Что происходит с водяным охлаждением при постоянном объеме, но выше точки замерзания?

В связи с этим популярным вопросом: насколько велика сила расширения льда при замерзании?

Мы охлаждаем H2O до абсолютного нуля, сохраняя при этом объем (плотность) постоянным. Ответы сосредоточены на твердой части, поскольку H2O обычно расширяется при замерзании.

А как же жидкостная часть охлаждения?

Мы держим общую плотность, но лучше всего думать об этом как об эквиваленте «камеры заданного размера и отводимого тепла».

Если мы начнем при комнатных давлении и температуре, то при охлаждении воды до 0°C не должна ли жидкая часть уменьшиться (очень незначительно) в плотности? Я не могу решить:

  1. Жидкость будет скапливаться под крошечным в основном вакуумом с небольшим количеством водяного пара, все еще почти точно при комнатном давлении.

  2. Давление будет уменьшаться до тех пор, пока плотность жидкости при 0°С не совпадет с плотностью жидкости при 30°С, и вода все еще будет заполнять камеру.

Что случилось бы? Изменяет ли это присутствие гравитации? (Пожалуйста, обязательно рассмотрите оба вопроса)

При какой температуре и давлении (или плотности) вы начинаете охлаждение?
Комнатная температура и давление

Ответы (2)

Согласно фазовым диаграммам в ссылке, если начать с жидкой воды, скажем, при 20°С и 1 атм и охладить ее, поддерживая фазовое равновесие, то жидкость сожмется и испарится (вверху, в поле силы тяжести) до поддерживать давление 3,2 кПа, снижающееся до 0,6 кПа при 0°С. (Жидкость начнет расширяться при 4°C, но недостаточно, чтобы снова заполнить контейнер.) Затем пар исчезнет, ​​и пространство будет полностью заполнено жидким льдом Ih до тех пор, пока вы не достигнете -22°C, в этот момент жидкость замерзнет с образованием смеси льда-Ih и льда-III.

Ладно, круто. Спасибо. Я видел коэффициенты сжатия и плотность по темп. похоже, что вода может охлаждаться только на сотые доли градуса, ЕСЛИ давление упадет до нуля (чего не будет), чтобы давление расширило воду настолько, чтобы сохранить плотность. Я не понимаю 3,2 атм, которые вы написали? Затем приходит пар, как вы сказали. Итак, когда сначала доходит до 0С, это вода и пар, затем в водной части образуется лед, который имеет меньшую плотность; поэтому, когда образуется достаточно льда, пар уходит, а давление начинает увеличиваться по мере увеличения количества льда?? Я не вижу, как на диаграммах происходит испарение или кипение. Пар — это газ?
Я имел в виду 3,2 кПа, а не атм. Я также вижу, что это должно быть p для фазового перехода при 20 ° C, так что неважно. Кроме того, если у нас есть лед, пар и вода, это должна быть тройная точка. и я только что проверил, что 0,6 - это давление в тройной точке 😀. Остаются последние два предложения в приведенном выше, два вопроса, если хотите. еще раз спасибо
Пар часто означает газ, находящийся в равновесии с конденсированной фазой под ним, как в данном случае. Жидкость не будет кипеть (т. е. образовывать зародыши пузырьков), поскольку предполагается, что все эти процессы происходят достаточно медленно, чтобы поверхностное испарение было достаточным для поддержания равновесия. (Но если вы быстро создадите вакуум над жидкой водой, она может закипеть.) Да, когда пар исчезает при 0 ° C, давление резко возрастает, как обсуждалось в другом ответе.
Спасибо. Я всегда думал о паре и испарении как о чем-то принципиально другом, причем пар — это на самом деле не фаза, а просто немного пара или даже просто частицы жидкости, которые мигрируют или рассеиваются. Я подозреваю, что большинство людей, даже многие технические специалисты. Хотя это неправильно, очевидно. Думаю, большой разницы нет, просто кипением называется процесс своего рода «быстрого испарения». В любом случае есть хороший.

Вы можете использовать фазовые диаграммы из предыдущего Q / A, который вы связали.

Как правило, если давление падает за пределы того, что фаза может поддерживать при определенной температуре, появляется другая фаза, чтобы «фиксировать» давление до значения, приемлемого для обеих фаз.

Если вы начнете, например, с воды 100°C при давлении 1 бар, «вспомогательной» фазой будет пар, по крайней мере, до 0°C. Все состояния с постоянным объемом ниже этой температуры будут иметь более низкое давление и некоторый объем, занимаемый водяным паром.

В тройной точке часть воды замерзнет и расширится, израсходовав объем паровой фазы.

Затем вы получите смесь между жидкостью и обычным льдом (Ih) вплоть до образования льда III.

Спасибо. Большой. Итак, когда сначала температура достигает около 0°С, это вода и пар ниже 1 атм, затем в водной части образуется лед, который имеет меньшую плотность; поэтому, когда образуется достаточно льда, пар уходит, а давление начинает увеличиваться по мере увеличения количества льда?? Я не вижу, как на диаграммах происходит испарение или кипение. Пар — это газ?
эээ... я ошибаюсь. Обновлять.
Никогда не хотел так сильно, чтобы дать два зеленых чека, лол. Ваше обновление отвечает на мой первый вопрос выше, только на последнее предложение моего комментария, если хотите
Что происходит с водяным охлаждением при постоянном объеме, но выше точки замерзания?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v