Oletetaan, että täytän lasin jäävedellä. Kun jää sulaa, se jäähdyttää sen ympärillä olevaa vettä. Ottaen huomioon, että kylmä vesi on tiheämpää kuin kuuma vesi, oletan, että kylmä vesi uppoisi pohjaan … mutta se lämpenisi uppoamalla vähentäen tiheyttä. Sillä välin jää sulaa edelleen ja antaa kylmänsä ympäröivälle vedelle.
Joten jääveden juominen oljella saa sinut viileämpään tai lämpimämpään veteen kuin juominen lasin huulesta?
kommentit
- fi.wikipedia.org/wiki/Grashof_number
- Hm, mutta jää on huipun lähellä … eikö ’ t pitäisi sitä välittömästi ympäröivän veden olla kylmempää kuin siitä kauimpana oleva vesi? Kylmä vesi ei ole ’ ei johda, uppoaminen kestää jonkin aikaa …
Vastaa
Mielenkiintoinen kysymys!
Muutama asia ensin:
Kun jää sulaa, se jäähdyttää vettä sen ympärillä.
Teknisesti jääkuutio sulaa koska vesi jäähtyy. Tämä saattaa kuulostaa aluksi naurettavalta, mutta sinun on otettava huomioon, että jää sulaa koska se on saanut ”lämpöä” (energiaa) ympäristöstään. ”Ympäristö” on sitä ympäröivä ilma ja vesi (mutta vesi on tärkeämpää, koska se on parempi lämpöenergian johtaja).
Ottaen huomioon, että kylmä vesi on tiheämpää kuin kuuma vesi, otaksun, että kylmä vesi uppoaa pohjaan … mutta se lämpenee uppoamalla vähentäen tiheyttä.
Olet oikeassa, kylmä vesi on tiheämpää kuin kuuma vesi. On hyödyllistä huomata, että sen ei kuitenkaan pitäisi olla liian kylmä. Veden lämpötilan laskiessa 4 ° C: seen veden tiheys kasvaa vähitellen. Lämpötilan laskiessa alle 4 ° C veden tiheys alkaa kuitenkin laskea ja tällä alueella oleva vesi ”kelluu” helposti veden päällä huoneenlämpötilassa.
Sillä välin jää sulaa edelleen ja antaa kylmänsä ympäröivälle vedelle.
Jää ei anna pois sen ”kylmä”, pikemminkin se vie sisään veden ”lämpöä” (lämpöenergiaa).
Takaisin kysymykseesi.
Kuten Max mainitsee vastauksessaan, olet tehnyt erityisen hyvää työtä osoittaessasi, mitä fyysisiä parametreja meillä on tekemisissä; todella tärkeimmät ovat jäälämpötila, veden lämpötila (sinä aikana laita jää sisään) ja käytetty jäämäärä (ainakin suhteessa veteen).
Mutta olettaen, että juot vettä (alun perin huoneenlämmössä) 250 ml: n styreenivaahdosta tai muovikupilla, ja käytit kahta (normaalikokoista) jääkuutiota ja että aloitit veden juomisen minuutin kuluttua siitä, kun olet lyönyt jääkuutioita, veden tulisi olla kylmempää ylhäältä kuin alhaalta.
Harkitse pieniä, kuvitteellisia kerroksia / alueita / vesipaketteja kupissa (ajatellen tätä vesipakettien suhteen) ”vesimolekyylien sijasta on helpompi ymmärtää”. Ajattele myös, että kuppilla on kolme (karkeasti rajattua) aluetta: Yläosa, keskiosa ja alaosa.
Jääpalojen välittömässä läheisyydessä olevat vesipaketit ovat lämpötasapainossa jään syrjäisimpien alueiden kanssa. Nämä paketit saavat kuitenkin pian lämpöenergiaa muista vesipaketeista, jotka ovat niiden vieressä. Joten kun näiden pakettien lämpötila nousee hitaasti nollasta asteeseen yli 4 ° C: seen, ne uppoavat ja uudet paketit vievät paikkoja jään vieressä. Sykli toistuu niin kauan kuin jäätä on.
Nyt kun nämä jääpakkaukset uppoavat, ne saavat enemmän lämpöenergiaa vesipaketeista, joihin ne ovat kosketuksissa matkalla alaspäin. Tämä yhdessä veden viskoosien vaikutusten kanssa johtaa uppoavien pakettien lievään ”lämpenemiseen”.
Nyt kun ne lämpenevät vähän, heillä on taipumus nousta takaisin ylös . Takaisin yläreunaan ne jäähtyvät ja uppoavat jälleen. Tämä prosessi toistuu niin kauan kuin jää on vedessä.
Ota askel taaksepäin ja näet, että kupin pitäisi olla kylmä, kupin pohjan pitäisi olla kylmempi , ja kupin yläosa on kylmin .
Joten vaikka jääkuutiot eivät todellakaan kosketa huuliasi, huomaat, että ylhäällä olevan veden siemaaminen on kylmempää kuin veden imeminen pohjasta olki.
Vastaus
Konvektio tasaisuuden tuottamiseksi riippuu useista sumeista tekijöistä:
- Kuinka paljon jäätä?
- Kuinka pitkä lasi on?
- Lasin halkaisija?
- Onko ”lasi” todella lasi- tai paperikuppi, styroksi-kuppi tai ehkä metallikuppi?
- Veden alkulämpötila.
- Veden massa jään massaan.
Ydin on tämä. Järvet eivät jääty kiinteästi talvella. Sekoittamatta järvivesi muodostaa kerroksia, jotka sekoittuvat hyvin, hyvin hitaasti. Joten jäätynyt jää kelluu järven päällä.
Joten sekoittamatta vesi huuli on todennäköisesti kylmempi kuin lasin pohjassa oleva neste.
MUOKKAA – Tämä on kokeilu, jonka voit helposti tehdä kotona. Täytä iso kirkas lasi (oikea lasi lasi …) noin 2/3 täynnä vesijohtovettä ja lisää ruoan väriaine sekoittaen, jotta neste on melko tumma. Lisää sitten tarpeeksi jäätä täyttämään lasi sekoittamatta. Anna lasin istua kiinteällä tiskillä, kunnes jää sulaa. (Hieno kokeilu yön yli ….) Koska vesi on kerrostunut, veden päällä oleva kerros on huomattavan vaaleampi kuin pohjan.
Vastaa
Lämpö virtaa säteilyn, johtumisen ja konvektion kautta. Minun on ensin kysyttävä termistä ”jäävesi”. Jäävesi voi sisältää tai olla sisältämättä jäätä. Se tarkoittaa selvästi sitä, että että t veden lämpötila on 0 ° C. Harkitse järjestelmää, jossa ilmavirta on minimaalinen (siten minimaalinen ilman ja veden johtuminen). Tarkastellaan järjestelmää, jossa vesi (tässä vesi = nestemäinen vesi) on 0 °. Jäätä syntyy tyypillisesti -15 ° F – + 25 ° F välillä pakastimesta riippuen. Se on kaikissa tapauksissa alle 0 ° C (ilmeisesti). Mitä tapahtuu ihanteellisessa tapauksessa, kun laitoin ”pienen jään” jäätä veteen 0 ° C: n lämpötilassa? Jep, vesi kaikki jäätyy. Nyt tietysti, koska todellinen maailma ei ole jatkuva, tätä ei todellakaan tapahdu, ja on mahdollista rakentaa järjestelmä, jossa vesi ja jää ovat tasapainossa 0 ° C: ssa – mutta se ei todellakaan ole ”helppoa”. Mainitsen yllä osoittamaan, että et ole määrittänyt järjestelmääsi riittävästi. Veden ja jään massat ja lämpötilat aine . Samoin kuin ilman lämpötila, astian lämpötila ja penkin / pöydän lämpötila. Riittävän eristävän astian kanssa sinun on silti huolehdittava massavirrasta (virtauksista), jotka olet antanut vedelle kaatamalla sitä. (Näiden virtausten häviäminen voi kestää tunteja ja mahdollisesti päiviä – jopa lähellä isotermisiä olosuhteita!) Ja tietysti jääpalojen muodolla on merkitystä. Tarkastellaan (täydellisesti eristävää) kapillaariputkea ja matalaa alustaa, joiden kokonaistilavuus on sama. Massavirta ja lämpövirta ovat paljon erilaisia. Hydrodynaamiset laskelmat voivat olla (ja melkein ovat aina) äärimmäisen vaikeita. Vesi ei voi olla kylmempi kuin 0 ° (ylijäähdytystä huomioimatta). Tämän on selvästi tapahduttava kosketuksessa jäätä. Harkitse kuitenkin sylinterimäistä kuppia, jonka halkaisija on 10 cm (id) Luuletko, että vastaus olisi erilainen, jos laitan 1 cm 3 jääkuution 1 litraan vettä kyseiseen kuppiin TAI jos asetan 1 cm paksu levy, jonka halkaisija (od) on 9,9 cm, kuppiin? Joo, määrittelemätön järjestelmä, iso aika. Toinen ilmeinen puuttuva kappale on mitä tarkoitat lämpötilalla. Ei siinä mielessä, että se ei ole hyvin määritelty (makroskooppinen!) Ominaisuus, mutta siinä mielessä, että ajattelet (todennäköisesti) keskimääräistä lämpötilaa jonkin tilavuuden suhteen. Kuten sanoin, kylmin vesi löytyy ”kosketuksessa” ”jään kanssa, mutta tämä ei tarkoita, että koko pinta on keskimäärin kylmempi kuin kupin alaosa 0,1 cm, koska se riippuu ilmeisesti asioista, joita et ole määrittänyt. Kuvittele lopulliseksi ”apinan jakoavain” yrittäessään vastata tähän, että kuppi sisältää sisäosan ja että metalliosa on jäähdytetty -200 ° C: seen. kaadat 0 ° C: n veden yhdessä määrittelemättömän määrän jäätä ja saat jonkin verran Veden jäätyminen kupin koko sisäpinnalle. Vaikka sisällytämme tämän jään määritellessämme jään tilavuuden ja lämpötilan, luuletko tällä jäällä olevan sama vaikutus kuin kelluvat kuutiot? Tai harkitse rengasta jäätä levyn sijaan, ja entä kuppien vuorauksen pinnan karheus?
Vastaa
Kun lämpötila laskee, kineettinen energia laskee, tilavuus pienenee ja tiheys nousee. Siksi kiinteä aine on uppoaa ja neste on päällä.
Se liittyy veteen, mutta vain 4 ° C: seen asti. Kun vettä on 10 ° C, veden lämpötila laskee 9 ° C: seen, 9 ° C: n vesi laskee tiheyden vuoksi.
Mutta kun otamme 4 ° C, veden lämpötila laskee 3 ° C: seen. Se on erilainen. Tiedät, että jokaisen $ \ ce {H2O} $ -molekyylin välillä on vetysidoksia. $ \ Ce {H2O} $ -molekyylin muoto on ”taipunut”. Kaksi vetyatomia voivat muodostaa kaksi vetysidosta kahdella happiatomilla, ja kaksi yksinäistä happiparistoa sisältävää elektroniparia muodostaa kaksi vetysidosta toisen kahden molekyylin kahden vetyä kanssa. Sitten sillä voi olla tetraedrinen muoto.Tiedät, että kiinteällä on säännöllinen rakenne. (Nestemäisellä) vedellä ei ole säännöllistä muotoa, molekyylejä ja vetysidoksia on kaikkialla epäsäännöllisesti. Kun lämpötila laskee 4 ° C: sta normaalin muodon suhteen, tetraedraaliset $ \ ce {H2O} $ -molekyylit yrittävät lisätä etäisyyttä ja saavuttaa säännöllisen muodon. Joten, äänenvoimakkuus kasvaa ja tiheys laskee. Sitten 4 ° C: n ja alemman lämpötilan (3, 2, 1, 0, −1) jälkeen (vesi) kelluu huipulla.
Vastaa
Jotta kylmä vesi uppoisi lasin pohjaan, se on kylmempi kuin vesi pohjassa, joka on siirtynyt. Joten kyllä, kylmin vesi on huipulla.