Tegyük fel, hogy töltöm egy pohár jeges vízzel. A jég olvadása közben lehűti a vizet körülötte. Tekintettel arra, hogy a hideg víz sűrűbb, mint a meleg víz, azt feltételezném, hogy a hideg víz az aljára süllyedne … de süllyedve felmelegedne, csökkentve a sűrűséget. Eközben a jég még mindig olvad, és hidegét adja a környező víznek.
Tehát a szalmaszállal történő jeges víz hűvösebb vagy melegebb vizet eredményez, mint ha a pohár ajkáról inna?
megjegyzések
- hu.wikipedia.org/wiki/Grashof_number
- Hm, de a jég a teteje közelében van … nem szabad, hogy ‘ t a közvetlenül körülvevő víz hidegebb legyen, mint a legtávolabbi víz? A hideg víz nem ‘ nem vezet, el kell merülnie egy ideig …
Válasz
Érdekes kérdés!
Először néhány dolog:
Amint a jég megolvad, hűti a víz körülötte.
Technikailag a jégkocka megolvad mert a víz lehűl. Ez elsőre nevetségesnek tűnhet, de figyelembe kell venni azt a tényt, hogy a jég megolvad mert “hőt” (energiát) merített a környezetéből. A “környezet” a körülvevő levegő és víz (de a víz fontosabb, mivel jobb hőenergiát vezet).
Tekintettel arra, hogy a hideg víz sűrűbb, mint a meleg víz, azt feltételezném, hogy a hideg víz az aljára süllyedne … de süllyedve felmelegedne, csökkentve a sűrűséget.
Igazad van, a hideg víz sűrűbb , mint a forró víz. Hasznos megjegyezni, hogy ennek ellenére nem szabad túl hidegnek lennie. Amint a víz hőmérséklete 4 ° C-ra csökken, a víz sűrűsége fokozatosan növekszik. Amikor azonban a hőmérséklet 4 ° C alá süllyed, a víz sűrűsége valójában csökken nek indul, és az ebben a tartományban lévő víz könnyen „lebeg” a víz felett a szobahőmérsékleti tartományban.
Eközben a jég még mindig olvad, és hidegét adja a környező víznek.
A jég nem adja le “hideg”, inkább be veszi a víz hőjét (hőenergiáját).
Vissza a kérdéséhez.
Ahogy Max válaszában megemlíti, Ön különösen jó munkát végzett annak jelzésével, hogy milyen fizikai paraméterekkel van dolgunk; a valóban fontosak a jég hőmérséklete, a víz hőmérséklete tegye be a jeget) és a felhasznált jég mennyiségét (legalábbis a víz vonatkozásában).
De feltételezve, hogy 250 ml-es hungarocellből iszik vizet (eredetileg szobahőmérsékleten) vagy műanyag poharat, és két (normál méretű) jégkockát használt, és hogy a vizet egy perccel azután kezdte el inni, hogy rákattint a jégkockákra, a teteje, mint az alsó része. “a vízmolekulák helyett könnyebben felfogható). Gondoljon arra is, hogy a csészének három (nyersen körülhatárolt) régiója van: felső, középső és alsó.
A jégkockákkal közvetlenül szomszédos vízcsomagok hőegyensúlyban vannak a jég legkülső régióival. Ezek a csomagok azonban hamarosan nyernek némi hőenergiát a más vízcsomagoktól, amelyek szomszédosak velük . Tehát, mivel ezek a csomagok lassan, 0 fokról 4 ° C fölé emelkednek, elsüllyednek, és új csomagok foglalják el a jéggel szomszédos helyeket. A ciklus mindaddig ismétlődik, amíg a jég ott van. Ez a víz viszkózus hatásával párosulva a süllyedő csomagok enyhe “felmelegedését” eredményezi.
Most, hogy kissé felmelegednek, hajlamosak emelkedni vissza. . Vissza a tetejére “lehűlnek és újra süllyednek. Ez a folyamat mindaddig ismétlődik, amíg a jég a vízben marad.
Tegyen egy lépést hátra, és látni fogja, hogy a a pohárnak hidegnek kell lennie, a pohár aljának hidegebbnek kell lennie, és a pohár teteje a leghidegebb .
Tehát akkor is, ha a jégkockák valójában nem érintik az ajkakat, a tetején lévő vizet kortyolgatva hidegebb lesz, mint ha alulról kiszívna egy vizet. szalma.
Válasz
Az egyenletesség előállításához szükséges konvekció számos ködös tényezőtől függ:
- Mennyi jég?
- Mennyire magas az üveg?
- Az üveg átmérője?
- Az “üveg” valóban üveg- vagy papírpohár, hungarocell-csésze, esetleg egy fémpohár?
- A víz kezdeti hőmérséklete.
- A víz tömege a jég tömegéig.
A lényeg ez. A tavak télen nem fagynak be szilárdan. Keverés nélkül a tó vize nagyon-nagyon lassan keveredő rétegeket képez. Tehát a fagyott jég a tó tetején úszik.
Tehát keverés nélkül a víz az ajak valószínűleg hidegebb lesz, mint az üveg alján található folyadék.
SZERKESZTÉS – Ez egy olyan kísérlet, amelyet otthon könnyedén megtehet. Töltsön meg egy nagy, átlátszó poharat (egy igazi poharat) üveg …) kb. 2/3-ig csapvízzel, és keverés közben adjon hozzá ételfestéket, hogy a folyadék elég sötét legyen. Ezután adjon hozzá annyi jeget, hogy keverés nélkül megtöltse az üveget. Hagyja az üveget szilárd pulton ülni, amíg a jég meg nem olvad. (Szép kísérlet egy éjszakán át futni ….) Mivel a víz rétegződött, a tetején lévő vízréteg világosabb színű lesz, mint az alsó réteg.
Válasz
Sugárzás, vezetés és konvekció révén áramlik a hő. Először a “jégvíz” kifejezéssel kell megbirkóznom. A jégvíz tartalmazhat vagy nem tartalmazhat jeget. Amire egyértelműen utal, az az, hogy hogy t A víz 0 ° C-on van. Vegyünk egy olyan rendszert, ahol minimális a légáramlás (tehát minimális a levegő-víz vezetés). Vegyünk egy rendszert, ahol a víz (itt a víz = folyékony víz) 0 ° -on van. A jég jellemzően -15 ° F és + 25 ° F között alakul ki, a fagyasztótól függően. Minden esetben 0 ° C alatt van (nyilván). Mi történik ideális esetben, amikor “apró jeget” teszek vízbe 0 ° C-on? Igen, a víz mind megfagy. Természetesen, mivel a valós világ nem folyamatos, ez nem fog megtörténni, és lehet olyan rendszert felépíteni, amelyben a víz és a jég 0 ° C-on egyensúlyban van – de ez biztosan nem “könnyű”. A fenti lépés megmutatja, hogy nem sikerült megfelelően meghatároznia a rendszerét. A víz és a jég tömegei és hőmérséklete anyag . Csakúgy, mint a levegő hőmérséklete, a tartály hőmérséklete és a pad / asztal hőmérséklete. Megfelelően hőszigetelő tartály esetén továbbra is aggódnia kell a tömegáramért (áramlatokért), amelyet öntött a víznek a víz öntésével. (Ezek az áramlatok órákig, esetleg napokig is eltarthatnak, míg teljesen eloszlik – még izoterm közeli körülmények között is!) És természetesen a jégdarabok alakja számít. Vegyünk egy (tökéletesen szigetelő) kapilláriscsövet és egy sekély tálcát, azonos teljes térfogatú kapacitással. A tömegáram és a hőáram sokkal különbözni fog. A hidrodinamikai számítások lehetnek (és majdnem A víz nem lehet 0 ° -nál hidegebb (figyelmen kívül hagyva a túlhűtést). Ennek egyértelműen a jéggel érintkezve kell bekövetkeznie. Vegyünk egy 10 cm átmérőjű hengeres csészét (id). Gondolod, hogy a válasz más lenne, ha 1 cm 3 jégkockát helyeznék 1 liter vízbe abban a csészében VAGY ha egy 1 cm vastag korong 9,9 cm átmérővel (od) a csészébe? Igen, alul meghatározott rendszer, nagy idő. Egy másik nyilvánvalóan hiányzó darab az, amit a hőmérséklet alatt értesz. Nem abban az értelemben, hogy ez nem egy jól körülhatárolt (makroszkopikus!) Tulajdonság, hanem abban az értelemben, hogy (valószínűleg) az átlagos hőmérsékletre gondolsz valamilyen térfogat felett. Mint mondtam, a leghidegebb víz „érintkezésben lesz” “a jéggel, de ez nem azt jelenti, hogy a teljes felület átlagosan hidegebb lesz, mint a pohár 0,1 cm-es alja, mivel ez nyilvánvalóan azoktól a dolgoktól függ, amelyeket nem adott meg. Képzelje el végsőnek “majomkulcs” annak megválaszolására, hogy a csészében van egy betét, és hogy a fém betétet -200 ° C-ra hűtötték le. Öntsön be 0 ° C-os vizet, némi mennyiségű jéggel együtt, és kap a víz elfagyása a csésze teljes belső felületén. Most még ha bele is vesszük ezt a jeget, amikor meghatározzuk a jég térfogatát és hőmérsékletét, valóban úgy gondolja, hogy ennek a jégnek ugyanolyan hatása lenne, mint az úszó kockáknak? Vagy vegyen fontolóra egy gyűrűt korong helyett jég, és mi van a csészék bélésének felületi érdességével?
Válasz
Ha a hőmérséklet csökken, a kinetikus energia csökken, a térfogat csökken, majd a sűrűség nő. Ezért a szilárd anyag süllyed és a folyadék a tetején van.
Ez a vízhez kapcsolódik, de csak a 4 ° C-ig. Ha 10 ° C a víz, akkor a víz hőmérséklete 9 ° C-ra csökken, a 9 ° C-os víz pedig a nagyobb sűrűség miatt csökken.
De ha 4 ° C-ot veszünk, a víz hőmérséklete 3 ° C-ra csökken. Ez különböző. Tudja, hogy minden $ \ ce {H2O} $ molekula között hidrogénkötések vannak. A $ \ ce {H2O} $ molekula alakja “hajlított”. A két hidrogénatom két hidrogénkötést hozhat létre két oxigénatommal, és az oxigénatom két magányos elektronpárja két hidrogénkötést hoz létre egy másik két molekula két hidrogénjével. Ezután tetraéder alakú lehet.Tudja, hogy a szilárd szerkezete szabályos. A (folyékony) víznek nincs szabályos alakja, molekulák és hidrogénkötések vannak mindenütt szabálytalanul. Amikor a hőmérséklet 4 ° C-ról lemegy a szabályos alakra, a tetraéderes $ \ ce {H2O} $ molekulák megpróbálják megnövelni a távolságot és szabályos alakot hozni. Tehát a hangerő nő és a sűrűség csökken. Ezután 4 ° C vagy alacsonyabb hőmérséklet (3, 2, 1, 0, −1) után a (víz) a tetején úszik.
Válasz
Ahhoz, hogy a hideg víz a pohár aljára süllyedjen, hidegebb , mint a víz alján, amely elmozdult. Tehát igen, a leghidegebb víz lesz a tetején.