Равномерно ли расширяется вода в твердом сосуде, открытом с одного конца?

Допустим, есть полужесткий контейнер (скажем, пластиковый). Он наполняется на 90% водой и ставится в морозильную камеру в вертикальном положении. Верхняя часть контейнера открыта. Когда вода замерзает, я понимаю, что она расширяется примерно равномерно во всех направлениях: https://www.reddit.com/r/askscience/comments/278z5x/when_water_freezes_does_it_expand_uniformly_in/ Итак, мой вопрос: перестанет ли лед расширяться равномерно после того, как он достигает стенок сосуда? Будет ли он расширяться только по одной оси, как только достигнет этих стен?

Я также знаю, что вода замерзает сверху вниз из-за изменения плотности при замерзании: Почему вода замерзает сверху вниз Итак, я представляю, что вода замерзнет в верхней части ватерлинии, а затем кусок льда будет толкать вверх в контейнере, поскольку он продолжает замерзать. Это правда? Не будут ли боковые стенки испытывать давление, если контейнер не закрыт? Или контейнер все равно будет выпирать по бокам? Если он вздувается, то что заставляет лед продолжать расширяться к боковым стенкам?

Я не думаю, что "вода замерзает сверху донизу" - правильное утверждение. Замерзает там, где холодно. А еще важна скорость охлаждения.
Извините, я понимаю это. Я думаю, что поговорка «сверху вниз» возникла из-за наблюдения за замерзанием озер. Земля действует как изолятор, поэтому сначала замерзает верхняя часть воды. Это можно наблюдать и в толстостенных контейнерах.
Из видео видно, что вода, соприкасающаяся с любой стенкой контейнера, сначала замерзает и выталкивает воду сверху. Очень интересно. Бутылка, кажется, вообще не выпирает во время этого процесса.

Ответы (1)

Вот как я понимаю - это будет зависеть от точной формы контейнера и токопроводящих свойств стенок.

Как вы говорите, сначала замерзнет поверхность жидкости. Этому есть две причины. Во-первых, вода при 0 °C имеет меньшую плотность, чем вода при 4 °C, поэтому «холодная вода поднимается наверх». А поскольку самая холодная вода замерзнет первой (за исключением эффектов зародышеобразования), замерзание начнется с пленки на поверхности.

Однако, как только вся жидкость достигает температуры 0 ° C, любое место, где вода может потерять теплоту плавления, в принципе может стать льдом. Если стены обладают достаточной проводимостью, в конечном итоге вода, прилегающая к стенам, замерзнет быстрее, чем вода подо льдом на поверхности (по мере того, как слой льда становится толще, он начинает действовать как изолятор). И как только у вас есть область льда «со всех сторон контейнера», увеличение объема, сопровождающее дальнейшее замораживание, приведет к изостатическому увеличению давления внутри «ледяного сосуда высокого давления». В принципе, это приведет к давлению во всех направлениях, а поскольку лед наверху, как правило, толще (и, следовательно, жестче), вы можете себе представить, что большее давление будет оказываться сбоку.

Если емкость достаточно неглубокая и/или стенки достаточно изолирующие, замораживание может продолжаться сверху вниз. Это зависит...

Я понимаю. Таким образом, в более экстремальном случае, когда у вас есть тонкостенный стальной контейнер (т.е. контейнер очень теплопроводный), тогда определенно будут проблемы с давлением на стенках контейнера. Кроме того, контейнер, который я себе представляю, представляет собой простую трубу с гладкими стенками, закрытую снизу, чтобы она могла удерживать воду.
Да, это мое понимание.
При определенных условиях вы получаете ледяные шипы .
Я еще немного подумал о форме контейнера. Если бы у меня был конусообразный контейнер с острием вниз, замораживание должно происходить снизу вверх из-за увеличения отношения поверхности к объему вблизи дна, и в результате это должно значительно уменьшить давление на боковые стенки. Это звучит правильно?
@jasonbcox, если у вас есть достаточная проводимость через стены, тогда да, это будет способствовать росту снизу вверх. Но только в небольших сосудах, и если вода уже равномерно при 0°С. Помните, что в большом сосуде (озере и т. д.) вода с температурой 4 °C будет опускаться на дно (самая высокая плотность). Если вы начинаете с «теплой» воды, форма конуса может оказаться недостаточной для обеспечения замораживания снизу вверх.
Равномерно ли расширяется вода в твердом сосуде, открытом с одного конца?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v