Почему лед замерзает вверх

Почему лед замерзает вверх

2015-03-27
Теплая вода, охлаждаясь становиться более плотной и, следовательно, опускается на дно. То есть лед должно образовываться на дне озера в первую очередь. Но этот процесс происходит только до отметки 4 градуса по Цельсию, далее вода начинает опять расширяться и становится менее плотной. Таким образом, в точке близкой к замораживанию, холодная вода всплывает на поверхность, а теплая вода опускается на дно. В конце концов, вода в верхней части озера в зимних условиях, замерзнет и превращается в слой льда. Кроме того, когда вода замерзает и превращается в лед, лед становится значительно менее плотным, чем вода и продолжает плавать на поверхности озера.

Лед имеет меньшую плотность, чем вода, из-за того, что он имеет гексагональную кристаллическую структуру. Каждая молекула воды состоит из двух атомов водорода, связанных с атомом кислорода. При формировании льда, атомы водорода одной молекулы образуют слабые водородные связи с атомами кислорода двух других молекул воды. Выстраиваемые молекулы воды в этой модели занимают больше места, чем хаотически перемешанные молекулы в жидкой воде. Следовательно, лед является менее плотным. По той же причине вода, ниже 4 градусов по Цельсию становится все менее плотной.

Так что теперь мы понимаем, почему лед плавает на поверхности воды, но, как это работает на водоемах? Представьте себе, что это начало зимы, и температура только недавно стала ниже точки замерзания. Воздух меняет температуру быстрее, чем вода — вот почему вода в водоеме, кажется, гораздо теплее, в вечернее время. Воздух охлаждается ночью, но вода в водоеме остается почти такой же горячий. Таким образом, хотя воздух холодный, вода не замерзает. Вода в верхней части водоеме находится в непосредственном контакте с холодным воздухом и все время охлаждается. Образующейся на поверхности лед также действует в качестве барьера, или изолятора, между холодным воздухом и теплой воды под ним.

Последний факт позволяет воде в озерах и прудах не замерзать до самого дна, что позволяет растениям и рыбам пережить зиму в условиях севера.

Источник

IT News

Last update Вс, 29 Янв 2017 11pm

Почему вода замерзает сверху?

Первым признаком зимы является плавающий на поверхности прудов и озер лед. Это может показаться тривиальным и не очень важным, но если бы вода вела себя аналогично практически всем другим жидкостям, никто бы не смог кататься на коньках на пруду, потому что лед опускался бы на дно сразу же после своего образования. Что еще хуже, Земля в этом случае, по-видимому, была бы безжизненной пустыней, так как большая часть воды лежала бы в виде льда на дне океанов, озер и рек.

Большинство жидкостей сжимаются при охлаждении, уменьшаясь в объеме и увеличивая свою плотность. Например, твердый свечной воск опускается на дно миски с более горячим расплавленным воском. Вода также сжимается, но только до тех пор, пока не достигнет 4°С (39°F). Ниже этой температуры вода начинает расширяться и ее плотность уменьшается. Поэтому лед легче воды, находящейся вблизи точки замерзания, и как результат, он плавает.

Как вода замерзает

1. Вода в пруду, охлажденная до 4°С (39°F), становится плотнее и опускается на дно. Более теплая и поэтому более легкая вода поднимается к поверхности, охлаждается и также опускается вниз.
2. Когда последняя порция воды охладится до 4°С (39°F), конвекция, под действием которой холодная вода опускается вниз, а более теплая вода поднимается вверх, прекращается. В этом случае вся вода имеет одинаковую температуру. Плотность воды также одинакова.
3. Когда вода в поверхностном слое охладится ниже 4°С (39°F), она расширяется и становится менее плотной. Поскольку вода при 3°С (37°F) легче, чем при 4°С (s39°F), более холодная вода остается наверху.
4. Поверхностный слой воды продолжает охлаждаться с дальнейшим уменьшением плотности. Наконец, при 0°С (32°F) поверхностный слой воды превращается в лед.

Температурное расширение и плотность воды

При температурах выше 4°С (39°F) вода при охлаждении сжимается, достигая своей наибольшей плотности при 4°С. Однако, если охлаждение продолжается и температура падает ниже 4°С, вода начинает расширяться и ее плотность уменьшается. Количественно плотность равна массе единицы объема вещества и обычно измеряется в г/см 3 .

Воск и лед замерзают по-разному

На поверхности кубика льда образуется выпуклость (левый рисунок), потому что вода в центре кубика замерзает последней и, расширяясь по мере замерзания, может только подниматься вверх. В противоположность этому, в верхней части кубика воска образуется углубление, потому что воск (средний рисунок ) сжимается после затвердевания. Жидкости, сжимающиеся при замерзании равномерно (правый рисунок) формируют вогнутую поверхность.

Время года и температура воды в озере

Летом вода теплее у поверхности, чем в глубине. Зимой озеро может покрыться льдом, и вода в глубине станет теплее, чем на поверхности.

Источник

Почему лед замерзает вверх

Почему вода замерзает сверху вниз?

Вода замерзает сверху вниз, что позволяет льду плавать — из-за странной причуды в том, как плотность воды ведет себя при падении температуры. Плотность представляет собой массу единичного объема материального вещества; это по существу мера того, насколько плотно упакованы атомы и молекулы вещества. Для большинства соединений температура падения приводит к тому, что объем соединения уменьшается, а его плотность возрастает, когда атомы и молекулы становятся более плотно упакованными вместе. Например, карман теплого воздуха поднимается и расширяется, потому что он менее плотный, чем крутой воздух вокруг него. И наоборот, карман прохладного воздуха опускается и сжимается, становясь немного толще и плотнее, когда он падает. Вода ведет себя аналогично, но только до определенной температуры. Плотность охлаждающей воды увеличится до тех пор, пока температура воды не достигнет 4 ° C (39,2 ° F). Если вода продолжает охлаждаться, ее плотность снова начнет расти, и вода (теперь в ее твердом состоянии) будет расширяться. Именно это свойство воды позволяет льду вклинивать открытые трещины в тротуарах и скалах и заставляет банки и бутылки безалкогольных напитков взорваться в морозильной камере.

При температуре 4 ° C вода все еще находится в жидкой форме. В озерах и реках эта вода будет охлаждаться на поверхности, плотнее и снижаться. Когда вода приблизится к точке замерзания (0 ° C [32 ° F]), она станет менее плотной, чем окружающая ее вода, и она поднимется до верха водного столба. Если бы вода вместо этого застыла со дна озера или реки на вершину, были бы глубокие экологические последствия. Мелкие озера замерзли; если растения, животные и другие организмы, живущие там, не имеют какой-либо адаптации, которая бы не замерзала их ткани, они умрут. В более крупных озерах пол льда и слякоть охлаждает воду выше, возможно замедляя обмен веществ и темпы роста организмов, которые выжили в верхнем течении озера. В этих условиях Земля выглядела бы совсем иначе; полярные области планеты были бы почти лишены жизни, и каждый год среднесрочные растения, животные и другие организмы столкнулись бы с перспективой недостижимой жидкой воды в замороженных местах обитания.

Источник

Как образуются ледяные шипы?

Брендон

Недавно я увидел эту фотографию в Твиттере, на которой изображен так называемый ледяной шип, поднимающийся из подноса с кубиками льда.

Я прочитал страницу Википедии, но это не так много значит для меня. Мой инстинкт был в том, что это вызвано вибрациями от морозильника, создающего резонансную частоту на поверхности воды, и шип постепенно «нарастал», когда вода замерзает. Но я не физик, поэтому я не знаю, имеет ли это смысл. Я в идеале ищу объяснения непрофессионала, почему это происходит.

Питер Шор

userLTK

Филипп Гиббс — неактивен

Я думаю, что то, что происходит в грубом качественном выражении, состоит в том, что вода замерзает по бокам, а верхняя часть сначала оставляет дыру в центре. Лед расширяется на 4% -9% при замерзании, поэтому вода под ним замерзает, выталкивая оставшуюся воду вверх через отверстие, которое замерзает по краю. Отверстие сжимается по мере того, как вода замерзает и поднимается вокруг своего края, образуя основание шипа. Шип является полым, поэтому вода выталкивается вверх, где она замерзает на краю, что удлиняет спицу

Обновление: если вы ищете ледяной шип на youtube, вы найдете несколько хороших видеороликов с замедленной съемкой, показывающих формирование этих шипов. Мне особенно нравится этот, потому что вы можете видеть, как незамерзающая вода поднимается внутри шипа.

Иногда в большом контейнере для воды вы можете получить форму перевернутой пирамиды. Объяснение то же самое, и форма обусловлена ​​кристаллической природой льда. Это видео показывает явления

Источник

Намерзает лёд на задней стенке холодильника. Что делать?

Задняя стенка холодильника — это своеобразный индикатор, сигнализирующий о возможных проблемах в его работе. Внимательно приглядевшись к её поверхности, можно довольно точно диагностировать большинство неисправностей холодильного аппарата, а значит — вовремя предпринять соответствующие меры. Давайте вместе разберёмся в том, почему на стенке холодильника намерзает лёд и что с этим делать.

Лёд или снег на задней стенке холодильной камеры может свидетельствовать о проблемах в его работе

Многое зависит от системы охлаждения

Холодильники могу отличаться друг от друга не только цветом, размером и внутренней компоновкой, но и системой охлаждения продуктов. Например, во многих из них применяется статическая система охлаждения. Её статичность проявляется в том, что воздух в холодильной камере остаётся практически неподвижным, исключая слабую конвекцию (тёплый воздух скапливается наверху, холодный опускается вниз).

В таких холодильниках испаритель, встроенный в заднюю стенку холодильной камеры, охлаждает её поверхность и притягивает к ней содержащийся в воздухе водяной пар. В результате конденсации этого пара на задней стенке холодильника образуется тонкий слой льда или инея. После того, как включается компрессор, отвечающий за циркуляцию хладагента, задняя стенка начинает нагреваться, лёд тает, и капли воды стекают в испаритель.

Такую систему охлаждения называют «капельной», и для неё наличие некоторого количества инея, снега или льда на стенке холодильника — обычное дело, главное, чтобы он успевал растаять за очередной цикл работы компрессора. А вот регулярные и обильные ледяные отложения — это уже повод для беспокойства.

Динамическая система охлаждения (No Frost) предполагает принудительную циркуляцию воздуха в холодильной камере с помощью встроенных вентиляторов. Благодаря им водяной пар практически полностью выводится из холодильной камеры, и иней на задней стенке холодильника в обычных условиях не оседает. Холодильники No Frost (в отличие от «капельных») не требуют постоянного размораживания, и если в таком холодильнике появляется снег, нужно срочно выяснять, почему это происходит.

Вы нарушили правила эксплуатации

Иногда причины намерзания льда на задней стенке холодильника могут быть связаны с нарушением правил его эксплуатации, например:

• В настройках выставлен неверный режим заморозки (неоправданно низкая температура в холодильной или морозильной камере).
• Продукты в холодильнике перекрывают вентиляционные отверстия или решётки.
• В камере находятся негерметично упакованные продукты с высоким содержанием влаги.
• Вы поместили в холодильник пищу, которая не успела остыть.
• Кто-то (возможно, ребёнок) неплотно закрыл дверцу, и тёплый комнатный воздух проник в холодильную камеру.
• Холодильник расположен слишком близко к стене, другим предметам мебели или (ещё хуже) — к батареям центрального отопления.

В этом случае ситуацию легко исправить, вынув из холодильника все продукты и отключив его от сети до тех пор, пока снег в холодильнике полностью не растает. Для холодильников с капельной системой разморозки такую процедуру следует повторять каждые 2-4 месяца, а агрегаты No Frost можно размораживать раз в год для профилактики.

Если после полной разморозки на задней стенке холодильника продолжает намерзать лёд, причину следует искать в поломке одного из узлов агрегата. Мы попробуем разобраться, в каком именно, а вы сможете проверить наши предположения, вызвав сертифицированного мастера по ремонту холодильников.

Сломался терморегулятор

Такой вывод можно сделать, если:

1. Температура в холодильной камере значительно ниже ожидаемой (на средней полке при отсутствии продуктов она должна быть около −6-7°C).
2. Продукты, находящиеся в холодильном отделении, постоянно перемораживаются.
3. Циклы работы компрессора по длительности намного превышают периоды отдыха.
4. На задней стенке холодильника образуется равномерная снежная шуба.

Терморегулятор — это устройство, которое регулирует температуру в холодильной и морозильной камерах. Из-за поломки он передаёт на узел управления сигналы о том, что внутри холодильной камеры недостаточно тепло, и компрессор начинает работать в режиме «нон-стоп», стараясь «нормализовать» температурный режим. Паузы в его работе становятся слишком короткими, оседающий на заднюю стенку иней не успевает растаять и образует в холодильнике снежную шубу.

Специалист сервисного центра может уточнить этот диагноз с помощью тестера и заменить неисправный прибор, тем самым предупредив более серьёзные поломки.

Дверца закрывается не герметично

Ещё одной причиной того, что в холодильнике намерзает лёд, может быть повреждение уплотнителя дверцы. В этом случае избыточный конденсат связан с проникновением внутрь холодильной камеры тёплого воздуха извне. Чтобы компенсировать повышение температуры, компрессор начинает работать на полную мощность, и осевший на задней стенке иней постепенно превращается в сплошной слой льда.

Если повреждён уплотнитель морозильной камеры, наледь накапливается на всех её поверхностях, достигая максимальной толщины непосредственно около дверцы. Чаще всего это происходит, когда резина уплотнителя изнашивается и теряет свою целостность. Но иногда герметичность холодильника нарушается из-за провисания самой дверцы, поэтому прежде чем покупать новый уплотнитель и клей для его крепления, внимательно осмотрите дверные петли: возможно, их нужно немного подтянуть — и тогда проблема разрешится сама собой.

Засор дренажной системы

Бывает, что лёд в холодильной камере намерзает не только на задней стенке, но и внизу — под ящиком с овощами или на дне морозилки. Скорее всего, это связано с засором дренажной трубки, по которой влага из холодильной камеры стекает в специальный поддон для последующего испарения.

Одна из причин массивных ледяных наростов в холодильнике — засор дренажной системы

Обычно отверстие для стока воды располагается в нижней части задней стенки холодильника. В агрегатах типа No Frost оно закрыто специальной панелью. Сняв её, вы сможете самостоятельно прочистить предполагаемый засор. Чтобы это сделать:

1. Отключите холодильник и выньте из него все полки и ящики.
2. Удалите со дна холодильника накопившуюся влагу и лёд.
3. Возьмите специальный ёршик (обычно он входит в комплект поставки холодильника) или несколько ватных палочек и аккуратно протрите изнутри стенки сливного канала.
4. Если это не помогло, и внутри слива остались какие-то загрязнения, воспользуйтесь спринцовкой или шприцом, чтобы промыть засор водой.
5. В самых запущенных случаях сливное отверстие прочищается с помощью мягкой проволоки с петлёй на конце.

Проверить, насколько удачно прошла процедура очистки, можно, вылив полстакана воды в отверстие слива и убедившись, что вся она оказалась в дренажном лотке.

Проблемы с термоизоляцией

Если вы задаётесь вопросом, почему лёд на задней стенке холодильника намерзает не равномерно, а в определённом месте, есть смысл проверить, не повреждена ли термоизоляция. Как правило, это происходит из-за намокания изоляционного материала. Даже мельчайшие капли конденсата, попав в слой изоляции, тут же впитываются в пористый материал, и мокрое пятно начинает стремительно разрастаться. Остановить этот процесс практически невозможно, и единственный выход состоит в том, чтобы полностью заменить промокший участок. Для этого нужно:

1. Освободить холодильник от продуктов и отключить его от сети.
2. Снять ту внешнюю панель, за которой регулярно возникают ледовые наросты.
3. С помощью канцелярского ножа и деревянного скребка аккуратно удалить намокшие участки термоизоляции (очень важно удалить их все, до последней капли, иначе проблема вскоре вернётся).
4. В 2-3 слоя заполнить образовавшуюся полость монтажной пеной, а после её затвердения срезать её вровень с заводской изоляцией.
5. Закрыть всю поверхность листом фольги, а затем вернуть на место металлическую панель.

Утечка хладагента

Это ещё одна возможная причина того, почему намерзает лёд в холодильнике. Обычно она возникает из-за заводского брака или механических повреждений при перевозке или размораживании холодильника. Характерными признаками утечки фреона являются следующие:

• Компрессор постоянно работает, но температура в отделениях холодильника далека от идеальной.
• На стенках камер нарастает плотный неравномерный слой наледи.
• В современных моделях холодильников индикатор на его корпусе подаёт специфический световой или звуковой сигнал.
• После разморозки (и полной утечки газа) холодильник не включается.

Чтобы устранить такое серьёзное повреждение, требуется опыт и квалификация, поэтому лучше не браться за самостоятельный ремонт, а обратиться в сервисный центр. Мастер произведёт замену повреждённого участка охлаждающего контура и, заполнив систему фреоном, вернёт ваш холодильник в рабочее состояние.

Источник