При какой температуре тает лед? Количество теплоты для нагревания льда
Каждому известно, что вода может находиться в природе в трех агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном. При плавлении происходит превращение твердого льда в жидкость, а при дальнейшем нагревании жидкость испаряется, образуя водяной пар. Каковы же условия плавления, кристаллизации, испарения и конденсации воды? При какой температуре тает лед или образуется пар? Об этом мы поговорим в данной статье.
Вода на Земле
Нельзя сказать, что водяной пар и лед редко встречаются в повседневной жизни. Однако наиболее распространенным является именно жидкое состояние – обычная вода. Специалисты выяснили, что на нашей планете находится более 1 млрд кубических километров воды. Однако не более 3 млн км 3 воды принадлежат пресным водоемам. Достаточно большое количество пресной воды «покоится» в ледниках (около 30 млн кубических километров). Однако растопить лед таких огромных глыб далеко не просто. Остальная же вода соленая, принадлежащая морям Мирового океана.
Вода окружает современного человека повсюду, во время большинства ежедневных процедур. Многие считают, что запасы воды неиссякаемы, и человечество сможет всегда использовать ресурсы гидросферы Земли. Однако это далеко не так. Водные ресурсы нашей планеты постепенно истощаются, и уже через несколько сотен лет пресной воды на Земле может не остаться вовсе. Поэтому абсолютно каждому человеку нужно бережно относиться к пресной воде и экономить ее. Ведь даже в наше время существуют государства, в которых запасы воды катастрофически малы.
Свойства воды
Прежде чем говорить о температуре таяния льда, стоит рассмотреть основные свойства этой уникальной жидкости.
Итак, воде присущи следующие свойства:
- Отсутствие цвета.
- Отсутствие запаха.
- Отсутствие вкуса (однако качественная питьевая вода имеет приятный вкус).
- Прозрачность.
- Текучесть.
- Способность растворять различные вещества (например, соли, щелочи и т. д.).
- Вода не имеет собственной постоянной формы и способна принимать форму сосуда, в который попадает.
- Способность очищаться посредством фильтрования.
- При нагревании вода расширяется, а при охлаждении сжимается.
- Вода может испаряться, превращаясь в пар, и замерзать, образуя кристаллический лед.
В этом списке представлены основные свойства воды. Теперь разберемся, каковы особенности твердого агрегатного состояния этого вещества, и при какой температуре тает лед.
Снег и лед
Лед – это твердое кристаллическое вещество, которое имеет достаточно неустойчивую структуру. Он, как и вода, прозрачен, не имеет цвета и запаха. Также лед обладает такими свойствами, как хрупкость и скользкость; он холодный на ощупь.
Снег также представляет собой замерзшую воду, однако обладает рыхлой структурой и имеет белый цвет. Именно снег каждый год выпадает в большинстве стран мира.
Как снег, так и лед – крайне неустойчивые вещества. Чтобы растопить лед, не нужно прикладывать особых усилий. Когда же он начинает таять?
Плавление льда
В природе твердый лед существует только при температуре 0 °C и ниже. Если же температура окружающей среды поднимается и становится больше 0 °C, лед начинает таять.
При температуре таяния льда, при 0 °C, происходит и другой процесс – замерзание, или кристаллизация, жидкой воды.
Данный процесс можно наблюдать всем жителям умеренно континентального климата. Зимой, когда температура на улице опускается ниже 0 °C, достаточно часто выпадает снег, который не тает. А жидкая вода, находившаяся на улицах, замерзает, превращаясь в твердый снег или лед. Весной же можно увидеть обратный процесс. Температура окружающей среды поднимается, поэтому лед и снег тают, образуя многочисленные лужи и грязь, которую можно считать единственным минусом весеннего потепления.
Таким образом, можно сделать вывод, что, при какой температуре начинает таять лед, при такой же температуре начинается и процесс замерзания воды.
Количество теплоты
В такой науке, как физика, часто используется понятие количества теплоты. Данная величина показывает количество энергии, необходимой для нагревания, плавления, кристаллизации, кипения, испарения или конденсации различных веществ. Причем каждый из перечисленных процессов имеет свои особенности. Поговорим о том, какое количество теплоты для нагревания льда требуется в обычных условиях.
Чтобы нагреть лед, нужно сначала его растопить. Для этого необходимо количество теплоты, нужное для плавления твердого вещества. Теплота равняется произведению массы льда на удельную теплоту его плавления (330-345 тысяч Джоулей/кг) и выражается в Джоулях. Допустим, что нам дано 2 кг твердого льда. Таким образом, чтобы его растопить, нам понадобится: 2 кг * 340 кДж/кг = 680 кДж.
После этого нам необходимо нагреть образовавшуюся воду. Количество теплоты для данного процесса рассчитать будет немного сложнее. Для этого нужно знать начальную и конечную температуру нагреваемой воды.
Итак, допустим, что нам требуется нагреть получившуюся в результате плавления льда воду на 50 °C. То есть разница начальной и конечной температуры = 50 °C (начальная температура воды – 0 °C). Тогда следует умножить разность температур на массу воды и на ее удельную теплоемкость, которая равняется 4 200 Дж*кг/°C. То есть количество теплоты, необходимое для нагревания воды, = 2 кг * 50 °C * 4 200 Дж*кг/°C = 420 кДж.
Тогда получаем, что для плавления льда и последующего нагревания получившейся воды нам потребуется: 680 000 Дж + 420 000 Дж = 1 100 000 Джоулей, или 1,1 Мегаджоуль.
Зная, при какой температуре тает лед, можно решить множество непростых задач по физике или химии.
В заключение
Итак, в данной статье мы узнали некоторые факты о воде и о двух ее агрегатных состояниях – твердом и жидком. Водяной пар, однако, представляет собой не менее интересный объект для изучения. Например, в нашей атмосфере содержится приблизительно 25*10 16 кубических метров водяного пара. К тому же, в отличие от замерзания, испарение воды происходит при любой температуре и ускоряется при ее нагревании или при наличии ветра.
Мы узнали, при какой температуре тает лед и замерзает жидкая вода. Такие факты всегда пригодятся нам в повседневной жизни, так как вода окружает нас повсюду. Важно всегда помнить о том, что вода, в особенности пресная, является иссякаемым ресурсом Земли и нуждается в бережном к ней отношении.
Источник
Эксперимент: как долго не тает лёд кубиками из супермаркета?
Журналист купил готовый лёд в «Центрторге» и проверил его на долговечность в жару
Читать все комментарии
Войдите, чтобы добавить в закладки
Эти летом всё больше воронежцев, отдыхающих на природе, берут с собой лёд кубиками в пакетах. Такой товар, причём пяти видов, появился в супермаркетах «Центрторг». Как рассказывают сами жители, с помощью льда они делают освежающие коктейли дома и на даче, охлаждают напитки и скоропортящиеся продукты, когда приходят на пляж или едут с ночёвкой на природу, им они обтираются в бане. Применений масса!
Лёд из магазина, сделанный в специальном аппарате лёдогенераторе, они предпочитают самодельному из морозилки, поскольку первый в разы медленнее тает и намного дольше охлаждает. Мы решили проверить это утверждение и провели эксперимент.
Проверяем лёд на прочность
Рано утром мы направились в «Центрторг», расположенный в торговом центре «Молодёжный». В холодильнике для эксперимента мы решили выбрать лёд в разных упаковках разного объёма.
Взяли пакет плотного льда «Холод севера» (1 кг), пакет льда «Коктейльная вечеринка» (1,5 кг) и забрали последний 5-килограммовый пакет «Охлаждашки». Судя по всему, в Северном живут настоящие любители льда!
Перед тем как везти лёд в испытательную лабораторию, с ним мы посидели на скамейке под солнцем у торгового центра 20 минут. Затем подъехал наш водитель, и мы отправились в путь. Дорога заняла 30 минут.
Лёд «Холод севера» (1 кг). Его особенность указана на упаковке: охлаждает в течение 7 часов благодаря крупным кубикам, созданным за счёт послойной заморозки питьевой воды.
Упаковку с этим льдом мы везли в салоне авто в пакете на полу.
Приехав на место, упаковку открыли. Спустя час лёд полностью сохранил свою структуру. Талая вода в упаковке отсутствовала. Затем мы измерили температуру в упаковке со льдом. За минуту измерений термометр показал 11 о С.
Затем мы оставили пакет в помещении на 7 часов. За это время около половины кубиков превратились в воду, в пакете ещё остались льдинки. Стол под пакетом льда оказался немного влажным ‒ лужа не образовалась. Мы снова измерили температуру внутри упаковки. Через минуту столбик термометра замер на отметке «5 градусов». «Холод севера» однозначно прошёл проверку.
Лёд «Коктейльная вечеринка» (1,5 кг). Его особенность ‒ эстетически привлекательная коническая форма льдин. Упакован в трёхслойный термопакет ‒ его можно использовать вместо ведра для льда.
Упаковку с этим льдом мы везли в руках.
Открыв пакет в помещении, мы обнаружили, что льдинки ничуть не изменили форму. Создалось ощущение, что упаковку мы только что достали из морозилки, а не доставляли по жаре в течение 50 минут.
В течение последующих часов упаковка продолжала стоять на столе в комнате с температурой 26 градусов. Стол остался сухим под пакетом, даже когда в нём образовалась талая вода. «Коктейльная вечеринка» прошёл проверку.
Лёд «Охлаждашка» (5 кг). Его особенность ‒ практически моментальное охлаждение продуктов и напитков за счёт минимального расстояния между фракциями льда.
Большой пакет мы везли в багажнике авто. Через 20 минут на улице под солнцем и 30 минут в багажнике мы открыли пакет ‒ не было и намёка на таяние.
Там же при 29 градусах мы оставили пакет на 4 часа.
Вернувшись, обнаружили, что под упаковкой образовалась небольшая лужица. Растаяла приблизительно 1/4 часть пакета. «Охлаждашка» оказался стойким к жаре и прошёл проверку.
Почему лёд из магазина долго не тает
Дело в законах физики. Чем выше плотность, тем тело дольше сохраняет холод (тепло) и быстрее его отдаёт. Получается, что плотный лёд дольше не тает и быстрее охлаждает напиток в отличие от льда с меньшей плотностью.
Лёд можно приготовить, заморозив воду в морозилке, а можно в специальном аппарате лёдогенераторе. В первом случае лёд получится более хрупким: он будет таять быстрее, охлаждать начнёт далеко не сразу и будет делать это короткое время. Дело в том, что в холодильнике лёд замерзает сразу со всех сторон и в центре такого кубика скапливается воздух, что негативно сказывается на его характеристиках.
Производственный пищевой лёд отличается повышенной плотностью, за счёт чего гораздо медленнее тает и обладает более мощным и продолжительным охлаждающим эффектом. Высокая плотность льда из аппарата достигается за счёт того, что лёдогенератор растит кубик постепенно ‒ снизу вверх, в нём отсутствуют пузырьки воздуха. Кроме того, сделанный аппаратом лёд не содержит вкуса и запаха в отличие от льда из морозилки.
Где купить лёд кубиками в Воронеже
Лёд «АЙС В КУБЕ» продаётся в пяти супермаркетах «Центрторг» в Воронеже. Холодильник с ним можно найти в отделе с замороженными полуфабрикатами и мороженым.
Адреса магазинов «Центрторг», где продаётся пищевой лёд:
- ул. Жукова, 1 (ТЦ «Северный»);
- ул. Лизюкова, 62 (ТЦ «Молодёжный»);
- ул. Космонавтов, 17Б (ТЦ «Космос»);
- пр-т Революции, 58 (ДТ «Утюжок»);
- ул. Кропоткина, 13А (ДТ «Три богатыря»).
Источник
Быстро ли тает лёд?
Сейчас для нас потребуются только снег, чашка, термометр и немного терпения. Принесём с мороза чашку снега, поставим её в тёплое, но не горячее место, погрузим в снег термометр и будем наблюдать за температурой. Сначала столбик ртути сравнительно быстро поползёт вверх. Снег при этом остаётся ещё сухим. Достигнув нуля, столбик ртути остановится. С этого момента снег начинает таять. На дне чашки появляется вода, а термометр по-прежнему показывает нуль. Непрерывно перемешивая снег, нетрудно убедиться, что, пока весь он не растает, ртуть не сдвинется с места.
Чем же вызвана остановка температуры и как раз на то время, когда снег превращается в воду? Поступающее к чашке тепло целиком расходуется на разрушение кристаликов-снежинок. И как только последний кристалик разрушится, температура воды начнёт повышаться.
То же самое явление можно наблюдать и при плавлении любых других кристаллических веществ. Все они требуют некоторого количества теплоты для перехода из твёрдого состояния в жидкое. Это количество, вполне определённое для каждого вещества, называют теплотой плавления.
Величина теплоты плавления для разных веществ различна. И вот именно здесь, когда мы начинаем сравнивать удельные теплоты плавления для различных веществ, вода снова выделяется среди них. Как и удельная теплоёмкость, удельная теплота плавления льда намного превосходит теплоту плавления любого другого вещества.
Чтобы расплавить один грамм бензола, нужно 30 калорий, теплота плавления олова равна 13 калориям, свинца — около 6 калорий, цинка — 28, меди — 42 калории. А чтобы превратить при нуле градусов лёд в воду, необходимо 80 калорий! Такого количества теплоты достаточно для повышения температуры одного грамма жидкой воды от 20 градусов до кипения. Только у одного металла, алюминия, удельная теплота плавления превосходит теплоту плавления льда.
Итак, вода при нуле градусов отличается от льда при той же температуре тем, что каждый грамм воды содержит в себе теплоты на 80 калорий больше, чем грамм льда:
Теперь, зная, как высока теплота плавления льда, мы видим, что нам нет никаких оснований жаловаться иногда, что лёд тает «слишком быстро». Имей лёд такую же теплоту плавления, как большинство других тел, он таял бы в несколько раз быстрее.
В жизни нашей планеты таяние снега и льда имеет совершенно исключительное по своей важности значение. Нужно помнить, что только ледниковый покров занимает более трёх процентов всей земной поверхности или 11 процентов всей суши. В районе южного полюса лежит огромный материк Антарктика, превышающий по размерам Европу и Австралию, вместе взятые, покрытый сплошным слоем льда. На миллионах квадратных километров суши царит вечная мерзлота. Только ледники и вечная мерзлота составляют пятую часть суши. К этому надо прибавить ещё поверхность, занесённую в зимнее время снегом. И тогда можно сказать, что от одной четверти до одной трети суши всегда покрыто льдом и снегом. Несколько месяцев в году эта площадь превышает половину всей суши.
Ясно, что огромные массы застывшей воды не могут не отражаться на климате Земли. Какое колоссальное количество солнечного тепла расходуется только на то, чтобы расплавить весной один снежный покров! Ведь в среднем он достигает около 60 сантиметров толщины, а на каждый грамм надо затратить 80 калорий. Но солнце—такой мощный источник энергии, что в наших широтах оно справляется с этой работой иногда в несколько дней. И трудно представить, какое половодье ждало бы нас, если бы лёд имел, например, такую теплоту плавления, как свинец. Весь снег мог бы растаять за один день или даже за несколько часов, и тогда разлившиеся до необычайных размеров реки смыли бы с поверхности земли и самый плодородный слой почвы, и растения, принося всему живому на Земле неисчислимые бедствия.
Лёд, плавясь, поглощает огромное количество тепла. Такое же количество тепла отдаёт вода при замерзании. Если бы вода имела небольшую теплоту плавления, то наши реки, озёра и моря, вероятно, застывали бы после первых же заморозков.
Итак, к большой теплоёмкости воды прибавилась ещё одна замечательная особенность — большая теплота плавления.
Источник
