Когда замерзает жидкость вода. При какой температуре замерзает вода в трубах – боремся с проблемой замерзания

Вода занимает две третьих земной поверхности и примерно столько же – в организме каждого из нас. Вода повсюду, однако до сих пор не изучена до конца, и даже самые простые ее свойства оставляют множество вопросов. Например, каждый школьник знает, что H2O может быть в трех состояниях: в жидком это вода, в газообразном – пар, и в твердой форме – лед. Но так ли очевиден ответ на вопрос, при какой температуре замерзает вода?

Что влияет на градус замерзания

Представим, что у нас есть идеальная среда с температурой ровно 0°C – общеизвестно, что вода замерзает именно при этом градусе – и в эту среду мы помещаем кусочек льда и воду в жидком состоянии. Что произойдет? Собственно, ничего: вода не замерзнет, а лед не начнет таять. Объяснение в том, что в данной модели нет условий для фазового перехода.

Простыми словами: помимо снижения температуры до определенного градуса, на замерзание воды влияют и другие факторы. Один из них – атмосферное давление, которое создаётся гравитационным притяжением воздуха к Земле. И температура замерзания воды находится в прямой зависимости от давления.

Рассмотрим это на примере: чем выше мы поднимаемся над уровнем моря, ниже становится атмосферное давление и тем выше должна быть температура для кристаллизации воды. На высоте в 1000 метров вода замерзает при температуре +2 °C; поднявшись еще на километр, мы увидим, что вода кристаллизируется уже при +4 °C.

Наличие примесей

Также, кроме давления и температуры, на замерзание воды влияет ее состав: в ней в том или ином количестве находятся органические и минеральные частицы, то есть кусочки глины, песка, пыли. Когда температура в окружающей среде снижается до необходимого градуса, вокруг этих частиц образуются кристаллы: кусочки пыли, песка, камня выполняют роль ядрового центра, вокруг которого начинается процесс кристаллизации.

А в дистиллированной (очищенной) воде процесс замерзания протекает иначе: поскольку в ней нет потенциальных ядер кристаллизации, вода может охладиться до минусовой температуры, но не замерзнуть.

Итак, время замерзания воды зависит от таких факторов:

атмосферное давление в окружающей среде;
температура воздуха;
количество жидкости;
ее химический состав;
в какой емкости находится H2 O (или отсутствие емкости).

Феноменальные свойства H2 O

Приведем еще несколько фактов об удивительном поведении воды:

При замерзании молекулы воды расширяются, и ее масса становится тяжелей массы льда. Лед, согласно закону Архимеда, выталкивается на поверхность. Таким образом природа закрывает коркой льда водоемы, защищая и сохраняя все живое в их глубинах.
Горячая вода замерзнет быстрее, чем холодная. Звучит невероятно, но это так. Называется это явление «парадокс «Мпембы». Дело в том, что у горячей воды больше теплоотдача и более высокая насыщенность ядрами кристаллизации.
В вакууме при 0°C вода сначала закипает, потом одна восьмая ее испаряется, а оставшееся количество замерзает.
Учеными при лабораторных исследованиях была получена так называемая стеклообразная вода – аморфная твердая субстанция, из которой состоят кометы во Вселенной. Для перехода воды в такое состояние необходимо за считаные миллисекунды понизить температуру до -137 градусов Цельсия.
Максимальной плотность H2 O будет при +4°C.

Вода - самое распространенное и самое загадочное вещество на нашей планете. Она обладает простыми свойствами, известными с древних времен. Именно благодаря этим особенностям ее и называют «основой жизни». Так в чем же «чудесность» этих свойств? Давайте разбираться.

Текучесть. Основное свойство всех жидкостей, и воды - в том числе. Под действием внешних сил она способна принимать форму любого сосуда. И это обеспечивает ее повсеместную доступность. Вода течет в водопроводах, образует озера, реки и моря. И, самое главное, вы всегда можете взять ее с собой в любой удобной упаковке - от маленькой бутылочки до огромной цистерны.

Температурные свойства. Теплая вода легче холодной и всегда поднимается вверх. Поэтому мы можем готовить суп, нагревая кастрюлю только снизу, а не со всех сторон сразу. Благодаря этому явлению, называемому «конвекцией», большинство обитателей земных водоемов живут ближе к поверхности.

Но самым важным из температурных свойств воды является ее высокая теплоемкость - в 10 раз больше, чем у железа. Это значит, что для ее нагревания необходимо большое количество энергии, однако и при остывании энергии выделяется столько же. На этом принципе основаны системы отопления в наших домах - и системы охлаждения, применяемые в промышленности.

Кроме того, моря и океаны играют роль терморегулятора Земли, смягчая сезонные перепады температуры, поглощая тепло летом и отдавая его зимой. А при сочетании теплоемкости и конвекции можно даже обогреть целый континент! Речь идет о «главной батарее Европы», теплом течении Гольфстрим. Гигантские потоки теплой воды, двигаясь по поверхности Атлантики, обеспечивают на ее побережье комфортную температуру, не свойственную для этих широт.

Замерзание. Температура замерзания воды условно равна 0 градусов, но на самом деле этот параметр зависит от ряда факторов: атмосферного давления, емкости, в которую вода помещена, от наличия в ней примесей.

Вода уникальна тем, что, в отличие от других веществ, при замерзании расширяется. При наших суровых зимах, это, пожалуй, можно назвать отрицательным свойством. Замерзая и увеличиваясь в объеме, вода (а точнее, уже лед) просто рвет трубы из металла.

Итак, при переходе в твердое состояние вода увеличивается в объеме, но становится не такой плотной. Поэтому лед всегда легче воды, и находится на ее поверхности. К тому же, он плохо проводит тепло: даже самой холодной зимой в водоемах планеты сохраняется жизнь. Ведь чем толще ледяная «подушка», тем теплее вода под ней. Также, благодаря этому свойству, некоторые народы до сих пор строят так называемые «ледники» - погреба или пещеры, обложенные льдом, который не тает даже летом, и позволяет хранить продукты очень долго.

Некоторые ученые даже предложили использовать лед в борьбе с глобальным потеплением. Суть идеи такова - специальный корабль берет на буксир айсберг, дрейфующий где-нибудь близ Антарктиды. А потом тащит его в теплые края, где люди страдают от жары. Айсберг тает, обеспечивая прохладой целый прибрежный регион. Такой вот «Гольфстрим наоборот», только созданный человеком.

Закипание. От холодного льда перейдем к горячему пару. Всем известно, что вода закипает при температуре в 100 градусов Цельсия. Но это лишь в условиях нормального состава воздуха и атмосферного давления. Зато на вершине Эвереста, где давление ниже, а воздух разрежен, ваш чайник закипит уже при 68 градусах! Кипячение воды способствует тому, что в ней погибают вредные микроорганизмы. А еще продукты, приготовленные на пару, намного более полезны, чем жареные.

К тому же, водяной пар можно назвать настоящим двигателем цивилизации. Еще не прошло и ста лет с эпохи паровых двигателей, и многие до сих пор ошибочно называют железнодорожные локомотивы (работающие сейчас преимущественно на электричестве) «паровозами».

Кстати, об электричестве. Без пара оно до сих пор оставалось бы редкой и дорогой диковинкой. Ведь принцип работы большинства электростанций основан на вращении ротора под давлением горячего пара. Современные атомные станции отличаются от старых угольных или нефтяных только принципом нагрева воды. Даже инновационная и безопасная солнечная энергетика использует пар: огромные зеркала, подобно лупе, фокусируют солнечные лучи на резервуаре с водой, превращая ее в пар для электротурбин.

Растворение. Еще одно важнейшее свойство воды, без которого была бы невозможна не только наука и промышленность, но и сама жизнь! Как думаете, что общего между плазмой крови и вашей любимой газировкой? Ответ прост: газировка - это водный раствор различных солей, минералов и газов. Плазма же состоит на 90% из воды, а также из белков и других веществ. И каждая клетка живого организма получает нужные ей вещества тоже в виде водного раствора.

Вода является самым простым, безопасным, но, тем не менее, самым надежным природным растворителем. Между ее подвижных молекул могут «затесаться» практически любые вещества - от жидкостей до металлов. Это чудесное свойство было замечено еще на заре человечества. Древние художники растворяли в воде природные красители, чтобы рисовать на стенах пещер. Потом эстафету приняли средневековые алхимики, растворяя в воде самые разные вещества в надежде получить «философский камень», превращающий любой материал в золото. А теперь это свойство с успехом используют современные химики.

Поверхностное натяжение. Большинство людей, слыша про поверхностное натяжение воды, вспоминают разве что насекомых-водомерок, скользящих по глади пруда или лужи. А, между тем, без этого свойства воды невозможно даже вымыть руки! Именно благодаря ему образуется мыльная пена. Да и вытереть руки полотенцем без него тоже сложно. Ведь все впитывающие материалы (неважно, бумажная салфетка или ткань из микрофибры) обладают микроскопическими порами, в которые влага впитывается за счет поверхностного натяжения. По этой же причине вода устремляется по тончайшим капиллярам, пронизывающим корни растений. И приготовление сухих строительных смесей также возможно благодаря поверхностному натяжению добавляемой воды.

Молекулы воды активно притягиваются друг к другу, в результате ее поверхность при данном объеме стремится к минимиму. Именно поэтому естественной формой любой жидкости является шар. Это легко можно проверить оказавшись в невесомости. Хотя, для подобного эксперимента не обязательно лететь в космос, просто введите с помощью шприца немного воды в стакан с растительным маслом и наблюдайте, как она соберется в шарики.

Без воды нет существования живых организмов. Однако вода в разных своих видах может вести себя по-разному: замерзать, закипеть и т.д.

Температура замерзания воды

При какой температуре замерзает вода? Замерзание воды в обычных условиях составляет 0 градусов по Цельсию. При определенных условиях можно видеть переохлажденную воду. Если эта вода находится в спокойном состоянии, то она жидкая. Если ее хотя бы немного встряхнуть, стукнуть, то вода моментально замерзает.

Чистая дистиллированная вода начинает замерзать ниже нуля 2-3 градуса по Цельсию. Процесс кристаллизации начинается на воздушных пузырьках, на частицах пыли, царапинах, повреждениях емкости. Если же дистиллированная вода чистая, то замораживаниие воды будет отодвигаться.

В лабораторных условиях удалось воду в малом объеме довести до – 70 градусов по Цельсию. При нахождении в воде примесей температура замерзания переходит в отрицательную зону. У морской воды температура замерзания – 1,9 градусов по Цельсию. После этого начинается образование льда.

Очищенная путем испарения, охлаждения и конденсации жидкость имеет особые физические свойства. Ее рекомендуют использовать в отопительной системе, поскольку отсутствуют соли, а также кислород. Это положительно влияет на длительность функционирования оборудования.

Но многих интересует вопрос, замерзает ли дистиллированная вода при температуре ниже 0˚ С?

Несложно провести опыт в домашних условиях, и получить ответ на этот вопрос. Мы увидим, что при 0˚ С она останется жидкой. Даже если мы понизим температуру, физическое состояние ее не измениться.

Так при скольких градусах замерзает вода?

Наблюдается интересное свойство дистиллированной воды при отрицательной температуре. Если в нее опустить кусок льда, снега, воздуха или пыли — моментально появятся кристаллы по всему объему.

Это объясняется тем, что вода из-под крана имеет много центров кристаллизации: соли, воздух внутри, поверхность тары и так далее. Очищенные жидкости таких центров не имеют. Благодаря чему она можете значительно переохлаждаться.

Законы физики гласят, что чем больше жидкость очищена от примесей, тем ниже порог перехода в твердое состояние.

Дистиллированная вода замерзает при -10˚ С и ниже. Этим объясняется ее преимущество перед другими теплоносителями в период отопления. Благодаря данному свойству, при обогреве помещения она может конкурировать с антифризом.

При этом имеется ряд дополнительных преимуществ перед другими теплоносителями:

экологическая чистота;
безопасность для жизни и здоровья человека;
бережное отношение к трубам;
простота в использовании;
доступность.

Теперь вы знаете, что дистиллированная вода замерзает при температуре ниже 10 градусов, поэтому можно быть спокойным за свою систему отопления.

Надеемся, что статья была вам полезна. Будем благодарны, если поделитесь ею в соцсетях.

Хорошего вам дня!

Почему вода замерзает на холоде

На свойство воды переходить в различные состояния влияет ее состав. Молекулы воды слабо связаны между собой; они всегда движутся и группируются, но при этом не могут образовать определенную структуру. Вода принимает форму того сосуда, в который ее помещают, но самостоятельно она не может удерживать какую-то определенную модель. Например, нальем воду в кастрюлю, и жидкость примет ее форму, но вне посуды удержать не сможет.

При нагревании молекулы воды начинают перемещаться по отношению друг к другу еще быстрее и хаотичнее, теряя связь между собой в большей мере. При этом вода становится паром.

При влиянии на воду низких температур движение молекул затормаживается, связь между ними укрепляется, и тогда они могут построить структуру – кристаллы шестигранной формы. Состояние преобразования влаги в лед называется кристаллизацией, затвердеванием.

В таком крепком состоянии может долгое время сохранять различную приобретенную ею форму. Замерзать вода начинает при температуре 0 градусов по Цельсию. Таким образом, переход воды из жидкого состояния в твердое, в лед, обусловлен физическими свойствами воды, ее составом.

Почему горячая вода замерзает быстрее холодной

Говоря о «превращении» воды в лед, наблюдаются любопытные явления. Горячая замерзает быстрее, чем холодная, как бы маловероятно сия данность не выглядела. Об этом факте было известно давно, но долгое время не удавалось раскрыть тайну загадочного свойства воды. Лишь в двадцатом веке ученые всего мира попытались объяснить причину более быстрого замерзания горячей воды по сравнению с холодной.

В 1963 году мальчик по имени Мпемба из Танзании заметил, когда готовил мороженое, что вкусный деликатес застывает быстрее, если сделан из теплого, а не холодного молока. Над ним начали насмехаться, когда он поделился своими наблюдениями с учителем и друзьями. Лишь один человек – профессор Деннис Осборн, с которым Мпемба познакомился уже взрослым, обратил внимание на этот факт.

Выдвигалось много гипотез по поводу быстрого замерзания горячей воды, нежели холодной, но все они остались предположениями. «Странное» поведение воды называют «Эффект Мпембы». Исследования проводятся до сих пор. Ученые многих стран пытаются доказать «Эффект Мпембы», но пока что безрезультатно.

Многие исследователи считают этот факт, не заслуживающим внимания, так как мороженое имеет другие свойства в отличие от жесткой воды. Физики из Сингапура в 2013 году теоретически доказали загадку эффекта Мпембы, а подтверждений лабораторных исследований непонятного явления не существует до сих пор.

Вода замерзает сверху, а не снизу

Почти всем известно, что на водоемах при низких температурах сначала образуется тонкая ледяная корочка, которая становится толще и крепче при усилении морозов. И если бы не это удивительное свойство воды, то вряд ли, кто-нибудь смог бы покататься на коньках, так как лед просто опускался бы на дно водоема.

Вода, как и большая часть аналогичных веществ, при охлаждении сжимается и уменьшается в объеме, но до температуры не ниже 3 градусов по Цельсию. При более низких температурах вода, наоборот, расширяется, увеличивается ее плотность. Лед легче воды, и это удерживает его сверху.

Почему дистиллированная вода не замерзает

Дистиллированную воду называют чистой, она « освобождена» от всяких примесей, кислорода. Примеси являются теми фрагментами, к которым крепятся молекулы воды. При переходе из жидкого состояния в лед, примеси, присутствующие в воде, сжимаются, Дистиллированная вода из-за отсутствия других веществ расширяется, дистанция между молекулами увеличивается.

Образовавшийся лед будет плавать на поверхности, так как легче воды. И все же дистиллированная вода может замерзать, но температура ее замерзания гораздо ниже, чем обычной воды. При этом было замечено, что стоит ударить, например, по бутылке с дистиллированной водой или встряхнуть, и вода тут же начнет замерзать. Объясняется это сцеплением молекул при ударе.

Температура замерзания минеральной воды

Минеральная вода насыщена солями, химическими веществами, полезными для человека. Температура замерзания минеральной воды ниже, чем у обычной. При ударе по сосуду с водой или встряхивании процесс замерзания ускорится так же, как и в случае с дистиллированной водой. Молекулы воды будут сцепляться друг с другом и структурироваться в кристаллы, соответственно, вода будет замерзать.

Замерзает ли соленая вода

Есть люди, считающие, что не замерзает. Это утверждение не совсем верно. Соленая вода тоже имеет свойство замерзать, но температура ее замерзания значительно ниже нулевой отметки. Объяснение этому заключается в молекулярном составе воды.

Соль, а точнее, ее маленькие кристаллы не позволяют молекулам воды соединиться. Замерзание соленой воды зависит от концентрации соли, содержащейся в ней. Чем больше соли в воде, тем ниже температура замерзания. Почему же антарктические льды и айсберги являются запасами пресной воды? По версии ученых, это фрагменты материка, отколовшиеся миллионы лет тому назад. Их образованию способствовало не то место, где они находятся.

Морская вода тоже замерзает при очень низких температурах. Кристаллы льда, образовавшиеся на поверхности воды, выталкивают кристаллы соли, поэтому, чем глубже, соляной раствор становится насыщеннее. Если взять лед с водной поверхности моря и растопить его, то растаявшая вода будет почти пресной.

Замерзает ли крещенская вода

Крещенскую воду называют «святой». Бытует мнение, что в Крещенскую ночь и в дальнейшие три дня вода во всех водоемах становится «святой», обладающей магическими свойствами исцеления. Она действительно может храниться долгое время, не изменяя своих вкусовых качеств, но замерзает. В этом может убедиться каждый желающий. Поместите на мороз 2 бутылочки, заполненные простой водой, и набранной в Крещенскую ночь. Вода одинаково замерзнет в обеих бутылках.

Замерзает ли вода в колодце

Люди предпочитают пить воду из колодца, считая ее более полезной и пригодной для организма. Замерзает ли вода в колодце зимой? Ответ на этот вопрос очевиден. Если колодец достаточно глубокий, уровень воды не поднимается выше точки промерзания земли, соответственно, что вода в колодце не замерзнет. Если колодец мелкий, то верхний слой воды может покрыться ледяной коркой или значительным пластом льда.

Вода – поразительное вещество, способное переходить из одного состояния в другое, благодаря своему химическому составу. Температура замерзания воды различна. Вода – единственное, вероятно, исключительное вещество, способное расширяться при низких температурах.

Замороженная вода

О значении и пользе воды для жизни известно всем. Оказывается, что оттаявшая после замерзания вода обладает целебными свойствами на организм человека. Она меняет свою структуру после процессов замораживания и оттаивания. Долголетию горцев многие приписывают употребление ими талой воды из источников, протекающих в горах.