Мода и стиль

Как и почему замерзает вода. Почему вода замерзает

Почему вода замерзает? Вода – удивительное чудо природы. Она необходима для всего живого на земле. Именно в воде, как утверждают ученые, зародилась жизнь. Удивительно, что вода способна пребывать в трех состояниях: жидком, твердом и газообразном. При этом она может переходить из одного состояния в другое. Подавляющая часть воды на планете имеет состояние жидкости. Твердое состояние воды – лед.

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.

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.

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.

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 (‰).

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.

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.

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.

Видео при какой температуре замерзает вода

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.

Вода в трубах замерзает изнутри при температуре ниже -7 градусов по Цельсию. Когда вода замерзла, то по законам физики она расширяется. Это есть главная причина лопнувших труб в зимнее время года. Поэтому надо заранее выявить места в доме, где температура может потенциально опустить ниже -7 градусов и не допустить замерзания. Ведь такая температура может легко заморозить воду в трубе в вашем доме. Делая скважину или колодец, надо заранее продумать систему водоснабжения для вашего дома.

Если всё-таки труба замёрзла и повредилась, то придётся её менять. Это лишние траты из вашего кошелька. Если туба просто замерзла и нет повреждений, то можно попытаться ее отогреть. Поэтому стоит позаботиться о проблемных местах на улице под землей, где проходят ваши трубы.

Следует проверить подвал вашего дома. Если зимой в нём слишком холодно, то стоит подумать о дополнительном прогреве подвала. Далее следует утеплить все двери и окна, чтобы холодный воздух не распространялся по вашему дому. Эти правила помогут избежать понижения температуры в доме, а соответственно и замерзанию труб.

Во многих домах водоснабжение осуществляется по пластиковым трубам. Если вы обнаружили, что зимой ваша труба замёрзла, то следует её хорошенько отогреть.

Для того, чтобы это сделать, вам придётся взять:

стальную закалённую проволоку с диаметром в 3 мм;
длинный гидроуровень;
клизму;
100 литров кипятка;
металлическое ведро;
кусачки;
двужильный провод из меди;
обычную вилку для розетки;
насос;
поливной шланг;
трубу с краном на конце;
100 литровую бочку;
кипятильник.

Первым делом сделайте проволоку ровной. Приготовьте гидроуровень. Один конец проволоки заверните в петлю. Изолентой соедините петлю к трубке гидроуровня. Головка уровня должна выходить на 1 сантиметр. Возьмите изоленту и соедините проволоку с уровнем на всю длину. Оставшийся конец гидроуровня закрепите к клизме. Теперь проволоку с трубкой засуньте в пластиковую трубу, где замёрзла ваша вода. Двигайте её до момента, когда почувствуете, что упёрлись в лёд. Теперь клизмой вводите кипяток и толкайте проволоку внутрь трубы. Под конец трубопровода поставьте ведро, чтобы лилась холодная вода.

Далее удалите изоляцию с провода из меди. Сделайте несколько витков оголённым проводом на конце. Витки делайте таким образом, чтобы они были плотно друг к другу. Кусачками отрежьте лишнюю часть. Оголите вторую часть провода и намотайте также, как написано выше. В конце концов, у вас выйдет прибор, который называют «бурбулятор».

Теперь снова просовывайте проволоку в замёрзшую трубу до момента, пока почувствуете лёд. Включайте бурбулятор в розетку и протягивайте провод вдоль трубы. Компрессором постепенно откачивайте воду. Это поможет вам отогреть воду в пластиковой трубе.

Главный вопрос - как не разморозить емкость с водой

Один из популярных дедовских методов как не разморозить емкость с водой – это применение бревнышек. Для этого в емкость следует опустить бревнышки. Сегодня вместо таких бревен уже используют обычные бутылки из пластика. Их засыпают песком, закрывают на пробку и оставляют в емкости с водой на всю зиму.

Есть ещё один метод как не разморозить емкость с водой. Для этого надо вырыть яму на 2 кубометра. Далее застилаем её в два слоя полиэтиленом. Он должен быть толстым и прочным. В яму опускаем ёмкость с водой и закапываем её. Допускается оставить на поверхности пару сантиметров ёмкости.

На сегодня эти два способа являются самыми распространёнными среди дачников.

Как отогреть замерзший водопровод: 4 эффективных способа

Когда температура на улице опустилась ниже нормы, и вы заметили, что водопровод замерз, не спешите покупать новые трубы. Есть проверенные способы, которые помогут вам справиться с этой проблемой.

С помощью горячей воды

Если вы обнаружили или на 100% уверены, что участок вашего водоснабжения замёрз на «открытом» месте, где можно использовать кипяток для обогрева трубы – то используйте кипяток. Перед этим возьмите ветошь и обмотайте трубу вокруг. Она заберёт всю воды и увеличит время взаимодействия кипятка с трубой. Лейте горячую воду до момента, пока лёд полностью не растает. Чтобы ускорить процесс, можете включить кран.

Способ хорош для помещений. Если у вас замерз подземный незамерзающий трубопровод, то кипяток тут явно не поможет. Придётся осуществлять отогрев трубы таким способом на протяжении более 10 часов, чтобы лёд смог оттаять.

Использовать строительный фен

С помощью горячего воздуха от строительного фена, лёд можно легко растопить. Владельцы таких фенов рекомендуют повесить над обогревающей трубой полиэтиленовую плёнку. Так тепловые потери снизятся в разы, что даст фену работать наиболее эффективно. Можно также пользоваться феном вместе с парогенератором.

Ток

Для этого следует воспользоваться сварочным аппаратом. Чтобы отогреть трубу таким способом, надо один провод (плюс) подключить к одному концу трубы, а второй (минус) - ко второму концу. Буквально за пару минут лёд растает. Принцип работы такого способа схож с кипятильником. Преимуществом использования электрического тока в том, что греется только вода. Провода трансформатора остаются холодными. Это не позволит пластиковой трубе плавиться вместе с водой. Минус способа – нужен трансформатор.

Найти специалистов

Можно не мучиться самостоятельно, а просто вызвать профессионалов. У них в наличии будут специальные средства для отогрева льда. Например, гидродинамическая установка. Она промывает не только водопроводные трубы, но и канализационные трубы. Установка подаёт горячую воду под мощным давлением, от которого лёд постепенно тает. При большом давлении, лёд в трубе исчезает очень быстро.

Какой способ выбрать – решать вам. Учитывайте ваши возможности и способность самостоятельно разморозить трубы без происшествий. А если сомневаетесь, что сможете сделать всё правильно – лучше вызовите специалиста.

Каким способом запрещено отогревать технологические трубопроводы – опасные методы

Когда мы хотим отогреть трубу ото льда самостоятельно, то следует знать каким способом запрещено отогревать технологические трубопроводы. Запрещённый способ отогрева труб – это использовать открытый огонь. Для обогрева льда надо применять только горячую воду, пал или песок под высокой температурой.

Огонь нельзя применять, так как возникает резкое изменение температуры. Труба может просто лопнуть. Металлические трубы ещё выдержат такой способ отогрева. Но полипропиленовые или металлопластиковые трубы разорвутся.

Это может привести к пожару и возгоранию вашего дома. Не говоря уже про сами трубы. Учитывайте все меры безопасности при отогреве трубопровода и тогда вы сможете убрать лёд из труб без происшествий.

При какой температуре замерзает вода в трубах: спасаем трубы от замерзания (видео)

Стабильная работа трубопровода в доме – это результат тщательного ухода за трубами. Особенно это актуально в зимнее время. Когда наступают сильные холода, вода в трубах можно просто замёрзнуть. Если это произошло, применяйте только безопасные методы отогрева труб и тогда по вашим трубам вновь потечёт вода.

При какой температуре замерзает вода? Казалось бы – простейший вопрос, ответить на который может даже ребёнок: температура замерзания воды при обычном атмосферном давлении в 760 мм ртутного столба составляет ноль градусов по Цельсию.

Однако вода (несмотря на чрезвычайно широкую распространённость её на нашей планете) является самой загадочной и не до конца изученной субстанцией, поэтому ответ на этот вопрос требует обстоятельного и аргументированного разговора.

В России и в Европе температуру измеряют по шкале Цельсия, самое высокое значение которой имеет отметку в 100 градусов.
Американский учёный Фаренгейт разработал свою шкалу, насчитывающую 180 делений.
Существует ещё одна единица измерения температуры – кельвин, названная в честь английского физика Томсона, получившего звание лорда Кельвина.

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.

Температура замерзания воды с солью находится в тесной связи со степенью её солёности: чем больше соли в растворе, тем при более низком положении ртутного столбика он замёрзнет.

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

Температура замерзания отдельных морей

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.