Как заморозить Ниагарские водопады?

Мне любопытно узнать, при каких условиях давления воздуха (атм), температуры, плотности растворенных веществ в воде Ниагарский водопад замерзнет?

В общем, ответ «чуть ниже 32 по Фаренгейту». Вот две вещи, которые, как может показаться, вступят в игру, но на самом деле не в заметной степени.

• Концентрация растворенного вещества

Основными растворенными веществами, присутствующими в Великих озерах, являются натрий, хлорид и множество других ионов в меньших количествах. Согласно правительственному веб-сайту , типичная концентрация натрия в Великих озерах составляет порядка 10 мг/л. Это вполне соответствует режиму поведения идеального раствора, поэтому мы получаем депрессию точки замерзания$\Delta T\approx k_fbi=0.0016$Кельвин (при условии, что NaCl). Это ничтожно мало по сравнению с сезонными колебаниями температуры, поэтому концентрацией растворенных веществ в основном можно пренебречь.

• Давление воздуха

Давлением воздуха также можно пренебречь по двум причинам. Во-первых, изменение давления по глубине воды намного больше, чем типичные колебания атмосферного давления; например, атмосферное давление колеблется от 29,5 до 30,5 дюймов ртутного столба , что сравнимо с изменением давления в футе воды (а река в большинстве мест значительно глубже одного фута). Во-вторых, даже с учетом изменений давления как в атмосфере, так и в самой воде линеаризованное соотношение Клаузиуса-Клапейрона предсказывает пренебрежимо малую зависимость от температуры. Например, для фазового перехода вода-лед получаем

$$\frac{\Delta T}{\Delta P}=\frac{T\Delta v}{L}=0.00025\mbox{K/inHg}$$ это означает, что сезонные или суточные колебания атмосферного давления изменят точку замерзания только на величину порядка милликельвина. Таким образом, вариации атмосферного давления и, скорее всего, вариации давления в зависимости от глубины воды незначительны по сравнению с сезонными вариациями температуры.

• Вещи это оставляет вне

Это, очевидно, оставляет много информации о кинетике и скорости. Например, рассеянный нагрев у подножия водопада нагреет там воду примерно на

$$\Delta T=\frac{mgh}{C_p}=0.12\mbox{K}$$ который легко подавляет вклад из-за давления воздуха и концентрации растворенного вещества. Это также игнорирует эффекты зародышеобразования и скорость охлаждения от испарительного охлаждения и воздушного охлаждения, поэтому ничего не говорит о том, как долго придется ждать, пока весь водопад замерзнет при такой-то температуре. Тем не менее, я думаю, можно с уверенностью сказать, что температура должна быть немного ниже 32F, чтобы водопад замерз. Также, возможно, стоит просмотреть исторические архивы и посмотреть, какой была средняя температура в те годы, когда были размещены фотографии, которые вы разместили.

Я не совсем уверен, что вы имеете в виду под силой Ван-дер-Ваальса, поскольку она в значительной степени будет постоянной в пределах данного вещества.

рассмотрите условия почти полностью замерзшего водопада: это означает, что водные ответвления с самой вершины водопада замерзли, соединенные с нижней частью водопада.

На изображении, которое вы показали, материал, соединяющий вершину водопада со дном, представляет собой сосульку, которая может образоваться только при не очень быстром течении воды, иначе высокая скорость потока воды может растопить сосульку.

Существуют ли простые качественные соотношения или количественные формулы, описывающие температуру замерзания водопада?

Первое, что нужно знать, это то, что водопады не являются статической системой, поэтому они не могут быть определены исключительно термодинамическими переменными.$P$,$V$,$T$. Также температура воздуха может отличаться от температуры реки. Поскольку вода течет под действием силы тяжести, ее трудно заморозить, поскольку энергия гравитации продолжает преобразовываться в тепло из-за трения и вязкости (иначе вода текла бы все быстрее и быстрее, а это не так). Более того, когда температура достаточно низкая, на вершине реки образуется лед. Лед не является хорошим проводником, поэтому река полностью замерзает еще дольше. Оно похоже на «замерзшее» озеро, часто имеющее толстый слой льда сверху и воду под ним. В таких случаях температура воды обычно близка или немного выше$0^oC$, что выше температуры атмосферы.

Это означает, что простого единого состояния «застывшего» водопада не существует. Это также зависит от формы реки и «внешнего» фактора, кроме самой реки. Наоборот, это может быть достигнуто с помощью многих различных условий.

Тем не менее, наиболее важным фактором должен быть медленный поток воды. Важным фактором является ширина и глубина реки. Кроме того, окружность водопада. Поскольку мы учитываем, сколько времени требуется сосульке, чтобы соединиться со дном, высота водопада также является фактором. Самое главное, чтобы было достаточно времени без дождя и холода, чтобы заморозить исток реки, поэтому объем воды был низким. С их комбинацией мы сможем увидеть, как водопад замерзает спустя долгое время.

рассмотрите условия почти полностью замерзшего водопада: это означает, что водные ответвления с самой вершины водопада замерзли, соединенные с нижней частью водопада.

пока вода достигает нуля градусов C... она замерзает... независимо от ситуации... положение... местонахождение... и т.д.