Aspid Green
март 2015.
72435

При нуле градусов по Цельсию вода замерзает или тает?

Ответить
Ответить
Комментировать
0
Подписаться
20
7 ответов
Поделиться

Замечательный вопрос!

Действительно принято упрощённо считать, что 0℃ это температура замерзания воды или таяния льда. (Более того, сама шкала Цельсия была основана на паре 0℃ и 100℃ — замерзание и кипение воды при нормальных условиях). Логично, что возникает вопрос, а в каком именно состоянии будет находится вода непосредственно при нуле.

Если мы говорим о реальном мире, то достичь точной температуры "0℃" практически невозможно. Это всегда будет либо -0℃ (условно «чуть ниже нуля») или +0℃ («чуть выше нуля»). Соответственно, либо вода будет замерзать и превращаться в лёд, либо лёд будет таять. В среднем, за счёт примесей и неоднородностей, мы можем иметь смесь из воды с включение небольших кусков льда, либо влажный, подтаивающий кусок льда.

Но физика тем и замечательна, что любит оперировать моделями. Если предположить, что мы можем установить и каким-то образом поддерживать температуру точно 0℃. В этом состоянии оба агрегатных состояния — вода и лёд — равновероятны. Это значит, что если у нас есть кусок чистого льда, то он не будет таять, а чистая, без включений вода останется водой. В рамках такой модели нет условий для фазового перехода — таяния или замерзания. Если, к примеру, в этой модели начать каким-то образом отводить тепло от воды, она начнёт замерзать. К слову, её температура так и не опустится ниже 0℃, пока она вся не превратится в лёд. Повторюсь, это всё условно, но так проще понять процессы, которые в этом случае происходят.

169
-2
Прокомментировать

Прежде всего давайте условимся, что вода у нас чистая, чего в химическом абсолютном смысле никогда не бывает, и давление у нас равно нормальному атмосферному, чего тоже не бывает, потому что даже в одном отдельно взятом стакане давление на поверхности и на дне разное. Но тем не менее мы так условимся. Ок? :)

При 0°С вода и тает и замерзает. Чтобы вполне уяснить себе происходящее представьте себе воду не как нечто целостное, а как движущиеся молекулы, которые и притягиваются и одновременно. Медленные перестают улетать от своих соседей и начинают колебаться друг около друга (тогда они являются частичками твёрдого вещества), а быстрые покидают своих соседей (тогда то, что из них составлено не может удержать свою форму и становится жидким).

Например, две молекулы, которые «притулились» друг к другу — это конечно же еще не лёд, и сто, и тысячу — тоже еще не лёд. Но где-то количество переходит в качество. Больше того, этот процесс находится в постоянном движении. Какие-то молекулы приплывают отдохнуть к этой куче, а какие-то опять уходят погулять. Только те, кто в середине более-менее стабильны — у них нет беспокойных соседей.

Вот так можно представить себе то, что происходит при температуре около 0°C. Но температура и давление неравномерны. (Теоретически, можно было бы говорить о «температуре» каждой отдельной молекулы, но оставим это нанотехнологиям). И можно подобрать такое соотношение температуры и давления, при которых в одном месте вода будет существовать не в двух (о чём был Ваш вопрос), а одновременно в 3 состояниях. Это называется Тройная точка воды.

18
-7

Почему тройная? Что за третье состояние?

0
Ответить

Тройная потому что на диаграмме состояния где по одной оси температура, а по другой давление - в этой точке сходятся границы всех трех фаз

+1
Ответить

пар

0
Ответить
Прокомментировать

Однозначно ответить на этот вопрос нельзя. Дело в том, что агрегатное состояние воды зависит от количества ее теплоты, измеряемого в джоулях. На примере: есть у вас некий объем льда. Окружающая температура равна нулям градусам по Цельсию (допустим, вода у нас без примесей и атмосферное давление соответствует нормальным условиям), но лед все равно не будет таять. Дело в том, что единице массы вещества необходимо сообщить количество теплоты, равное удельной теплоте плавления. Простыми словами, вам нужно еще тепло, чтобы заставить перейти вещество из состояния твердого в жидкое. То же самое с водой. Если поместить ее в среду, где температура равна нулям градусам, ничего не произойдет. Необходимо, чтобы вода сообщила окружающей среде энергию, равную произведению ее массы на удельную теплоту плавления. 

Данил Сорокинотвечает на ваши вопросы в своейПрямой линии
4
0
Прокомментировать

Для того чтобы расплавить лед необходимо его нагреть. Удельная теплота плавления льда - 335 кдж на кг. Т.е. чтобы растопить один килограмм льда надо приложить 335 000 джоулей. И наоборот, чтобы заморозить один литр воды эти 335000 джоулей надо из воды забрать. Так что при 0 градусов лед может плавиться а может и вода замерзать. Надо только понять тепловая энергия системы вода-лед уменьшается или увеличивается. Грубо говоря, если теплеет, то лед плавится. а если холодает, то вода замерзает. А если просто 0 градусов и нет изменения внутренней энергии, то ничего не происходит. Количество воды и льда остается постоянным.

1
0
Прокомментировать

   Занимательный вопрос. Как уже было сказано, физики обожают работать с моделями. (Но,но! С идеальными моделями физических процессов!).  

Берем натерпевшегося уже выше крыши бедолагу - Кота Шредингера, и смотрим, утонет он или замерзнет. Сам Кот, естественно, на опыт повлиять не в состоянии. 

И в нелюбви к животным обвинять не надо. Что бы там ни говорили о жизни и смерти, Кот Шредингера бессмертен.

                                                    Смайл! И всего всем самого доброго!

1
0
Прокомментировать
Читать ещё 2 ответа
Ответить