раскопок: нет чисто химической реакции, которая в значительной степени является эндотермической при комнатной температуре или ниже, самая сильная вызывает охлаждение менее чем на 15°С. Вам просто нужно будет обратиться к физическому действию, и это в значительной степени ограничивает нас расширением газа или действиями фазового перехода.
Жидкий азот испаряется слишком быстро для приличного ледяного дыхания. Хотя получится хороший туман. По крайней мере, один из очень многих профессоров, которые демонстрировали удовольствие от жидкого азота (освобождение цветов, их ломание и т. д.), использовал лишнюю жидкость для публики. Все это испарилось прежде, чем успело кого-нибудь задеть.

Ответы (9)

Я бы не стал использовать жидкий азот. Я бы использовал жидкий углекислый газ, CO2 . Для этого есть несколько причин.

Физический

CO2 может существовать в виде жидкости при температуре окружающей среды и достаточном давлении. Азот не может, так как его критическая температура намного ниже. С точки зрения непрофессионала, при любой температуре выше 126K (-147C) плотность (и другие свойства) газообразного азота и жидкого азота становятся одинаковыми, поэтому нет различия между газом и жидкостью, и при сбросе давления не происходит испарительного охлаждения. Итак, если вы используете азот, вашему дракону понадобится способ хранения жидкого азота и средства его производства.

CO2, с другой стороны, может существовать в виде жидкости при температуре окружающей среды, если к нему приложено достаточное давление (56 атм при 20°C). Когда давление сбрасывается через простой клапан, молекулы освобождаются от сил притяжения в жидкости, что требует энергии и, следовательно, вызывает охлаждение. Это именно то, что происходит, когда используется огнетушитель CO2. (хотя идея состоит в том, чтобы потушить огонь, побочным эффектом является производство сухого льда.)

Веселье с огнетушителями (не пытайтесь повторить это дома!) https://www.youtube.com/watch?v=Z3xyqfCZmSU

Когда CO2 испаряется, ему требуется в 3 раза больше энергии на единицу массы, чем жидкому азоту, поэтому его охлаждающий эффект при температуре окружающей среды будет выше. Как ни странно, именно из-за этого у него более высокая температура кипения, чем у жидкого азота: -78С при атмосферном давлении вместо -195С. (Дополнительным осложнением является то, что температура замерзания CO2 выше -78°C, поэтому он может существовать в виде жидкости только тогда, когда его температура кипения повышается под высоким давлением.)

http://www.engineeringtoolbox.com/fluids-evaporation-latent-heat-d_147.html

Химический / биохимический

Откуда у дракона бензин? Если это азот, ей придется получать его из атмосферы и каким-то образом сжижать либо с помощью расширителя, либо с помощью отдельного холодильного цикла, что кажется биологически невозможным.

Если она использует CO2, она может произвести его химическим путем, и тогда он может быть уже под давлением. Она может делать это разными способами:

  1. Используйте нормальный метаболизм. Однако маловероятно, что таким образом можно было бы создать высокое давление СО2, не делая кровь слишком кислой.
  2. Используйте CO2 из ее огненного дыхания, если таковой имеется. Это было бы очень неэффективно, и снова возникла бы проблема образования CO2 при температуре окружающей среды.
  3. Отправляйтесь в замерзшую пустошь и съешьте CO2

  4. Ешьте мел и используйте его для получения CO2 в результате реакции CaCO3 + Кислота = соль Ca + CO2. Кислота могла появиться в результате нормального обмена веществ.

  5. Как и для 4, за исключением того, что кислота поступает из внешнего источника. Например, дракон может отправиться к вулкану и полакомиться серой (серой), которую он затем может сжечь (производя огненное дыхание без неудобств, связанных с выработкой большого количества топлива посредством метаболизма). Когда он не дышит огнём, дракон может медленно превращать серу в SO3 и H2SO4 в своем животе и вступать в реакцию с мелом, чтобы получить CO2 под давлением. Это вполне реалистичный способ для дракона производить ледяное дыхание без проблем с метаболизмом или машиностроением. Единственная оставшаяся проблема — это материалы, которые всегда были проблемой для огнедышащих драконов.

Другие газы

Другие подходящие газы включают пропан (опять же для испарения требуется больше энергии на единицу массы, чем для азота, и я могу сказать по опыту, что всплеск пропана «по ощущениям» холоднее, чем азот). Дракон мог бы дышать ледяным пропаном или вместо него зажечь его и дышать огнем.

Окись углерода, CO, является еще одной возможностью (высокотоксичен и умеренно воспламеняется, а также является газом), но его критическая точка находится значительно ниже температуры окружающей среды, как и азот. Несколько существующих организмов используют муравьиную кислоту в качестве оружия, и муравьиная кислота каталитически разлагается на окись углерода и воду.

Диоксид серы соответствует идее о сере. Он имеет температуру кипения -10°C, что, возможно, немного выше, токсичен и вызывает коррозию. Химическое производство SO2 под давлением было бы затруднено из-за потребности в атмосферном кислороде, если только дракон не дышал воздухом и не нырял на большие глубины, как кашалот, чтобы сжать кислород.

Относится ли эта цифра «3 × энергия парообразования» к молярным теплотам парообразования ( л в м )?
@WChargin таблица, на которую я ссылаюсь, это удельная теплота парообразования (на кг). Ваша ссылка на моль. После пересчета между двумя таблицами наблюдается хорошее совпадение по азоту, но довольно большое расхождение по СО2. Мораль такова: если вы собираетесь выполнять какую-либо серьезную инженерную работу, убедитесь, что ваш источник надежен. Я не предлагаю копать глубже, так как это не влияет на общий ответ, но одна проблема здесь заключается в том, чтобы очень четко определить, является ли конденсированное состояние CO2, рассматриваемое в таблице, жидким или твердым.
Поскольку жидкий CO2 не может существовать при нормальном давлении, дракон не может его выплюнуть. Она быстро расширялась у него во рту и либо разрывала его, либо создавала абсурдное шипящее облако вокруг его головы.
@Oldcat, кажется, это не большая проблема для пластиковых насадок огнетушителей. Вы получаете большое облако газообразного CO2 и твердой ледяной пыли CO2, которая (из-за давления) имеет большую кинетическую энергию и путешествует на большие расстояния. Посмотрите видео, которое я только что добавил к своему ответу. Меня не слишком волнует анатомия глотки дракона. Им в любом случае приходится справляться с огнем, поэтому они должны быть достаточно устойчивыми.
Самая большая проблема заключается в том, что давление паров СО2 при стандартной температуре составляет около 60 атмосфер, и я не знаю ни одной биологической структуры, которая могла бы выдерживать такое давление и функционировать как контейнер для хранения.
Мне очень нравится твоя идея с мелом. Это напоминает мне о драконах, поедающих известняк для производства водорода в «Полете драконов» . @2012rcampion: многие существа выживают при таком давлении в глубинах океана, не так ли? Я полагаю , что создание такого рода давления может быть проблемой.
@2012rcampion проблема создания сосуда под давлением решаема с помощью известных биологических материалов. различные синтетические (кевлар) и натуральные (паучий шелк) полимеры обладают прочностью, сравнимой со сталью. Композитные (стеклопластиковые) сосуды под давлением известны машиностроению. Волокна стратегически (не случайным образом) наматываются перед пропиткой смолой. Внутренняя часть будет облицована антикоррозийным материалом. Дыхание огня является более серьезной проблемой из-за температуры. Кроме того, броня из драконьей шкуры должна быть такой же прочной, как металлическая броня, что соответствует этому.
Я думал об аммиаке. Он вырабатывается животными, хотя обычно превращается (у рептилий) в мочевую кислоту (?). А поскольку он токсичен, плохо пахнет и раздражает слизистые оболочки, он может быть полезен в качестве респираторного оружия. (Он также может быть легковоспламеняющимся и коррозийным, поэтому у вас будут другие типы дыхательного оружия на той же базе.) И кажется, что вы можете стабильно хранить аммиак в растворе с водой, а затем вызвать его высвобождение из раствора, добавив другое химическое вещество и что будет поглощать много тепла. Но я не могу прочитать данные...
Мне тоже пришел в голову @VilleNiemi аммиак, но я отказался от него по нескольким причинам. Во-первых, он феноменально растворим в воде, поэтому, если бы он образовался метаболическим путем, его пришлось бы отделять от воды. Во-вторых, даже если предположить, что дракон питается только белком, содержание азота в его рационе будет составлять долю содержания углерода. Аммиак кипит при -33С. Тем не менее, нитрат аммония (который можно получить, окисляя половину аммиака до азотной кислоты, а затем объединяя их) взрывоопасен.
Поскольку аммиак токсичен и вырабатывается естественным путем, у животных уже есть системы для его извлечения из кровотока. Я думаю, что мы могли бы переназначить это (или добавить обратную реакцию для выделения аммиака, на самом деле). Вы имеете дело с суммой. Хотя не уверен, сколько на самом деле нужно. И да, аммиак смехотворно универсален, что является его главной достопримечательностью и причиной, по которой я не мог толком понять данные о нем.
@DaoWen Глубоководные существа, хотя и живут в среде с высоким давлением, имеют почти такое же давление внутри, как и снаружи: они не поддерживают перепад давления, что вам и нужно для этой проблемы.
Мне нравится этот ответ, главным образом потому, что идея поедания серы и мела позволяет драконам распылять огонь (путем сжигания серы), кислоту (сделанную из серы) и мороз (как описано в ответе) без особых трудностей. Задира.

Для этого может подойти адиабатическое охлаждение . Среди прочего, общий принцип используется при создании жидкого азота, поэтому он, безусловно, может достаточно охладить вещи.

В этом сценарии дракон дышит воздушным вихрем с чрезвычайно высоким давлением, мало чем отличающимся от воздушной вихревой трубки . Когда вихрь покидает пасть дракона, он расширяется и при этом охлаждает пространство, через которое проходит. Охладите это пространство достаточно, и водяной пар внутри должен быстро сконденсироваться: охладите его дальше, и водяной пар должен мгновенно замерзнуть. В сочетании с ветром от дыхания дракона получается что-то похожее на дыхание льда и выброс его вперед, хотя дракон на самом деле не дышит ничем, кроме воздуха.

Это требует, чтобы дракон мог создавать чрезвычайно высокое давление в своих легких и выдерживать тепло, выделяемое при сжатии воздуха до таких температур, поэтому дракон (или, по крайней мере, его верхняя дыхательная система) не мог быть «слаб против огня». ", как видно из некоторых историй и видеоигр. Дракон также должен был бы иметь возможность выпустить газ через рот при таком фантастическом давлении, не раздробив кости своего лица. Но для этого не требуется, чтобы дракон содержал или производил какие-либо экзотические вещества.

Вы можете создать гораздо меньшую версию этого эффекта самостоятельно, просто дуя. Старайтесь выдыхать воздух с постоянной скоростью, но меняйте открывание рта. По мере того, как ваш рот становится больше, воздух, который вы выдыхаете, должен казаться теплее. Сожми рот совсем чуть-чуть, и воздух станет холоднее: лед таким способом не сделаешь, но разницу в температуре почувствовать должен. Мое предложение, по сути, заключается в этом эффекте, написанном очень крупно.

Я думаю, что это лучший ответ, это первое, о чем я подумал, когда увидел этот вопрос. Поскольку дракон может быть очень большим и плотным, я полагаю, что такого эффекта можно достичь с помощью специальной системы органов.
хладнокровное и в уже холодной среде жара могла даже стать полезной для существа
Этот ответ действительно хорош. Возможно, даже лучше, чем выбранный ответ, поскольку он решает проблему «материалов».

Конкретным способом, которым дракон мог бы достичь этого, была бы эндотермическая реакция хлорида аммония, который встречается в природе (в вулканических регионах), и гидроксида бария, который можно синтезировать из природы. Гидроксид бария можно получить добавлением воды к оксиду бария , который образуется при нагревании карбоната бария .который также встречается в природе (правда, не в вулканических районах). Даже если у дракона возникнут трудности с нагревом карбоната бария до соответствующей температуры, он может вызвать реакцию с помощью катализаторов/ферментов и путем постоянного удаления углекислого газа из мочевого пузыря (стандартный биологический процесс), содержащего карбонат бария, сдвигая равновесие в сторону состояния оксида бария. Образовавшийся оксид бария можно отфильтровать, промыв мочевой пузырь чем-то вроде этанола, который растворяет оксид бария, но не карбонат бария. Дракон также может нагревать смесь, входя в горячий источник или другое вулканическое чудо.

Хлорид аммония не особенно ядовит и даже иногда используется в качестве пищевого ароматизатора. Оксид бария представляет собой большую проблему, поскольку он довольно ядовит, однако, если он переваривается в виде карбоната бария и обрабатывается в отдельном мочевом пузыре, я не понимаю, почему это может быть проблемой.

Дракон мог хранить оксид бария, растворенный в этаноле, до тех пор, пока он не был готов выпустить ледяное дыхание, после чего он накачивал воду в оксид бария, который быстро выпадал в осадок из этанола, превращаясь в гидроксид бария, который в основном представляет собой нерастворим в этаноле. Октагидрат гидроксида бария представляет собой кристалл, поэтому оставшаяся смесь этанола и избытка воды поможет смывать суспензию в камеру для хлорида аммония. Затем эта смесь будет быстро выбрасываться в атмосферу. Смесь остынет до ~-20°C (в зависимости от объема), что достаточно для замораживания большинства животных. В качестве побочного эффекта вы также получаете сильный запах аммиака, который очень атмосферный (без каламбура).

Жидкий азот кажется очевидным ответом. Это инертный, необработанный азот в изобилии доступен из нашей атмосферы, и его производство не является полностью невозможным.

Все, что вам нужно, это чтобы у дракона был своего рода азотный пузырь, в котором он аккумулирует азот из атмосферы (это вполне выполнимо с помощью биологических процессов).

Когда он достаточно наполнен, мочевой пузырь сужается, что значительно увеличивает давление. Это нагревает газ, поэтому вам нужна система охлаждения (например, поток крови) для отвода тепла, после чего вы продолжаете процесс (возможно, добавляя больше азота), пока он не станет жидким.

Мы знаем, что некоторые формы жизни (например , креветки-пистолеты ) могут использовать биологические процессы для кратковременного создания впечатляюще высокого давления; проблемная часть, вероятно, будет заключаться в поддержании давления (что также предотвратит замерзание дракона изнутри), но, поскольку у вас, по-видимому, уже есть летающие драконы, для этого требуется лишь небольшое дополнительное махание рукой.

Когда дракон захочет использовать свое «дыхание», он вытолкнет азот в виде потока под высоким давлением. В зависимости от рассеивания этого потока он может либо иметь большой радиус действия и покрывать сверххолодной жидкостью удаленную цель, либо растекаться, так что азот испаряется, охлаждая относительно больший объем.

"не дать дракону замерзнуть изнутри" почему это может быть проблемой? Если я правильно вас понял, азот хранится при комнатной температуре, не так ли?
@skysurf3000 Правильно, если вы никогда не сбрасываете давление, оно должно оставаться на уровне температуры тела. Я отредактирую ответ.
Креветка-пистолет на самом деле создает невероятно низкое давление , которое при схлопывании создает громкий хлопок. Акустические волны высокого давления на самом деле имеют давление менее одной атмосферы, что намного ниже 200 атмосфер, необходимых для получения жидкого азота комнатной температуры.
@ Сэмюэл Ну, я говорил об ударной волне, которая возникает, когда кавитация разрушается, но я думаю, это то, что я получаю за травлю морских биологов. У вас есть лучший пример животных, злоупотребляющих механическим преимуществом для создания высокого давления?
@МайкЛ. Я не биолог, просто инженер-электрик, но я верю, что укус крокодила направит вас на правильный путь.
Креветка-пистолет @Samuel, но она временная, в противном случае достаточно сильная, чтобы стрелять водой под давлением, как пуля

На самом деле есть две возможности, которые я вижу навскидку:

  1. Эндотермические химические реакции. Это химическая реакция, в которой вы берете два реагента, и когда они объединяются, они потребляют тепло как часть реакции. Таким образом, ваш дракон может хранить их отдельно, а «дыхание» будет там, где они пересекаются и ударяются, поглощая тепло и замораживая область.

  2. Изменения давления. Подумайте о фазовых диаграммах — в основном, когда вы увеличиваете давление, температура замерзания жидкостей снижается. Для вас это означает, что животное с зоной хранения под высоким давлением может иметь, скажем, переохлажденную воду, хранящуюся в жидкой форме ниже того уровня, который обычно замерзает. Затем он мог выпустить воду как оружие дыхания, и она немедленно кристаллизовалась и превратилась в лед из-за более низкого давления, заморозив врага.

Я думаю, что эндотермические химические вещества — ваш лучший выбор, хотя, по-видимому, есть какая-то причина, по которой существа не развили их на Земле.

Повышение давления понижает температуру плавления жидкости, это правда, но как ее на самом деле охладить? Уловки, используемые для охлаждения и сжижения газа, не работают с жидкостями.
Главной особенностью ледяных драконов является то, что они живут в холодных условиях — может быть, они летают высоко в атмосфере и используют холодный верхний воздух в качестве охлаждающей жидкости? Но я думаю, что использование чего-то вроде азота, как предлагается в другом ответе, вероятно, лучше/более реалистично.
@DanSmolinske Достаточно высоко, чтобы падение температуры могло сильно помочь с этим, кажется, что оно будет достаточно высоким, чтобы не хватило кислорода для дыхания, не говоря уже о воздухе для создания подъемной силы ...
@DanSmolinske Это основной продукт, хотя, если они живут (и, предположительно, охотятся) в полярных условиях, большую часть их добычи по необходимости не слишком беспокоит холод :)
Я думаю, что он пойдет в более холодную область, чтобы восстановить дыхание, а затем отправится на охоту в более теплую область, где животные будут восприимчивы. Забавно, что у «стандартных» фэнтезийных драконов DnD обычно есть оружие дыхания, которое не очень эффективно там, где они живут.
@МайкЛ. Почему бы тогда не использовать газ? Храните газ под высоким давлением (возможно, даже сжиженный), тогда, когда вы вдыхаете или выплевываете его, он расширяется и охлаждается.
@KSmarts Если вы посмотрите ниже, вы обнаружите, что я написал ответ на этот счет :)
@DanSmolinske Может быть, вместо того, чтобы пытаться переохладить жидкость, вы могли бы попросить дракона найти лед, который уже имеет достаточно низкую температуру, сожрать его и применить давление, чтобы разжижить его; хотя кажется, что нижний предел около 240K, что не так уж и холодно.

1. Эндотермическая реакция - или, по крайней мере, я надеюсь, что она так называется: поскольку существуют некоторые экзотермические реакции (выделяющие тепло), существуют также эндотермические реакции, которые получают все тепло от реакции, эффективно замораживая его.

Итак, кроме того:

2. Это будет не дыхание, а плевок Где-то я слышал, что яд у змей выделился из действительно кислых слюней. Принимая это за правду, были бы виды драконов с очень (???) плевками, которые вызывали бы небольшую эндотермическую реакцию на коже жертвы.

3. Это сработает только специально. Используя свои скудные базовые знания биологии и мудрость из забавных интернет-видео, я бы предположил, что такие драконы могли замораживать только (мохнатых) животных: их плевок вызывал бы эндотермическую реакцию на теле их жертвы, заставляя его замерзнуть до паралича или смерти. Я бы не сказал, что такой дракон способен все заморозить .

4. Сделать далеко плюющих драконов, чтобы добиться успеха . Это имеет эволюционный смысл. Чем дальше вы сможете плюнуть, тем легче вам будет добыть добычу.

5. Соедините плевки со звуком. Так будет выглядеть, будто они на самом деле выдыхают «зиму» (голубые плевки могут помочь).

Ну вот. Это не совсем твердо, но я думаю, что это правдоподобная теория, с которой можно работать.

Я думаю, что жидкий азот является жизнеспособным выбором по всем причинам, упомянутым Майком Л. Эта ссылка также ведет к некоторому объяснению того, как живая ткань может выжить при замерзании: вы можете безопасно окунуть руку в жидкий азот , который все кипит . к эффекту Лейденфроста

* Я бы просто добавил комментарий, но мне нужно больше представителей.

Имейте некоторую репутацию. Хороший ответ на вопрос "как можно было замерзнуть заживо?"

Я предполагаю, что ваш дракон обычной формы и, следовательно, может летать? Так что ему нужно просто взлететь на приличную высоту (может быть, среди перистых), где температура, естественно, ниже морозной - и тогда он будет дышать ледяными кристаллами без лишних ухищрений.

Я думаю, что животному потребуется:

  1. Способность выдерживать отрицательные температуры внутри своего тела. Возможно, с хорошей внутренней изоляцией и сильной внутренней системой обогрева это было бы осуществимо.

  2. Ему потребуется железа, производящая химические вещества, способные мгновенно заморозить объекты. Жидкий азот — это химия здесь. Ваше животное должно быть в состоянии производить и хранить его в большом количестве, чтобы иметь возможность использовать его в качестве основного оружия в бою.

ну в таком случае и если вы посмотрите ответы выше то увидите что СО2 лучше
Как я могу научно объяснить ледяное дыхание?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 1v