Зависимость температуры плавления льда от давления

Зависимость температуры плавления льда от давления

Влияние давления на температуру плавления

Если изменить давление, то изменится и температура плавления. С такой же закономерностью мы встречались, когда говорили о кипении. Чем больше давление; тем выше температура кипения. Как правило, это верно и для плавления. Однако имеется небольшое число веществ, которые ведут себя аномально: их температура плавления уменьшается с увеличением давления.

Дело в том, что подавляющее большинство твердых тел плотнее своих жидкостей. Исключение из этого дравила составляют как раз те вещества, температура плавления которых изменяется при изменении давления не совсем обычно, например вода. Лед легче воды, и температура плавления льда понижается при возрастании давления.

Сжатие способствует образованию более плотного состояния. Если твердое тело плотнее жидкого, то сжатие помогает затвердеванию и мешает плавлению. Но если плавление затрудняется сжатием, то это значит, что вещество остается твердым, тогда как раньше при этой температуре оно уже плавилось бы, т. е. при увеличении давления температура плавления растет. В аномальном случае жидкость плотнее твердого тела, и давление помогает образованию жидкости, т. е. понижает температуру плавления.

Влияние давления на температуру плавления много меньше аналогичного эффекта для кипения. Увеличение давления более чем на 100 кгс /_{см 2} понижает температуру плавления льда на 1°С.

Почему же коньки скользят только по льду, но не по столь же гладкому паркету? Видимо, единственное объяснение — это образование воды, которая смазывает конек. Чтобы понять возникшее противоречие, нужно вспомнить следующее: тупые коньки скользят по льду очень плохо. Коньки надо заточить, чтобы они резали лед. В этом случае на лед давит лишь острие кромки конька. Давления на лед достигают десятков тысяч атмосфер, лед все-таки плавится.

Источник

Какая температура замерзания воды под давлением и для чего это необходимо знать?

Многие помнят из курса школьной физики о том, что температура замерзания воды составляет 0°.

На самом деле это определение нуждается в уточнении – при условии воздействия нормального атмосферного давления. Последнее в значительной степени можно считать условной величиной.

О том, какова температура замерзания воды, находящейся под давлением, расскажем в статье.

Замерзает ли?

При атмосферном давлении в 760 мм рт.ст (или 0,101 МПа), вода превращается в лед уже при 0°С, как известно из школьного курса.

Но при уменьшении этого показателя меняется и точка кипения, и t°, при которой происходит превращение в лед – последняя как раз повышается.

В горах, где разреженный воздух, на определенной высоте она может уже составлять +2…+4°С. И наоборот, чем больше среда давит на воду, тем ниже находится точка замерзания на графиках.

Интересно, что при давлении в 611,73 Па совпадают температура кипения воды и плавления льда. Она составляет +0,01°С. Этот показатель называют тройной точкой воды из-за того, что она находится сразу в трех состояниях.

Считается, что при более низком показателе она просто не сможет сохранять жидкое состояние и будет превращаться в водяной пар. Причем температура плавления льда и точка замерзания воды обычно не совпадают, это разные величины.

Хотя для удобства бытовых расчетов их часто отождествляют, поскольку при 760 мм рт.ст. они как раз будут одинаковыми.

Кроме того, возможно получение и нестабильного состояния – переохлажденной жидкости. Но если в ней появится центр кристаллизации, она сразу же превратится в лед.

Температура в зависимости от показателя

Чтобы четко определить температуру замерзания, нужно сначала понять, как связаны эти 2 параметра.

Как они взаимосвязаны?

При увеличении давления, температура замерзания снижается, при уменьшении – t° растет. Существуют специальные формулы, которые помогают рассчитать конкретное значение.

Таблица таких соотношений выглядит следующим образом:

Температура, °С	Давление, мПа
0	0,1
-1	1
-2	30
-3	40
-4	50
-5	60
-10	110
-22	210

Как происходит процесс?

Снижение температуры замерзания при увеличении давления имеет физическое обоснование.

Пресная жидкость при замерзании расширяется примерно на 10%. У соленой морской воды расширение будет меньшим, но оно все равно происходит.

Поэтому, когда внешнее давление растет, то температура замерзания снижается. Суть процесса замерзания состоит в кристаллизации воды.

Но в отличие от других жидкостей, вязкость воды при увеличении давления уменьшается. Что и обусловило более медленные процессы кристаллизации.

Это объясняется структурными особенностями молекул и некоторыми механизмами взаимодействия между ними. Для того, чтобы процесс начался, нужен центр кристаллизации, состоящий из нескольких десятков молекул.

Каково давление замерзающей жидкости?

Давление замерзающей воды обусловлено тем, что происходит ее расширение. Однако давление она оказывает и в жидком виде, просто при отрицательных температурах оно увеличивается примерно на 10%.

Как влияет тип воды?

Дистиллированная влага в принципе замерзает медленнее даже при нормальном атмосферном давлении. В отличие от других видов пресной воды, она не содержит сторонних примесей.

В ней отсутствуют ядра кристаллизации, и поэтому она замерзает только при очень низких температурах – эксперименты показали, что при -42°С.

Физики называют такую жидкость переохлажденной. Любопытно, что если постучать по сосуду с такой дистиллированной водой, она практически моментально превратится в лед.

В лабораторных условиях проводились эксперименты, при которых давление увеличивали до очень высоких значений, так что дистиллят замерзал только при -70°С.

Что касается остальных растворов, то здесь, помимо давления, важную роль играет еще и плотность – например, у соленой воды она намного выше.

Но при этом при отрицательных температурах частицы соли как бы выталкиваются. И если растопить многолетний морской лед, то окажется, что он состоит из пресной воды, даже пригодной для питья.

Применение знаний в быту человека

В основном сведения о температуре замерзания воды нужны тем, кто сталкивается с прокладкой водопровода.

Как правило, ее замерзание в таких случаях проходит не на подземном участке трубы, а над поверхностью почвы, и далее идет процесс кристаллизации уже в наземном участке.

Чтобы этого не происходило, поскольку замерзание и расширение воды выводит из строя всю систему и нарушает целостность труб, принимают активные и пассивные меры – от утепления трубы до специально обустроенной системы обогрева.

Но очень важно с самого начала правильно сделать расчеты, подбирая производительность оборудования и диаметр труб таким образом, чтобы создать такое давление, при котором вода не будет замерзать при климатических условиях, характерных для этого региона.

Заключение

Температура замерзания воды под давлением – вопрос более сложный, чем могло бы показаться на первый взгляд. Иногда даже в быту для ее расчета нужно применять громоздкие формулы или готовые таблицы соотношений.

Источник

Ученический проект «Влияние давления на температуру плавления льда»

Описание презентации по отдельным слайдам:

ВЛИЯНИЕ ДАВЛЕНИЯ НА ТЕМПЕРАТУРУ ПЛАВЛЕНИЯ ЛЬДА Авторы проекта: Потемкин Н., Гудков М., учащиеся 8 А класса МАОУ лицей №29 Руководитель проекта: Бандура О. Б. г. Тамбова

Цели исследования: Выяснить, что температура плавления льда зависит от давления на лед. Выяснить, как зависит температура плавления льда от давления на лед. Выяснить, до какой температуры можно понизить точку плавления льда сильным давлением.

ГИПОТЕЗА: Мы считаем, что 1) температура плавления льда зависит от давления на лед, 2) чем больше давление на лед, тем ниже температура плавления льда.

КТО ИЩЕТ ИСТИНЫ – НЕ ЧУЖД И ЗАБЛУЖДЕНЬЯ. В. ГЕТЕ.

Ход исследования: Провели опрос одноклассников. Изучили дополнительную литературу, исторические факты. Изготовили несколько брусков из льда. Подобрали отрезки медного провода – в изоляции и оголенного разного сечения. Подобрали большие грузы (гантели). Провели эксперимент, сделали выводы.

Анализ опроса одноклассников: 1. Может ли лед течь при температуре ниже нуля?

Анализ опроса одноклассников: 2. Сможем ли мы разрезать брусок из льда, если воспользуемся проволокой из оголенной меди? Изолированной проволокой?

Анализ опроса одноклассников: 3. Если разрезать лед проволокой можно, то сколько брусков из льда при этом получится – один (желтый цвет) или два (черный цвет)?

Проведем опыт № 1: С помощью морозильной камеры изготовим брусок из льда. На один его конец повесим с помощью широкой тесьмы гантель массой 5 кг, прижав второй конец.

Наши наблюдения: Опыт проводился в морозильной камере при температуре -2°С. Через 2 часа мы заметили, что кристаллическое тело – лед может течь.

Проведем опыт № 2: С помощью морозильной камеры изготовим брусок из льда. Возьмем кусок оголенной медной проволоки. Подвесим на ней гантель массой 5кг. Перекинем проволоку через брусок из льда.

Наши наблюдения : Медная проволока медленно начинает проходить через лед. Она режет лед и, что удивительно, сверху вновь покрывается, зарастает льдом. Через 38 минут проволока с грузом упала на пол. Ледяной брусок остался цел!

Проведем опыт № 3: Повторим опыт, заменив тонкую медную проволоку проволокой из меди, но большего сечения. Массу гантели менять не будем.

Наши наблюдения: 2. Опыт повторяется, но … времени на его проведение потребовалось больше – 52 минуты.

Проведем опыт № 4: Повторим опыт, заменив только оголенную проволоку проволокой с изоляцией, капроновой леской того же диаметра.

Наши наблюдения: Гантель массой 5 кг долго висела на ледяном бруске, немного углубившись в него. Брусок растаял.

МЫ БЛАГОДАРНЫ РОДИТЕЛЯМ ЗА ПРЕДОСТАВЛЕННУЮ ВОЗМОЖНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАТЬ ДЛЯ НАШИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ МОРОЗИЛЬНУЮ КАМЕРУ И СТАРЫЙ ХОЛОДИЛЬНИК “ДОНБАСС”

Выводы: Лед течет при температуре ниже 0°С, если на него оказывается давление. МЫ БЫЛИ ПРАВЫ. Тонкая медная проволока создает большое давление на ледяной брусок и понижает точку плавления льда. МЫ БЫЛИ ПРАВЫ. Чем тоньше проволока, тем больше давление и ниже точка плавления льда. МЫ БЫЛИ ПРАВЫ. Оголенная медная проволока может разрезать ледяной брусок, а в изоляции – нет, т.к. медь обладает хорошей теплопроводностью.

ИНТЕРЕСНО! Изучение научно-популярной литературы позволило дополнить наши исследования. Оказывается повышение давления на лед на 130атм понижает температуру плавления льда на 1°С, при температуре ниже -22°С лед ни под каким давлением плавится не будет.

Практическое применение: Понижение температуры плавления льда под воздействием давления, наряду с трением, объясняет скользкость льда, механизм катания на коньках, езды на санях. Можно делать снежки потому, что давление рук заставляет снежинки таять и слипаться. Давление ног на снег бывает достаточно для его таяния. Снег замерзает, когда нога поднимается, и утрамбовывается. В горах текут глетчеры.

Наши предложения: Изучение тепловых свойств льда и воды и, в дальнейшем, их применение позволят создать новые материалы, и, возможно, приведут наших спортсменов к новым мировым рекордам в зимних видах спорта, помогут решить практические задачи по перемещению грузов большой массы, помогут объяснить многие природные явления.

Использованная литература: G. Rowell, S. Herbert. Physics. М., “Просвещение”, 1994. М.Е. Тульчинский. Качественные задачи по физике. М., “Просвещение”, 1972. Л. Эллиот, У. Уилкокс. Физика. М., Наука, 1975. Я. И. Перельман. Знаете ли вы физику? Домодедово, ВАП, 1994. . И. Перельман. Занимательная физика. М., “Наука”, 1975. Элементарный учебник физики под ред. ак. Г. С. Ландсберга. М., “Наука”, 1975.

Курс повышения квалификации

Дистанционное обучение как современный формат преподавания

Курс профессиональной переподготовки

Физика: теория и методика преподавания в образовательной организации

Курс повышения квалификации

Современные педтехнологии в деятельности учителя

Номер материала: ДБ-1305204

Международная дистанционная олимпиада Осень 2021

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Оставьте свой комментарий

Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.

Основы православной культуры чаще всего преподают учителя начальных классов

Время чтения: 2 минуты

Минцифры предложило разработать «созидательные» компьютерные игры

Время чтения: 2 минуты

Минпросвещения объявило конкурс «Учитель-международник»

Время чтения: 1 минута

В школе в Пермском крае произошла стрельба

Время чтения: 1 минута

Школьников не планируют переводить на удаленку после каникул

Время чтения: 1 минута

55 российских школ остаются на карантине по коронавирусу

Время чтения: 0 минут

Подарочные сертификаты

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако администрация сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов, связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение администрации может не совпадать с точкой зрения авторов.

Источник