Poate apa ingheta fara sa isi modifice volumul?

Salutare!

Am o mare curiozitate de mai mult timp si ma gandeam sa intreb aici: poate apa ingheta fara sa isi modifice volumul?

Se da o sfera perfect rigida (sau deformatiile sferei sunt nesemnificative) care in interior este umpluta complet cu apa. Ce se intampla la 4 grade C sau la 0 grade C?
Apa este un lichid incompresibil care isi mareste cu ~ 9% volumul cand ingheata.

Multumesc frumos!

Nu.

Apa nu poate ingheta daca nu are loc pentru dilatare.

Edited by lucian123, 28 December 2022 - 22:43.

buha, on 28 decembrie 2022 - 22:31, said:

Pai si daca apa e perfect incompresibila si se si dilata/contracta, ajungem sa avem o problema. Trebuie sa renuntam la ceva, pentru ca natura o rezolva cumva problema asta.
Problema e in modelele alese. Ele merg, dar nu intoate conditiile.

In realitate, sfera aia nu e perfect rigida, apa nu e perfect incompresibila, cheata are si ea niste module de elasticitate pe-acolo Iar coeficientii de dilatare mai depind si de presiune.
Ce se intampla in realitate? Depinde de sfera, depinde de procesul exact la care e supus sistemul. Daca sfera e elastica, atunci se intinde, daca e rigida, atunci crapa. Si toate astea la un moment dat, pentru ca apa are si ea o variatie a volumului cu presiunea, gheata are si ea o deformare cand e supusa unor forte. Apa formeaza gheata amorfa, care e un cristal cu multe defecte. Supunerea la resiune reconfigrureaza aceste defecte, chestie care produce plasticitate. Depinde de multe lucruri si nu exista un model extrem de precis pentru a modela astfel de lucruri ce presupun rupturi, explozii, bubuitori, crapaturi.

La o căutare pe net...

Quote

De regula se sparge sfera. Dar ma gandesc ca, daca e suficient de puternica. s-ar putea obtine apa supraracita, cum se intampla uneori in lacurile de munte cu apa foarte curata. Dar aceasta forma a apei e metastabila, si e de ajuns o mica perturbatie (o impuritate sau o vibratie) pentru a declansa inghetarea apei in cateva fractiuni de secunda.

si totusi, daca nu are spatiul sa formeze cristalele n-ar fi posibil ca efectiv sa nu inghete ? ceva de genul incepe sa inghete intr-un loc, dar neavand unde se dilata presiunea creste f. mult. presiunea asta cam ce efecte ar avea?

Spre deosebire de alte substante, apa isi  mareste volumul odata cu scaderea temperaturii, dar tot asa, spre deosebire de celelelte, cresterea presiunii coboara putin temperatura la care ingheata.
Forta data de expansiune este foarte mare, e complet nerezonabil sa construiesti un recipient care sa reziste fara sa se deformeaze astfel incat sa "faca loc" volumului crescut de apa.
Totusi, de la o anumita presiune, extrem de mare, apa/gheata isi schimba proprietatile, devenind mai densa, deci aceeasi masa de apa va ocupa un spatiu ceva mai mic, suficient chiar sa compenseze crestere de volum datorata solidificarii. Asta teoretic, cu conditia sa fi avut un rezervor care sa fi suportat expansiunea pana atunci.

Practic deci nu poti opri expansiunea, aia rupe tot sau deformeaza.
Similar se intampla cu dilatarea termica, fortele create sunt foarte mari si trebuie luate in considerare, dar situatia e mai simpla pentru ca expansiunea este proportionala cu temperatura, procesul se poate controla stiind coeficientul de dilatare termica.

 Fane, pe 29 decembrie 2022 - 01:34, a scris:

Va îngheța, doar că într-o altă structura a cristalelor. Sunt structuri care se formează doar la presiuni uriașe, de milioane de atmosphere, ori experimentul ăsta se oprește pe la 2000 atm (presupunând că ar exista un recipient rigid care rezistă la această presiune).

Edited by george_alexandru, 29 December 2022 - 09:05.

 pufonel, pe 28 decembrie 2022 - 23:43, a scris:

Daca intelegeti engleza:
[ https://www.youtube-nocookie.com/embed/ph8xusY3GTM?feature=oembed - Pentru incarcare in pagina (embed) Click aici ]

Edited by AlexEn, 29 December 2022 - 11:01.

Relativ offtopic, dar interesant si cumva in legatura cu rearanjarea cristalelor

[ https://www.youtube-nocookie.com/embed/xe-f4gokRBs?feature=oembed - Pentru incarcare in pagina (embed) Click aici ]

Greu de prevazut asa ceva. Natura mereu surprinzatoare.

Gheata prezinta fenomenul de polimorfism. https://en.wikipedia...erials_science)
Unele forme au densitate mai mare decit apa lichida si, deci, cristalizarea se face cu contractie. https://en.wikipedia...wiki/Ice#Phases

In concluzie, nu stim, cel putin muritorii  de rand nu stim.

 buha, pe 28 decembrie 2022 - 22:31, a scris:

Dacă nu se poate dilata, apa va rămâne lichidă și sub 0 C.

 DIS_WaterPhaseDiagram.en.x512.png   75.76K   18 downloads

 george_alexandru, pe 29 decembrie 2022 - 09:04, a scris:

Cum e de exemplu gheaţa 7 (Ice VII), care se formează la presiuni de peste 30 000 de atmosfere având structură cristalină cubică. Spre deosebire, gheaţa normală, numită gheaţă 1_h ,  formează structură cristalină hexagonală. Aceasta e stabilă până la 2 100 de atmosfere, după care se transformă în "gheaţă 2" apoi "gheaţă 3".

Gheaţa 7 se presupune că e pe fundul oceanelor de pe acele planete numite Planete-Ocean (Ocean Planet), ocean care acoperă întreaga planetă, având adâncimi de mii de kilometri, şi deci şi presiuni uriaşe.

Edited by lupini, 06 January 2023 - 16:59.

buha, on 28 decembrie 2022 - 22:31, said:

Apa este compresibila, toata lumea uita acest lucru dar eu zic sa-l intrebam pe parintele sonicitatii care intamplator s-a nascut in Romania si a dezvoltat mai multe aplicatii si inventii bazandu-se exact pe compresibilitatea apei...Gogu Constantinescu...poza lui este pe langa cea a lui Einstein cand vine vorba despre oameni care si-au pus amprenta in evolutia omenirii....suna maxim!...nu l-ash numi roman insa...daca-i cauti parintii sau, ma rog, inaintashii, vei observa ca originile lui nu-s de pe aici....cum nu-s de pe aici nici ceilalti mari inventatori....romani....Coanda....Karpen etc