Как повысить температуру замерзания воды

Содержание

1 При какой температуре замерзает вода
2 В трубе замерзла вода: основные способы разморозки

При какой температуре замерзает вода

Со школы все прекрасно помнят, что при нулевой температуре по шкале Цельсия вода переходит в твердое агрегатное состояние. Проще говоря, она превращается в лед. Это значение соответствует 32 градусам по Фаренгейту и 273,15 по Кельвину.

Не всегда эти цифры справедливы — вода бывает разная:

пресная;
морская;
минеральная;
дистиллированная;
омагниченная.

Давление воздуха влияет на то, при какой температуре замерзает вода, например, в высокогорном озере. Вода бывает легкой, тяжелой и сверхтяжелой в зависимости от содержания изотопов водорода. Существуют понятия мягкости и жесткости. Все эти факторы играют немалую роль в изменении агрегатного состояния.

В обычной воде всегда есть какие-то примеси — твердые частицы, пыль. При определенной температуре вокруг мельчайших частиц начинают образовываться ледяные кристаллы. Такие частицы называют ядрами кристаллизации. Их функцию могут также выполнять трещины, пузырьки воздуха, дефекты поверхности сосуда. Наличие таких частиц – необходимое условие для превращения воды в лед.

Зависимость от атмосферного давления

С набором высоты атмосферное давление понижается. Чем выше в гору вы поднимаетесь, тем сильнее меняется температура замерзания воды. На километровой высоте кристаллизация происходит лишь при +2˚С. Поднявшись еще на километр, вы увидите, что лед образуется при +4˚С. Нулевая температура способствует переходу в твердое состояние лишь при нормальном атмосферном давлении — 760 мм ртутного столба.

Таким образом, с понижением давления воздуха, повышается температура, необходимая для замерзания воды. Зато кипеть она начинает при более низких значениях.

Природные водоемы

В озере или реке вода замерзает при 0˚С. Признаком того, что водоем является очень чистым, может служить процесс кристаллизации воды – он начинается со дна, поскольку там больше всего ядер кристаллизации: камней, коряг, растений.

По-другому дело обстоит с морями и океанами. Морская вода замерзает при разных значениях ниже нуля. Насколько соленая она будет, настолько выше ее плотность, поэтому для ее замерзания требуются более низкие температуры. Морская вода обладает разной степенью солености в различных частях мирового океана. При среднем значении 35 ‰ превращение в лед начнется при -1,91˚С.

Водные растворы

Вода – отличный растворитель. В зависимости от характера и количества примесей она будет переходить в твердое состояние при различных условиях.

Например, если добавить спирт, то понадобятся очень низкие температуры, вплоть до -114˚С. При этом неправильно говорить о каком-то фиксированном показателе.

Здесь необходимо указывать температуру, когда начинается кристаллизация и когда она заканчивается. Начальное значение зависит от доли спирта в растворе.

Как говорилось выше, соленая вода кристаллизуется при разной температуре воздуха. Ключевым является показатель солености, измеряемой в промилле (‰).

Дистиллированная вода

В отличие от водопроводной дистиллированная вода не содержит каких-либо примесей. Ее получают путем перегонки в дистилляторе. Получается, что в такой жидкости нет ядер кристаллизации. В связи с этой особенностью замерзание начинается при гораздо более низкой температуре, равной -42˚С.

Когда вода, подвергающаяся действию низкой температуры, не кристаллизуется, ее называют «переохлажденной». Если постучать по сосуду с такой жидкостью, она мгновенно станет льдом.

В лабораторных условиях ученым удалось добиться более низкого порога кристаллизации, когда дистиллированная вода при особом давлении замерзала при -70˚С.

Омагниченная вода

Люди, интересующиеся структурированием воды, наверняка слышали о способе, при котором жидкость подвергается воздействию магнитных полей определенной напряженности.

Считается, что в результате получается омагниченная вода, благотворно влияющая на различные органы, убивает микробы и бактерии. Также сторонники этого метода утверждают, что полив структурированной водой повышает урожайность огурцов, помидоров и прочих культур в несколько раз.

Замерзает чудо-вода при температуре -5-10 градусов ниже нуля, что в некоторой мере защищает растения от заморозков.

Бытовые случаи

Естественно, людей больше волнуют повседневные проблемы, а не вопрос при какой температуре замерзает вода, например, в Каспийском море. Что случится, если отключат отопление? Уже при -1˚С внутри жилого дома вода в трубах начнет замерзать.

Если в течение 2-3 дней не воспрепятствовать этому, лед в радиаторе и трубах отопления расширится и разорвет их. Вдруг поломается котел в частном доме или на дачном участке? При температуре 5 градусов ниже нуля на замерзание воды в трубах и радиаторе уйдет пара дней.

С хорошей теплоизоляцией система отопления выдержит дольше.

https://www.youtube.com/watch?v=xv5h9xWUM1E

Головной болью автомобилистов является замерзание воды в радиаторе с наступлением холодов. Кристаллы льда начинают образовываться при -5˚С на улице, объем жидкости увеличивается до 10%.

Это грозит повредить основные узлы и детали транспортного средства. Однако различные антифризы имеют значительно более низкую температуру замерзания и более высокую точку кипения.

Эти растворы в радиаторе начинают кристаллизоваться при температуре ниже 30˚С, некоторые марки при -60˚С.

Парадоксы и феномены

Как ни парадоксально покажется, но горячая вода замерзает быстрее холодной. Явление, получившее название «парадокс Мпембы», объясняется тем, что у горячей жидкости более высокая теплоотдача, выше насыщенность ядрами кристаллизации.

В вакууме при нуле градусов вода сначала… закипает, но после испарения 1/8 части жидкости, остаток начинает замерзать.

Учеными в лабораторных условиях была получена так называемая стеклообразная вода, представляющая собой аморфное твердое тело. Для этого за считанные миллисекунды нужно понизить температуру до -137 градусов Цельсия. Из такой субстанции состоят кометы во Вселенной.

при какой температуре замерзает вода

Источник: http://ellewoman.ru/pri-kakojj-temperature-zamerzaet-voda/

В трубе замерзла вода: основные способы разморозки

В данной статье будет рассказано, что делать если в трубах замерзла вода: как происходит замерзание, какие способы есть для устранения замерзания и какими преимуществами и недостатками эти способы обладают.

Чаще всего, если в трубах замерзла вода, значит трубопровод был неправильно смонтирован в процессе строительства, то есть трубы уложены на глубину меньшую, чем та, на которой происходит промерзание грунта.

Поэтому очень важно правильно рассчитать уровень промерзания в данном регионе, поскольку в регионах с более теплыми зимами ошибки могут и не выявиться в процессе эксплуатации, а в более холодных местностях подобные просчеты недопустимы, поскольку влекут за собой печальные последствия.

Как замерзает вода в трубах

Вода замерзла в трубах

Помимо точного выполнения расчета, на каком уровне промерзает грунт и при какой температуре замерзает вода в трубах, довольно важную роль играет также способ монтажа трубопровода.

Например, для наиболее эффективного движения стоков трубы должны быть установлены под небольшим уклоном в направлении стекания. Если это не сделано, то даже правильное выполнение расчета уровня промерзания не спасет ситуацию.

Важно: в большинстве регионов трубы канализации допускается укладывать на глубине не менее 90 см.

Кроме того, если замерзла в трубе вода, это может означать протекание трубопровода, поскольку конструкция, окруженная грунтом с низкой температурой при пропускании водяных потоков сама начинает охлаждаться до отрицательной температуры.

Замерзла вода в трубе – что делать?

При этом в случае поступления вслед за небольшими количествами воды более объемных и горячих порций замерзание трубы может не произойти, но при небольших стоках, особенно в случае значительной длины трубы, разогреть ее будет невозможно, поскольку маленькие порции постепенно будут намерзать и образовывать в трубопроводе замороженное пространство.

Что делать при замерзании

Замерзла вода в трубах – что делать?

Если все же вода замерзла в трубе, то на сегодняшний день существуют разные способы решения данной проблемы.

Для разморозки труб можно использовать кипяток, открытые источники пламени и т.д., что может являться не только небезопасно, но и вредно как для здоровья, так и для трубопровода, поэтому мы рассмотрим способы размораживания труб, не предусматривающие применения крайних мер.

Учитывая, какова температура замерзания воды в трубе, идеальным вариантом является размораживание трубы при помощи гидродинамической специальной установки, производящей горячую воду, температура которой может достигать 150°, а давление жидкости на момент ее подачи достигает 100 атмосфер и более.

Для функционирования такого оборудования требуется электрическая сеть мощностью 380 В. Следует заметить, что при этом потребуется дополняющее оборудование в виде водяного котла, нагревающего воду с помощью дизельного топлива.

Полезно: если вода в трубах замерзает, ее можно разморозить и при помощи относительно холодной воды, но данный способ является довольно длительным и не особо эффективным.

Основные минусы размораживающих процессов

Что делать если замерзла вода в трубах

Если замерзли водопроводные трубы, обычно пострадавшие участки имеют ряд недостатков в процессе размораживания.

Данные недостатки следует учитывать заранее, при этом следует принимать во внимание также следующие важные моменты:

Наиболее простой процедурой можно назвать размораживание трубы канализации, при котором удаление оттаявшей жидкости происходит естественным путем;
Размораживание водопроводов выполняется более сложно, поскольку как ледяная вода, так и горячая, используемая для размораживания, стекают в колодец, из которого воду впоследствии необходимо удалить.

Предотвращение замерзания трубы

В случае загородных домов колодцы или скважины обычно размещаются на небольшом расстоянии от дома. Скважина иногда оборудуется в подвале или подполе, но даже в этом случае следует принимать меры по предотвращению замерзания труб.

Чаще всего замерзает вода в трубах не на подземных участках трубопровода, а на границе между землей и воздухом, откуда кристаллизация продолжается по воздушным участкам трубы.

Другим слабым участком трубопровода является граница между подполом и домом, где по контуру труб в любом случае образуются сквозняки, избавиться от которых практически невозможно.

Для защиты труб от замерзания следует принимать специальные меры, которые можно условно разделить на активные и пассивные. Данные меры желательно принимать еще в процессе проектирования.

Пассивные меры

Применение пассивных мер

Подводящая труба должна быть изготовлена из теплоизолирующего материала, такого как полипропилен, полиэтилен или металлопластик. Использование металлических труб не рекомендуется;
Желательно выбирать подводящую трубу как можно большего диаметра, что позволяет находиться в ней большему объему воды, а так же обеспечивает дополнительную теплоизоляцию за счет большей толщины стенки трубы, что в совокупности увеличивает время остывания воды до температуры замерзания. Оптимальными диаметрами являются в случае металлопластика и полипропилена – ¾ (20 мм) и более, в случае полиэтилена – 1½ (40 мм) и более;

Полезно: можно выбирать и трубы большего диаметра, но это довольно дорого.

Траншею следует рыть на глубину, сравнимую со средней глубиной, на которой промерзает грунт в данной местности, обычно глубина траншеи составляет от 70 до 150 см;
Трубы обязательно должны обладать уклоном в сторону колодца или скважины;
Обязательно следует утеплить трубу.

Активные меры

Обогрев кабелем

Соединения трубы в месте выхода из скважины (колодца) и в месте входа в дом (подвал) должны быть легкоразъемными, что позволит осматривать устье подземных участков трубы и удалять ледяные пробки;
Наилучшим способом активной защиты является прокладывание по всей длине подающей трубы греющего кабеля, крепящегося к трубе с помощью скотча или пластиковых хомутов. При этом необязательно приобретать достаточно дорогой двухжильный саморегулирующийся кабель – вполне достаточным будет дешевый отечественный одножильный кабель для теплого пола.При этом следует учитывать, что максимальное время его включения составляет 15 минут. Если этого окажется недостаточно, процедуру повторяют через 10-15 минут, дав кабелю немного остыть.

Важно: включать постоянный обогрев кабелем не следует, поскольку это приводит к лишним затратам электроэнергии и может вызвать перегрев кабеля.

В случае использования погружных насосов в трубе можно проделать небольшое отверстие диаметром 1-3 мм на расстоянии от насоса в 3-5 см, что обеспечит постоянный ток воды, в результате чего ее замерзание станет невозможным. К сожалению, данный метод неприменим в случае использования насосной станции;
В случае сильных морозов рекомендуется проливать воду, то есть включать ее через каждые два часа. В таком случае отогревание трубы с помощью греющего кабеля потребуется выполнять только раз в день по утрам.

Практика показывает, что, соблюдая только пассивные меры, предотвращающие замерзание труб, можно гарантировать их бесперебойную работу при морозе до 20-25°. Соблюдение же и пассивных, и активных мер обеспечит надежную работу труб при любых температурах, при этом вопрос – как быть, если замерзла вода в трубе, просто не возникнет.

Источник: https://o-trubah.ru/zashhita-ot-promerzaniya-i-otogrev/otogrew/v-trube-zamerzla-voda-147

Состояния и виды воды

Вода на планете Земля может принимать три основных агрегатных состояния: жидкое, твёрдое и газообразное, которые способны трансформироваться в разные формы, одновременно сосуществующие друг с другом (айсберги в морской воде, водяной пар и кристаллы льда в облаках на небе, ледники и свободно текущие реки).

В зависимости от особенностей происхождения, назначения и состава вода может быть:

пресной;
минеральной;
морской;
питьевой (сюда же отнесём водопроводную воду);
дождевой;
талой;
солоноватой;
структурированной;
дистиллированной;
деионизированной.

Наличие изотопов водорода делает воду:

лёгкой;
тяжёлой (дейтериевой);
сверхтяжёлой (тритиевой).

Все мы знаем о том, что вода бывает мягкой и жёсткой: этот показатель определяется содержанием катионов магния и кальция.

Каждый из перечисленных нами видов и агрегатных состояний воды имеет свою температуру замерзания и плавления.

Температура замерзания воды

Почему вода замерзает? Обычная вода всегда содержит некоторое количество взвешенных частиц минерального или органического происхождения. Это могут быть мельчайшие частицы глины, песка или домашней пыли.

Когда температура окружающей среды опускается до определённых значений, эти частицы берут на себя роль центров, вокруг которых начинают образовываться кристаллы льда.

Ядрами кристаллизации могут стать также воздушные пузырьки, а также трещины и повреждения на стенках сосуда, в котором находится вода. Скорость процесса кристаллизации воды во многом определяется количеством этих центров: чем их больше, тем быстрее замерзает жидкость.

В обычных условиях (при нормальном атмосферном давлении) температурой фазового перехода воды из жидкого состояния в твёрдое является отметка 0 градусов по Цельсию. Именно при такой температуре происходит замерзание воды на улице.

Отчего горячая вода замерзает быстрее холодной?

Горячая вода замерзает быстрее холодной – на этот феномен обратил внимание Эрасто Мпемба – школьник с Танганьики. Его эксперименты с массой для приготовления мороженого показали, что скорость замерзания подогретой массы значительно выше, чем холодной.

Одной из причин этого интересного явления, получившего название «парадокс Мпембы», является более высокая теплоотдача горячей жидкости, а также наличие в ней большего количества ядер кристаллизации по сравнению с холодной водой.

Взаимосвязаны ли температура замерзания воды и высота?

При изменении давления, часто связанного с нахождением на разной высоте, температура замерзания воды начинает радикально отличаться от стандартной, характерной для обычных условий. Кристаллизация воды на высоте происходит при следующих температурных значениях:

как ни парадоксально, на высоте 1000 м вода замерзает при 2 градусах тепла по шкале Цельсия;
на высоте 2000 метров это происходит уже при 4 градусах тепла.

Самая высокая температура замерзания воды в горах наблюдается на высоте свыше 5000 тысяч метров (например, в Фанских горах или на Памире).

Как давление влияет на процесс кристаллизации воды?

Давайте попробуем увязать динамику изменения температуры замерзания воды с переменой давления.

При давлении 2 атм вода замерзнет при температуре —2 градуса.
При давлении 3 атм началом замерзания воды станет температура —4 градуса по Цельсию.

При повышенном давлении температура начала процесса кристаллизации воды понижается, а температура кипения увеличивается. При низком давлении получается диаметрально противоположная картина.

Именно поэтому в условиях высокогорья и разреженной атмосферы весьма трудно сварить даже яйца, поскольку вода в котелке закипает уже при 80 градусах. Понятно, что при такой температуре приготовить пищу попросту невозможно.

При высоком давлении процесс плавления льда под лезвиями коньков происходит даже при очень низких температурах, но именно благодаря ему коньки скользят по ледяной поверхности.

Аналогичным образом объясняется примерзание полозьев сильно нагруженных нарт в рассказах Джека Лондона. Тяжёлые нарты, оказывающие давление на снег, вызывают его плавление. Образующаяся при этом вода облегчает их скольжение. Но стоит нартам остановиться и задержаться продолжительное время на одном месте, как вытесненная вода, замерзнув, приморозит полозья к дороге.

Температура кристаллизации водных растворов

Будучи отличным растворителем, вода легко вступает в реакции с различными органическими и неорганическими веществами, образуя массу подчас неожиданных химических соединений. Разумеется, каждое из них будет замерзать при разных температурах. Отразим это в наглядном списке.

Температура замерзания смеси спирта и воды зависит от процентного соотношения в ней обоих компонентов. Чем больше воды добавлено в раствор, тем ближе к нулю температура его замерзания. Если же в растворе больше спирта, процесс кристаллизации начнётся при значениях, близких к -114 градусам.
Важно знать, что фиксированной температуры замерзания водно-спиртовые растворы не имеют. Обычно говорят о температуре начала процесса кристаллизации и температуре окончательного перехода в твёрдое состояние.

Между началом образования первых кристаллов и полным застыванием спиртового раствора лежит температурный интервал величиной в 7 градусов. Так, температура замерзания воды со спиртом 40% концентрации на начальном этапе составляет -22,5 градуса, а окончательный переход раствора в твёрдую фазу произойдёт при -29,5 градусах.

Для измерения солёности воды используют особую единицу – «промилле». Итак, мы установили, что температура замерзания воды с увеличением концентрации солей понижается. Поясним это на примере:

Уровень солёности океанской воды равна 35 промилле, при этом средняя величина её замерзания составляет 1,9 градуса. Степень солёности черноморских вод насчитывает 18-20 промилле, поэтому замерзают они при более высокой температуре с диапазоном от -0,9 до -1,1 градуса Цельсия.

Температура замерзания воды с сахаром (для раствора, моляльность которого составляет 0,8) равна -1,6 градуса.
Температура замерзания воды с примесями во многом зависит от их количества и характера примесей, входящих в состав водного раствора.
Температура замерзания воды с глицерином зависит от концентрации раствора. Раствор, содержащий 80 мл глицерина, замёрзнет при -20 градусах, при снижении содержания глицерина до 60 мл процесс кристаллизации начнётся при -34 градусах, а начало замерзания 20% раствора – минус пять градусов. Как можно заметить, линейная зависимость в данном случае отсутствует. Для замерзания 10% раствора глицерина будет достаточно температуры -2 градуса.
Температура замерзания воды с содой (подразумевается едкая щёлочь или каустическая сода) представляет ещё более загадочную картину: 44% раствор каустика замерзает при +7 градусах Цельсия, а 80% — при+ 130.

Замерзание пресных водоёмов

Процесс образования льда на пресноводных водоемах происходит в несколько ином температурном режиме.

Температура замерзания воды в озере, точно так же, как и температура замерзания воды в реке, равна нулю градусов по шкале Цельсия. Замерзание самых чистых речек и ручьев начинается не с поверхности, а со дна, на котором присутствуют ядра кристаллизации в виде частиц донного ила. Коркой льда поначалу покрываются коряги и водные растения. Стоит лишь донному льду подняться на поверхность, как река мгновенно промерзает насквозь.
Замерзшая вода на Байкале иногда может охлаждаться до отрицательных температур. Происходит это лишь на мелководье; температура воды при этом может составлять тысячные, а иногда и сотые доли одного градуса ниже нуля.
Температура байкальской воды под самой коркой ледяного покрова, как правило, не превышает +0,2 градуса. В низших пластах она постепенно повышается до +3,2 на дне самой глубокой котловины.

Температура замерзания дистиллированной воды

Замерзает ли дистиллированная вода? Напомним о том, что для замерзания воды необходимо присутствие в ней неких центров кристаллизации, коими могут стать пузырьки воздуха, взвешенные частицы, а также повреждения стенок ёмкости, в которой она находится.

Дистиллированная вода, совершенно лишённая всяких примесей, не имеет и ядер кристаллизации, а поэтому её замерзание начинается при очень низких температурах. Начальная точка замерзания дистиллированной воды составляет -42 градуса. Учёным удалось добиться переохлаждения дистиллированной воды до -70 градусов.

Вода, подвергнутая воздействию очень низких температур, но при этом не кристаллизовавшаяся, называется «переохлаждённой». Можно, поместив бутылку с дистиллированной водой в морозильную камеру, добиться её переохлаждения, а затем продемонстрировать очень эффектный трюк — смотрите в видео:

Тихонько постучав по бутылке, извлечённой из холодильника, или бросив в неё небольшой кусочек льда, можно показать, как мгновенно она превращается в лед, имеющий вид удлинённых кристаллов.

Дистиллированная вода: замерзает или нет под давлением эта очищенная субстанция? Такой процесс возможен лишь в специально созданных лабораторных условиях.

Температура замерзания соленой воды

Замерзает ли соленая вода? Благодаря высокой концентрации солей океанская и морская вода замерзает при температуре -1,9 градуса по Цельсию.
Температура замерзания воды в морях и океанах не имеет постоянного значения, поскольку солёность воды в разных морях Мирового океана совершенно разная.
Как температура замерзания океанической воды зависит от ее солености? Между этими величинами существует самая прямая связь. Чем более солёной является вода, тем более высокой плотностью она обладает, а для замерзания такой воды требуется достаточно низкая температура.
Средняя температура воды в морях и океанах -4 градуса.

Температура замерзания отдельных морей

При скольких градусах замерзает вода:

Каспийского моря? Солёность каспийских вод составляет около 13 промилле. Их замерзание происходит при -0,5 градуса Цельсия. Толщина ледяного покрова северной части Каспия составляет около двух метров.
Азовского моря? Его соленая вода замерзает при температуре от -0,5 до -0,7 градусов по шкале Цельсия. Солёность составляет около 11 промилле. Толщина льдов, покрывающих море в период с декабря по март, равна одному метру.
Японского моря? Почему соленая вода этого моря не замерзает? Это объясняется высоким (около 34 промилле) уровнем её солёности и географическим положением моря.
Балтийского моря? При солёности, насчитывающей всего 6-8 промилле, температура замерзания морской воды в Балтике близка к нулю.

Экспресс-ответы