De ce iazul din curtea mea nu este înghețat când este -15 ° C (5 ° F) afară?

Apa se topește la 0 ° C (32 ° F), dar înghețarea este o problemă mai complicată. Este sigur să spunem că apa câștigă capacitatea de a îngheța la 0 ° C, dar se poate răci mult înainte de a face acest lucru, rezultând apă supraîncălzită. starea se poate solidifica rapid atunci când sunt introduse nuclee de gheață adecvate. De exemplu, în nori convectivi, apa lichidă poate fi observată la temperaturi de până la -40 ° C. Cu toate acestea, apa din iaz nu este prea răcită.

Spuneți că aerul este de 5 ° F, dar care este temperatura apei (probabil peste 0 ° C)? În cele din urmă, apa este cea care trebuie să fie sub îngheț pentru a se forma gheață. Cât de adânc este iazul din curtea dvs.? Apa, în comparație cu aerul, are o capacitate mult mai bună de a reține căldura și cu cât este mai mare volumul de apă, cu atât aveți mai mult un rezervor de căldură înghețarea în sine este un proces exoterm și formarea de gheață va încălzi apa din jur. Iazul probabil nu este apă pură și este plin de ioni (de exemplu săruri) pe care le-a luat de la sol, ceea ce scade punctul de topire al apei. Toate aceste efecte fac mai dificilă înghețarea apei din iaz și ar putea explica ceea ce vedeți.

Dintre aceste efecte, capacitatea de căldură a apei și temperatura solului care stă la baza iazului. sunt probabil principalii factori care contribuie. Sub iaz se află pământul și este și el un rezervor de căldură. B altele sunt probabil mai calde decât punctul de topire al apei, chiar dacă temperatura aerului este mult mai rece. Dacă un fluid este răcit de sus, fluidul rece se scufundă spre fund. Dacă un lichid este încălzit de jos, fluidul cald crește. Doar unul dintre acestea trebuie să se întâmple pentru a începe convecția, dar este probabil ca pământul de sub iaz să fie mai cald decât iazul și atât pământul cald, cât și aerul rece vor conduce convecția în iaz. Acest lucru, la rândul său, înseamnă că iazul dvs. este bine amestecat și va trebui să extrageți suficientă energie din sistem pentru a răcori toată apa și a răcori pământul de sub iaz pentru a oferi gheaței șansa de a se forma la suprafață. Acest lucru va necesita timp (în ordinea zilelor / săptămânilor) pentru a continua temperatura sub-înghețului aerului. Veți avea mult mai ușor să vă înghețați iazul decât un lac mare, dar tot nu va fi un proces peste noapte.

Comentarii

• Are câțiva metri. Am acceptat acest bc. Îmi place câte posibilități aduceți în răspunsul dvs.
• -1 (dacă aș putea), acest răspuns pare a fi apucat de paie. Un iaz nu va fi cu siguranță supraîncălzit; sarea din apă nu va aduce temperatura de îngheț sub 5 ° F; iar vântul va adăuga atât de puțină energie încât ‘ nu merită nici măcar menționat.
• Singurul lucru pe care îl puteți face în acest moment ESTE să înțelegeți paie, dar rămâne faptul că iazul nu este înghețat. Nu ‘ presupuneți că veți prelua un eșantion?
• Într-adevăr, capacitatea de căldură și temperatura solului sunt cele mai responsabile pentru acest lucru. În timpul zilei contribuie, bineînțeles, și energia adăugată din lumina soarelui. Dacă iazul se află la 5 F pentru o zi sau două, suprafața sa va îngheța aproape cu siguranță (deși gheața probabil nu ar fi ‘ nu ar fi foarte groasă decât dacă a rămas atât de mult timp la rece.) Merită ‘ de remarcat că temperaturile au fost extrem de ridicate cu o zi înainte să se răcească, așa că pământul și apa erau încă destul de calde.
• Vântul poate De asemenea, preveniți înghețarea ca solid pentru o perioadă de timp, întrerupând orice ” piele ” care se formează prin agitare. Gândiți-vă la un producător de înghețată – în cele din urmă lichidul îngheață, dar poate ajunge cu mult sub punctul de îngheț al ingredientelor, deoarece mișcarea împiedică creșterea mult a cristalelor de gheață. S-ar putea să existe mici biți care plutesc în jurul înghețat, dar acestea vor fi mai susceptibile la distrugere prin alte metode.

pa este o substanță destul de ciudată. Cu majoritatea substanțelor, faza solidă este mai densă decât faza lichidă. Nu este cazul cu apa. Gheața este mai puțin densă decât apa lichidă. Un efect secundar al acestui efect este acela că apa lichidă foarte aproape de punctul de îngheț este mai puțin densă decât apa puțin mai caldă. Această apă foarte rece se scufundă.

Apa proaspătă lichidă atinge densitatea maximă la o temperatură de 4 ° C (40 ° F). Aceasta înseamnă că un iaz sau un lac nu poate îngheța până când întregul corp de apă este răcit la 4 ° C. Doar atunci suprafața superioară a apei se poate răcori sub 4 ° C și apoi poate îngheța.

Pe lângă faptul că apa însăși trebuie să fie răcită la 4 ° C înainte de a începe înghețarea, apa pământul saturat de sub iaz trebuie răcit și. Până atunci, acel sol mai cald va transfera căldura în iaz și o va împiedica să se înghețe.

Cât durează până când un corp de apă începe să înghețe mai întâi depinde de o serie de parametri. Acestea includ dimensiunea și adâncimea corpului de apă, natura solului sub corpul de apă, vremea care duce la vremea rece și vântul. Întrebarea nu menționează adâncimea iazului, dar a fost doar sub îngheț în O ”Fallon, Missouri, timp de aproximativ 24 de ore, iar temperaturile au fost destul de blânde înainte. Acel interval de 24 de ore de vreme sub-îngheț este timp mai mult decât suficient pentru a îngheța o băltoacă mică, dar cu siguranță nu un lac și probabil nici măcar un iaz.

Întrebarea menționează, de asemenea, că e vânt. Pentru ca un corp de apă să înghețe, are nevoie de un strat de apă mai rece, deasupra termoclinei de 4 ° C. Vânturile acționează pentru a menține apa bine amestecată.

Comentarii

• Mulțumesc. Aș accepta acest răspuns dacă aș putea accepta două!
• +1 acesta este răspunsul corect. Procesul descris în primele două paragrafe se numește convecție .
• Sigur că apa aproape de punctul de îngheț este mai puțin densă și, prin urmare, se ridică la vârf (în absența altor efecte)?
• ” apă lichidă foarte aproape de punctul de îngheț este mai puțin dens decât este ușor mai cald apă. Acea apă foarte rece se scufundă. ” După cum s-a observat mai sus, apa rece (< 4C) nu se ridică, nu se scufundă. Apoi, aceasta izolează apa mai caldă de mai jos de efectul de răcire al vântului.
• @VinceO ‘ Sullivan – Nu neapărat. Există ‘ un fenomen în lacurile nordice numit rulaj de cădere. Odată ce un lac se răcește la o temperatură aproape uniformă de 4 ° C, vânturile pot provoca amestecarea întregului lac. Acesta este un iaz, deci cifra de afaceri a câștigat ‘ să nu fie atât de mare – cu excepția cazului în care vânturile sunt puternice și susținute. Frontul rece care a suflat recent prin O ‘ fallon MO a adus vânturi puternice și susținute din nord-vest, de la prânz sâmbătă (când temperatura a scăzut prima dată sub îngheț) până duminică la 16:00.

Din cauza convecție (apa rece se scufundă în timp ce apa caldă crește) , iazul întreg trebuie adus la temperaturi aproape înghețate înainte ca suprafața să poată îngheța. Cu doar vârful iazului în contact cu aerul rece, acest lucru durează mult.

‍ ‍ În plus, solul (care nu este răcit prin convecție) va ia mai mult timp să se răcească, ceea ce înseamnă că solul va încălzi fundul iazului. Această apă caldă se va ridica până la vârf, prelungind procesul de îngheț.

Este nevoie de timp pentru ca lucrurile să înghețe. Condițiile de mai sus fac ca iazul să înghețe încet, dar dacă aerul ar rămâne sub îngheț pentru totdeauna, în cele din urmă întregul iaz ar îngheța peste (începând cu stratul superior și mergând în jos – când vârful se transformă în gheață nu se mai scufundă deoarece gheața are o densitate mai mică decât apa ) .

Acesta este motivul pentru care, dacă călătoriți spre nord, în Minnesota unde pescuitul pe gheață este obișnuit, ei vă vor spune că vremea trebuie să fie (în cea mai mare parte) sub îngheț timp de săptămâni înainte ca lacul să fie în siguranță pentru a merge / merge pe jos.

Apa dintr-un iaz este în contact cu solul și solul nu este nici măcar aproape de îngheț, chiar dacă temperatura aerului este cu 27 ° sub îngheț.

Comentarii

• O mulțime de științe sunt aruncate aici, în timp ce răspunsul simplu este că pământul este încă prea cald. Dacă pământul este înghețat dincolo de fundul iazului, atunci putem intra în tot jargonul acelui super-răcit-gheață-nuclee.
• @ BlueRaja-DannyPflughoeft, tu ‘ re absolut corect. Am făcut răspunsul meu cât mai simplu posibil.

Acest lucru se poate datora faptului că aerul se răcește și se încălzește mai repede decât apa. Aerul are o căldură specifică mai mică decât apa. Poate dura ceva timp până când apa să înghețe.

Nimeni nu a menționat încă pești. Aveți pești sau alte animale în iaz? Nu numai că oferă o cantitate mică de încălzire, ci mișcarea lor va ajuta la prevenirea formării gheții.

Comentarii

• Da, conține pești! 🙂

Variabila pe care trebuie să o luați în considerare pentru a înțelege problema este adâncimea iazului. Pun pariu că, spre deosebire de iazul tău, bălțile puțin adânci din jur au înghețat.

Apa este mai densă la 4 ° C, deci pentru a îngheța suprafața trebuie să răcoriți întregul iaz la 4 ° C. Altfel , când apa din suprafață se răcește până la 4 ° C, aceasta se va scufunda și va fi înlocuită cu apă mai caldă de dedesubt, atunci dacă acea apă este răcită la 4 ° C se va scufunda din nou și va fi înlocuită cu apă mai caldă și așa mai departe Doar odată ce întreg iazul este la 4 ° C, apa din suprafață se poate răcori sub această temperatură și poate fi mai ușoară decât apa de sub, prin urmare, ar rămâne în suprafață și se poate răcori în continuare până când îngheață producând un strat de gheață de suprafață.

Următoarea figură din această întrebare din „Întrebări științifice cu răspunsuri surprinzătoare” arată diferențele de stratificare a temperaturii unui iaz cald (cifră de vară), și unul suficient de rece pentru a începe formarea unei cruste de gheață de suprafață (figura de iarnă).

Timpul necesar pentru răcirea întregului corp de apă este apoi proporțional cu adâncimea. Corpurile de apă puțin adânci vor îngheța mai ușor, iar cele adânci vor necesita perioade prelungite de temperaturi sub îngheț pentru a începe să genereze o crustă înghețată.

n plus față de răspunsul acceptat de Casey, este probabil ca soarele să încălzească iazul pe parcursul unei zile mai mult decât încălzește termometrul utilizat pentru citirile de temperatură pe care le citați, deoarece termometrele sunt păstrate în interiorul unui Ecranul Stevenson .

Comentarii

• Dacă pământul încălzește apa, condensul ar trebui să fie să se ridice din apă. Faceți o citire a temperaturii din iaz și adăugați-o la întrebarea dvs.

Apa pură îngheață la 0 ° C (32 ° F) și de cele mai multe ori apa pură se găsește rar în iazuri și alte corpuri de apă deschise. Când impuritățile se amestecă în apă, punctul său de îngheț scade.

Comentarii

• iazurile sunt corpuri de apă dulce. Apa de mare salină îngheață la aproximativ -2C, astfel încât efectul va fi neglijabil pentru apa proaspătă.

Dacă și cât durează un iaz sau alt corp de apă pentru a îngheța depinde de mai mulți factori. Presiunea aerului, TDS (solidele dizolvate totale sau sărurile), mișcarea apei în sine și temperatura mediului înconjurător.

Presiunea aerului – În principal, funcția altitudinii, presiunea aerului influențează presiunea de apă, cu apă sub presiune mai mare care necesită temperaturi mai scăzute pentru a îngheța. https://physics.stackexchange.com/questions/60170/freezing-point-of-water-with-respect-to-pressure

TDS – Total solidele dizolvate, mai ales sărurile și alți ioni scad punctul de îngheț de apă până la un punct și în funcție de substanțele chimice specifice și concentrația dizolvată. În iazurile de apă dulce, este puțin probabil să însemne mai mult de 1 sau 2 grade diferență. https://www.troublefreepool.com/threads/17456-Quantifying-TDS-constituents-affect-on-freezing-point-of-H20

Mișcarea apei. Apa în mișcare tinde să inhibe formarea cristalelor de gheață și să întârzie înghețarea. https://www.physicsforums.com/threads/temperature-needed-to-freeze-moving-water.515414/

Temperatura mediului înconjurător. În general, cu apă în aer liber, precum iazuri și lacuri, solul de sub corpul de apă va rămâne aproape de temperatura medie anuală. Aerul de deasupra iazului va trebui să îndepărteze suficientă căldură din iaz pentru a depăși toți acești factori.

Apa are, de asemenea, proprietatea unică (?) De a scădea densitatea pe măsură ce îngheață.Aceasta înseamnă că gheața, care se formează, se va forma la suprafața unde apa tinde să fie mai caldă pentru început. În porțiunea lichidă a iazului, convecția va aduce căldura de pe pământ sub iaz la suprafață, ceea ce întârzie formarea gheții. Apa rece care se deplasează în jos până la fund este supusă unei presiuni crescânde, coborâți punctul de îngheț, astfel încât, chiar și odată ce reqaches punctul de îngheț la suprafață, nu va îngheța în timp ce se deplasează în jos către pământul cald.

Efectul net al tuturor acestora este că întregul corp de apă trebuie să ajungă la punctul de îngheț înainte ca gheața să se poată forma. Cu cât iazul / lacul este mai adânc, cu atât durează mai mult și un corp de apă suficient de adânc nu va îngheța niciodată complet în condiții normale de pământ. Pe măsură ce stratul de gheață se formează la suprafață, acționează pentru a izola apa de sub acesta, reducând cantitatea de căldură pe care aerul o poate îndepărta, dar gheața nu se formează pe fundul iazului, deci continuă să primească căldură de pe pământ. Deci iazul nu îngheță niciodată complet dacă este suficient de adânc și iarna suficient de scurt.

Apa din iazul tău are pentru a coborî până la sub îngheț. Este nevoie de timp pentru căldura apei să se transfere în împrejurimi. Pământul de sub apă probabil nu este nici sub îngheț, așa că va transfera căldură în apă în același timp. Uitându-ne la istoricul temperaturii pentru perioada în cauză, temperaturile ridicate din toate zilele din jur au fost peste îngheț și temperaturile medii au fost aproape sau mai mari decât înghețul . Este nevoie de mai mult de o zi pentru ca o cantitate mare de apă să piardă atât de multă căldură în mediul înconjurător când oricum este aproape de această temperatură.

Ați putea face propriul experiment obținând sticle de apă de dimensiuni diferite și văzând cum mult timp îi ia fiecăruia să înghețe în aceleași condiții. Este nevoie de mult mai multe pierderi de energie pentru a schimba starea apei din lichid în solid. 4200 J / litru / grad (C) pentru a modifica temperatura apei, 333.000 J pentru a cristaliza un litru de apă. Deci, pentru a îngheța complet iazul, împrejurimile sale ar trebui să absoarbă aceeași cantitate de energie pe care ar fi necesară scăderea temperaturii cu aproape 80 de grade Celsius.

Temperatura aerului este de 5 grade. Temperatura apei nu este aceeași. Un același motiv pentru care un castron de supă sau o ceașcă de cafea rămâne mai fierbinte decât temperatura camerei pentru ceva timp înainte de a se răci până la temperatura camerei. Luați acel bol sau cană și extindeți-l la dimensiunea unui lac.

Gândiți-vă la cât de fierbinte poate obține o grămadă de compost (suficient de fierbinte pentru a lua foc). Aceasta este practic ceea ce se întâmplă la fundul iazului pe o perioadă mai lungă de timp, deoarece materia descompusă din vară se descompune ca într-un digestor de metan.

De asemenea, gheața (și zăpada) care se formează în jurul marginilor din partea de sus acționează ca un izolator. Și din moment ce gheața plutește, creează un ciclu de feedback negativ în ceea ce privește răcirea, motiv pentru care multe lacuri înghețează deasupra, dar rămân lichide dedesubt. stratul de gheață (pe lângă producția de căldură biotică).