Почему замерзает вода: Чому замерзає і кипить вода

Замерзание морской воды » Детская энциклопедия (первое издание)

Соленость морской воды

Течения мирового океана

Морская вода замерзает при температурах ниже нуля градусов. Чем больше соленость морской воды, тем ниже температура ее замерзания. Это можно видеть из следующей таблицы:

Эта таблица показывает, что увеличение солености на 2 °/₀₀ понижает температуру замерзания приблизительно на одну десятую градуса.

Для того чтобы начала замерзать вода с океанической соленостью 35 °/₀₀, ее нужно охладить ниже нуля почти на два градуса.

Выпадая на незамерзшую пресную речную воду, обычный снег с температурой таяния, равной нулю градусов, как правило, тает. Если же этот самый снег выпадает на незамерзшую морскую воду с температурой —1°, то он не тает.

Зная соленость воды, можно определить температуру замерзания любого моря, пользуясь приведенной выше таблицей.

Соленость воды Азовского моря зимой около 12 °/₀₀; следовательно, вода начинает замерзать только при температуре 0°,6 ниже нуля.

В открытой части Белого моря соленость доходит до 25 °/₀₀. Значит, для замерзания вода должна охладиться ниже минус 1°,4.

Нилас

Вода с соленостью 100 °/₀₀ (такую соленость можно встретить в Сивашах, отделенных от Азовского моря Арабатской стрелкой) будет замерзать при температуре минус 6°,1, а в Кара-Богаз-Голе соленость больше 250 °/₀₀, и вода замерзает только тогда, когда ее температура опускается значительно ниже 10° мороза!

Когда соленая морская вода охлаждается до соответствующей температуры замерзания, в ней начинают появляться первичные ледяные кристаллы, имеющие форму очень тонких шестигранных призм, похожих на иглы.

Поэтому их обыкновенно называют ледяными иглами. Первичные ледяные кристаллы, образующиеся в соленой морской воде, не содержат соли, она остается в растворе, увеличивая его соленость. В этом легко убедиться. Собрав ледяные иглы сачком из очень тонкой марли или тюля, надо ополоснуть их пресной водой, чтобы смыть соленую воду, а затем растопить в другой посуде. Получится пресная вода.

Лед, как известно, легче воды, поэтому ледяные иглы всплывают. Их скопления на поверхности воды напоминают по внешнему виду пятна жира на остывшем супе. Эти скопления так и называются салом.

Если мороз усиливается и поверхность моря быстро теряет тепло, то сало начинает смерзаться и при тихой погоде возникает ровная, гладкая, прозрачная ледяная корка, которую поморы, жители нашего северного побережья, называют нилас. Он так чист и прозрачен, что в хижинах, сделанных из снега, его можно употреблять вместо стекла (конечно, если внутри такой хижины нет отопления). Если растопить нилас, то вода окажется соленой. Правда, соленость ее будет ниже, чем воды, из которой образовались ледяные иглы.

Блинчатый лед

Отдельные ледяные иглы не содержат соли, а в образовавшемся из них морском льде появляется соль. Это происходит потому, что беспорядочно расположенные ледяные иглы, смерзаясь, захватывают мельчайшие капельки соленой морской воды. Таким образом, в морском льде соль распределяется неравномерно — отдельными включениями.

Соленость морского льда зависит от температуры, при которой он образовался. При небольшом морозе ледяные иглы смерзаются медленно и захватывают мало соленой воды. При сильном морозе ледяные иглы смерзаются гораздо быстрее и захватывают много соленой воды. В этом случае морской лед окажется более соленым.

Когда морской лед начинает таять, то из него прежде всего вытаивают соленые включения. Поэтому старый, многолетний полярный лед, несколько раз «перелетовавший», становится пресным. Полярные зимовщики используют для питьевой воды обычно снег, а когда его нет, то старый морской лед.

Если во время образования льда идет снег, то он, не растаивая, остается на поверхности морской воды, пропитывается ею и, смерзаясь, образует мутный, белесоватый, непрозрачный неровный лед — молодик. И нилас и молодик при ветре и волнении разламываются на куски, которые, сталкиваясь друг с другом, обивают углы и постепенно превращаются в круглые льдины — блинки. Когда волнение ослабевает, блинки смерзаются, образуя сплошной блинчатый лед.

У берегов, на отмелях, морская вода остывает скорее, поэтому лед появляется раньше, чем в открытом море. Обычно лед примерзает к берегам, это припай. Если морозы сопровождаются тихой погодой, припай быстро растет, достигая иногда ширины многих десятков километров. Но сильные ветры и волнения разламывают припай. Оторвавшиеся от него части уплывают по течению, уносятся ветром. Так возникают плавучие льды. В зависимости от размеров они носят различные названия.

Плавучие льды

Ледяным полем называются плавучие льды площадью более одной квадратной морской мили.

Обломками ледяного поля называют плавучие льды длиной больше одного кабельтова.

Крупнобитый лед короче одного кабельтова, но больше одной десятой кабельтова (18,5 м). Мелкобитый лед не превышает одной десятой кабельтова, а ледяная каша состоит из мелких кусков, кувыркающихся на волнах.

Течения и ветер могут прижать плавучие льдины к припаю или друг к другу. Давление ледяных полей друг на друга вызывает дробление плавучих льдов. При этом обычно создаются нагромождения мелкобитого льда.

Когда одиночная льдина становится на дыбы и в таком положении вмерзает в окружающий лед, она образует ропак. Ропаки, засыпанные снегом, плохо видны с самолета и при посадке могут быть причиной катастрофы.

Часто при давлении ледяных полей образуются ледяные валы — торосы. Иногда торосы достигают высоты в несколько десятков метров. Торосистый лед трудно проходим, особенно для собачьих упряжек. Он представляет собой серьезное препятствие даже для мощных ледоколов.

Торосы

Обломок тороса, возвышающийся над поверхностью воды и легко уносимый ветром, называется несяком. Несяк, севший на мель, называют стамухой.

Вокруг Антарктиды и в Северном Ледовитом океане встречаются ледяные горы — айсберги. Это обычно обломки материкового льда.

В Антарктиде, как это недавно установили исследователи, айсберги образуются и в море, на материковой отмели. Над поверхностью воды видна лишь часть айсберга. Большая же его доля (около 7/8) находится под водой. Площадь подводной части айсберга всегда гораздо больше, чем надводная. Поэтому айсберги опасны для кораблей.

Теперь айсберги легко обнаруживаются вдали и в тумане посредством точных радиоприборов на корабле. Раньше же были случаи столкновений кораблей с айсбергами. Так погиб, например, в 1912 г. огромный океанский пассажирский пароход «Титаник».

В приполярных зонах вода, остывая, становится более плотной и опускается на дно. Оттуда она медленно сползает к экватору. Поэтому на всех широтах глубинные воды холодные. Даже у экватора придонные воды имеют температуру только 1-2° выше нуля.

Так как от экватора течения уносят теплую воду в умеренные широты, то на ее место из глубины очень медленно поднимается холодная вода. На поверхности она снова прогревается, уходит в приполярные зоны, где остывает, опускается на дно и по дну снова перемещается к экватору.

Таким образом, в океанах существует своеобразный круговорот воды: по поверхности вода движется от экватора в приполярные зоны и по дну океанов — из приполярных зон к экватору. Этот процесс перемешивания воды наряду с другими явлениями, о которых говорилось выше, создает единство Мирового океана.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Соленость морской воды

Течения мирового океана

Побит рекорд температуры замерзания воды

Знание того, как и почему вода превращается в лед, необходимо для понимания широкого спектра природных процессов. На колебания климата, динамику облаков и круговорот воды влияет трансформация воды и льда, как и на животных, живущих в условиях замерзания. 

Читайте также: ООН зафиксировала самую высокую температуру в Арктике

Древесные лягушки, например, переживают зиму на суше, позволяя своим телам замерзать. Это позволяет им выходить из спячки быстрее, чем виды, зимующие глубоко под водой, не замерзая. Но кристаллы льда могут разрывать клеточные мембраны, поэтому животным, которые используют эту технику, необходимо найти способ предотвратить образование льда в их клетках и тканях. Лучшее понимание того, как замерзает вода, может привести к лучшему пониманию этих экстремальных видов.

Хотя эмпирическое правило гласит, что температура воды замерзает при 0 градусов по Цельсию, вода может оставаться жидкой в ​​диапазоне низких температур при определенных условиях. До сих пор считалось, что этот диапазон остановился на отметке минус 38 градусов по Цельсию. Чуть ниже — и вода должна замерзнуть. Но в исследовании, опубликованном 30 ноября в журнале Nature Communications, исследователям удалось удерживать капли воды в жидком состоянии при температуре до -44 градуса по Цельсию. 

К их прорыву было два ключа: очень маленькие капельки и очень мягкая поверхность. Они начали с капель размером от 150 нанометров, размером чуть больше частицы вируса гриппа, до двух нанометров, кластера всего из 275 молекул воды. Такой диапазон размеров капель помог исследователям раскрыть роль размера в преобразовании воды в лед.

Читайте также: На Южном полюсе зарегистрирована самая холодная зима за всю историю

«Мы рассмотрели все эти диапазоны, чтобы понять, при каких условиях будет образовываться лед — какая температура, какой размер капель», — сказал соавтор исследования Хади Гасеми, профессор машиностроения из Хьюстонского университета. «И что еще более важно, мы обнаружили, что если капли воды покрыты мягкими материалами, температура замерзания может быть снижена до действительно низкой температуры».

В качестве мягкого материала они использовали октан — масло, которое окружало каждую каплю в наноразмерных порах анодированной мембраны из оксида алюминия. Это позволило каплям принимать более округлую форму под большим давлением, что, по словам исследователей, важно для предотвращения образования льда при таких низких температурах.

Поскольку практически невозможно наблюдать процесс замерзания в таких небольших масштабах, исследователи использовали меры электропроводности — поскольку лед более проводим, чем вода — и свет, излучаемый в инфракрасном спектре, чтобы уловить точный момент и температуру, при которых капли трансформируются из вода для льда.  

Они обнаружили, что чем меньше размер капли, тем холоднее она должна быть для образования льда, а для капель размером 10 нанометров и меньше скорость образования льда резко падает. В мельчайших каплях, которые они измерили, лед не образовывался, пока вода не достигла -44 ° C. 

Читайте также: Физики создали самую низкую температуру из когда-либо зарегистрированных

Означает ли это, что микроскопические капли в облаках и биологических клетках могут стать еще холоднее, чем мы думали? «Как ученый, я бы сказал, что мы еще не знаем», — сказал Гасеми.

Но это открытие может иметь большое значение для предотвращения обледенения искусственных материалов, таких как авиационные и энергетические системы, сказал Гасеми. Если вода на мягких поверхностях замерзает дольше, инженеры могут включить в свои конструкции смесь мягких и твердых материалов, чтобы на этих поверхностях не образовывался лед.

«Есть так много способов использовать эти знания для проектирования поверхностей, чтобы избежать образования льда», — сказал Гасеми. «Как только мы получим это фундаментальное понимание, следующим шагом будет проектирование этих поверхностей на основе мягких материалов».

Напомним, ранее сообщалось, что ученые побили рекорд самой холодной температуры.

• Теги:
• рекорд
• вода
• температура

Почему на поверхности озера образуется лед?

Категория: Науки о Земле      Опубликовано: 5 декабря 2013 г.

При температуре ниже 4° по Цельсию вода становится менее плотной по мере того, как становится холоднее, в результате чего вода, которая вот-вот замерзнет, ​​всплывает на поверхность. Изображение общественного достояния, источник: Кристофер С. Бэрд. Источник данных: CRC Handbook of Chemistry and Physics.

Теплая вода обычно становится более плотной по мере того, как становится холоднее, и поэтому тонет. Этот факт может навести вас на мысль, что сначала лед должен образоваться на дне озера. Но забавная вещь происходит с водой, когда она становится еще холоднее. Холоднее 4° по Цельсию (39° по Фаренгейту), вода начинает расширяться и становится менее плотной по мере того, как становится холоднее. В результате, близкие к замерзанию, более холодная вода всплывает наверх, а более теплая опускается на дно. Плотность воды как функцию температуры можно увидеть на графике справа. В конце концов, самая холодная вода, всплывшая на поверхность озера в зимних условиях, замерзает, образуя слой льда. Когда вода превращается в лед, лед становится значительно менее плотным, чем вода, и продолжает плавать на поверхности озера.

Лед менее плотный, чем вода, из-за того, что он образует гексагональную кристаллическую структуру. Каждая молекула воды состоит из двух атомов водорода, связанных с нижней частью атома кислорода. При образовании льда атомы водорода одной молекулы воды образуют слабые водородные связи с вершиной атомов кислорода двух других молекул воды. Выстраивание молекул воды в таком порядке занимает больше места, чем их случайное смешивание (как в случае с жидкой водой). А поскольку та же масса молекул занимает больше места при замерзании, лед менее плотный, чем жидкая вода. По этой же причине вода с температурой ниже 4° по Цельсию становится все менее плотной по мере того, как становится холоднее. Вблизи температуры замерзания молекулы жидкой воды начинают выстраиваться в заполняющую пространство гексагональную структуру.

Зимой температура в озере достаточно близка к нулю, поэтому более холодная вода становится менее плотной и всплывает на поверхность. Изображение общественного достояния, источник: Кристофер С. Бэрд.

В учебнике по проектированию льда на реках и озерах Джорджа Д. Эштона говорится: «Когда озеро охлаждается выше 4 ° C, поверхностная вода теряет тепло, становится более плотной и опускается. Этот процесс продолжается до тех пор, пока вся вода в озере не достигнет 4°С, когда плотность воды максимальна. При дальнейшем охлаждении (и без механического перемешивания) на поверхности образуется устойчивый, более легкий слой воды. По мере охлаждения этого слоя до точки замерзания на поверхности начинает образовываться лед. поверхность озера».

В глубоких озерах также может играть роль давление воды. Гравитационный вес всей воды, находящейся выше в озере, давит на воду в глубине озера. Давление позволяет воде у дна озера остывать, не расширяясь и не поднимаясь. Из-за давления вода на дне глубоких озер может стать холодной, не превращаясь в лед.

Темы:
плотность, замораживание, замороженные, лед, озеро, озерный лед, вода, Погода

Почему масло и вода замерзают по-разному?

Почему и зачем Mètode

Вопрос отправлен DÍDAC COROMINAS (Жирона). FERNANDO SAPIÑA ответы:

И оливковое масло, и питьевая вода в основном состоят из молекул определенного типа — триацилглицеролов (обычно известных как триглицериды) в первом случае и воды во втором случае. Вода и оливковое масло содержат растворенные вещества, но в таких малых количествах, что практически не влияют на эти жидкости в процессе охлаждения. В то время как в воде мы находим только один тип молекулы, в оливковом масле мы находим разные типы молекул триглицеридов, поэтому температура замерзания воды составляет 0ºC, а температура замерзания оливкового масла колеблется от 23ºC до 5,5ºC. В жидком состоянии молекулы воды —h3O— находятся в непрерывном движении: они крутятся, двигаются и подпрыгивают.

В газообразном состоянии молекулы находятся очень далеко друг от друга, а в жидком состоянии они очень близки друг к другу из-за сил притяжения между ними. Когда вода остывает, молекулы постепенно уменьшают скорость своего движения, пока не достигнет 0ºC, когда жидкость затвердеет. Во льду молекулы воды не двигаются и не вращаются — они остаются спокойными и организованными. Однако во льду все же есть движение: атомы водорода колеблются в своем равновесном состоянии, и чем ниже температура льда, тем меньше они колеблются. Температура замерзания жидкости зависит от величины сил притяжения между молекулами, из которых она состоит.

Мы уже говорили, что в оливковом масле мы находим разные виды молекул. На самом деле триацилглицеролы представляют собой относительно сложные молекулы. Их ядро ​​происходит от молекулы глицерина, которая связана с тремя молекулами жирных кислот. Различные триацилглицеролы различаются жирными кислотами, которые они содержат, и их соединением в глицериновом ядре. В оливковом масле наиболее распространенными жирными кислотами являются олеиновая кислота (O), пальмитиновая кислота (P), линолевая кислота (L) и стеариновая кислота (S). И если мы идентифицируем один триацилглицерин с соответствующими буквами содержащихся в нем жирных кислот, следуя порядку, в котором они связаны с ядром глицерина, наиболее распространенными триглицеридами в типичном оливковом масле являются ООО (62%), ПОО (30%). %), ООЛ (4%) и СОО (2%).

Что происходит, когда оливковое масло остывает? Каждый из его триацилглицеролов имеет свою точку замерзания: ООО: 5,5ºC; ПОО: 18ºC; ООЛ: -2,8ºC; и СОО: 23ºC. Поэтому при замерзании начинают появляться кристаллы этих соединений в зависимости от их температуры замерзания.