Вода — чудо природы
Ребенок мне задал вопрос, на который я не смог ответить. Есть герметичный сосуд, заполненный водой. Сосуд можно расширять, и его начали расширять. Во что превратится вода: в лед или в пар? Кажется, что в пар (падает давление, точка кипения понижается и т.п.), но я не уверен в ответе.

GD Star Rating
loading...
Tagged with →  

52 Responses to Во что превратится вода при расширении сосуда?

  1. Zv4:

    Вскипит она. Продемонстрируй так: налей горячей воды из–под крана в шприц без иголки, заткни отверстие пальцем и сильно тяни за поршень шприца — вода закипит.

  2. Lxxa:

    Альпинисты жалуются на это все время…

  3. Hempa:

    думаю, альпинистам помогут герметичные чайники.

  4. Ky:

    ну, а почему не в лёд? если не экспериментально объяснять, а научно.

  5. Zv4:

    скороварка это называется 😉 Но если она разгерметизируется, произойдёт взрыв — перегретая вода превратится в пар.

  6. Zv4:

    адиабатное расширение получается. Ну не идеальное, но близко к тому.

  7. Hempa:

    ага:) хотел именно чайником назвать)

  8. Ky:

    ок, спасибо. уже читаю о нем по ссылкам из поисковичка.

  9. Ky:

    это, кажется, отвечает и на второй вопрос ребенка, связанный с работой, которую совершает вода, превращаясь в лёд.

  10. Zv4:

    но, в принципе, если очень быстро нагревать мощным источником, можно и без герметичного чайника в горах воду до 100 градусов нагреть на какое–то время. Например, мощным магнетроном.

  11. Zv4:

    точно. Термодинамика вообще интересная область.

  12. Ky:

    ок, спасибо. далее справлюсь сам:)

  13. Zv4:

    расскажи ребенку про самоорганизацию — это очень интересная часть термодинамики, и довольно современная.

  14. Ky:

    обязательно. мы с ним почитали и, кажется, поняли. но в случае с водой неясна одна тонкость: что будет, если исходным состоянием вещества была не вода, а лёд? он не может превратиться в воду. или сразу в пар (такое возможно?) или лёд разорвет на мельчайшие кристаллы. так?

  15. Zv4:

    лёд может превратиться сразу в пар, минуя жидкое состояние. Этот процесс называется «сублимация».

  16. Ky:

    круто. вот этого я точно не знал. еще раз спасибо.

  17. Redayahr:

    не обязательно горячей, холодная тоже прекрасно кипит, да и тянуть надо совсем не сильно.

  18. El7:

    зачем изъёбываться? достаточно будет специальной посуды без центров парообразования. чтобы греть методом аналогичным получению перегретой воды при обычном давлении.
    но думаю что как и магнетрон — альпинисты такое на горбу в горы не потащат..

  19. Okanin:

    Это кстати на уровне молекулярных связей хорошо понимается:

    Если загерметизированный сосуд с водой расширять, то за счет образующегося возле стенок вакуума, молекулы воды будут переходить в эти области и водородные связи молекул воды будут растягиваться и рваться, и будет образовываться паровая фаза.

  20. El7:

    водородные связи молекул воды будут растягиваться и рваться

    надеюсь вы про МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫЕ связи? 🙂 а не про молекулярные…

  21. Zv4:

    ну это же ребёнок — чтобы он сам попробовать смог, в руках покрутить лабораторный прибор, так сказать.

  22. Zv4:

    и дистиллированную очищенную воду без микрочастиц, на которых пар образовываться будет 🙂

  23. Okanin:

    Ну, конечно, я про донорно–акцепторные водородные связи между молекулами воды, а не про те, которые ковалентные.
    При переходе в паровую фазу ковалентные связи не рвутся 🙂

  24. El7:

    ну это можно отфильтровать не самым большим фильтром. трубку с ионообменной смолой можно и с собой взять.. а вот с остальным сложнее.

  25. Yksiu:

    А круто было, если бы рвались. Расплавил чего–нибудь, потом снова остудил — и новое вещество.

  26. Okanin:

    да, это круто! А в углероде ведь так и есть. Все аллотропические модификации существуют благодаря способности атомов углерода по–разному связываться друг с другом. А если научиться вызывать определенные связи, создавать блоки, а затем «штамповать» их, то, наверное, можно будет синтезировать материю с почти любыми свойствами.

  27. Yksiu:

    Углерод обожаю!

  28. Okanin:

    ммм, да, это, наверное, самый интересный элемент! Мне повезло с ним работать 🙂

  29. _s1:

    Не забываем, что раз сосуд герметичный, то начнет падать температура. Скорее всего, однозначный ответ дать нельзя — все зависит от начального объема воды и воздуха, но если расширить уже на сильно большую величину, то замерзнет.

    инфа 100% — расширение герметичных сосудов, одна из составляющих в установках, по достижению сверхмалых температур, близких к абсолютному нулю.

  30. Lxxa:

    Исходя из начальных условий — замерзнет. Ведь для замерзания нет задачи создать полный вакуум.

  31. Okanin:

    насколько понятно из условий задачи — воздуха в сосуде нет. Только жидкость, которая плотно прилегает к стенкам сосуда.

    Расширяя герметичный сосуд с газом температура падает, т.к. газ совершает работу за счет внутренних сил.
    А при расширении герметичного сосуда с водой, внешняя сила будет совершать работу по расширению воды (тк вода будет как бы «притягиваться» к стенкам сосуда и мешать расширению), соответственно внутренняя энергия будет расти => нагрев.
    Как–то так 🙂

  32. _s1:

    если твоя схема имеет место быть, то взяв литровый сосуд с водой и расширив его до объема ну литров в сто, можно словить немалый профит.
    Интересно посмотреть как вода неплотно прилегает к стенкам.

    во–первых, пар — это тоже газ, как только сосуд расширится хоть на доли миллиметра, освободившееся пространство сразу же заполнится газом — а именно, водяным паром.

    Во–вторых: внешняя сила будет действовать на стенки сосуда, расширяя их, содержимое сосуда — замкнутая система, сумма всех энергий внутри сосуда останется постоянной.
    дальше без нумерации, задолбаюсь
    Допустим, вода будет «мешать расширению», тогда, она будет расходовать внутреннюю энергию, никак не приобретать, соответственно, температура все равно будет падать. Намекну, что не вода мешает расширять стенки сосуда а внешнее атмосферное давление (если сосуд поместить в вакуум и расширять там, вода тоже будет мешать?)

    Не может быть разных вариантов изменения температуры внутри сосуда, в связи с тем, что в нем находится — жидкость или газ, это противоречит законам физики. Температура будет однозначно падать (физика 8–ой класс), вопрос в том, как будет себя вести содержимое сосуда.

    Когда сосуд начнет расширяться, возможно, вода закипит, испаряться она точно будет (сказать закипит или нет, я не могу). Возможно, в какой–то момент вся вода превратится в пар. Затем, поскольку температура падает, вода замерзнет, если она вся превратилась уже в пар — конденсируется в лед (процесс называется сублимация, переход газа в твердое состояние, минуя жидкое, обратный процесс называется возгонка — твердое тело в газ, минуя жидкое). При дальнейшем расширение сосуда водяной пар будет становиться все более разреженным, он будет конденсироваться и замерзать. При достижение сверхнизких температур будет кусок льда и почти идеальный вакуум.

    на первоначальный вопрос я, конечно, не ответил, но было приятно подумать. Спасибо.

  33. El7:

    //bse.sci–lib.com/article101804.html

  34. Gn001:

    Между молекулами воды не донорно–акцепторные связи, а диполь–дипольные взаимодействия.

  35. Okanin:

    «как только сосуд расширится хоть на доли миллиметра, освободившееся пространство сразу же заполнится газом — а именно, водяным паром»
    Да, все правильно. Но задача именно в том, что будет при расширении герметичного сосуда с водой, где нет газа.

    «она будет расходовать внутреннюю энергию»
    Над водой будет совершаться работа.

    «Намекну, что не вода мешает расширять стенки сосуда а внешнее атмосферное давление»
    Ну да, еще гравитация будет мешать. Сопротивление воздуха, «руки» не из того места.

    «испаряться она точно будет (сказать закипит или нет, я не могу)»
    Испарение — это и есть кипение (фазовый переход Iго рода из жидкого состояния в газообразное)

    Воспользуюсь разок болдом (один раз — не пять 😉 ):
    Сублимация — это переход из твердого в газообразное. Не наоборот!
    Будет ли происходит конденсирование из газа в лед — вот так вот сходу, как мне думается, сказать нельзя. Надо смотреть будет ли при данной температуре давление паров меньше давления в тройной точке.

  36. Okanin:

    В каком–то степени это и диполь–дипольная. Но Водородная связь — это химическая связь, а не электростатическая. Пара электронов донора грязно пользуется свободными орбиталями акцептора!

  37. Okanin:

    В какой–то степени и диполь–дипольное. Но между молекулами воды в большей степени не электростатическая, а химическая связь (т.н. водородная связь)! Пара электронов донора грязно пользуется свободной орбиталью акцептора!

  38. Ky:

    вот вы меня все, конечно, извините, но теперь я уже не понял: мой ребенок получит двойку?) лед или пар?

  39. El7:

    что лучше? двойка, или если будут бить, как ботана? 🙂

    вообче, как я помню, если шприц резко сжать, с заткнутой иглой — то труба грееется. Если растянуть — остывает.
    в общем см ссылку что выше кидал. там вроде всё просто расписано.

    вот представь. молекулы в банке шароёбятся как бешеные. туда сюда,стукаются боками,о стенки и вообще всячески греют стенки.
    и тут раз — стенки оказались в 2 раза дальше,а молекул–то столько же сколько и было. банка — герметичная, а энергии общей — осталось как было. и её на ед. объёма — стало меньше. те — остыло содержимое.

    а вот будет там лёд или нет — скорее всего зависит от влажности воздуха в сосуде. и вообще от соотношения объём/число молекул.

    блин. спать пора. Если я тут налажал — к утру меня уже смешают с грязью…

  40. Ky:

    как батана его сильно уважают.

  41. El7:

    тогда пусть расскажет историю создания Капицей компрессоров–сжижителей. не сарказм.

  42. _s1:

    возгонка, она же называется сублимацией. (лядь, а обратный процесс как называется?) ссылка.. так что подзабыл слегка термины я.

    «Но задача именно в том…» неважно каков сосуд изначально, как только он расширится, он станет сосудом с водой и газом — водяным паром.

    Вода будет расходовать внутреннюю энергию, если она, как ты выразился выше, «будет мешать расширению сосуда», я просто показал, что и в таком случае температура упадет. Впрочем, и над водой никакой работы производиться не будет.

    Следующий абзац… Друг мой, это не холивар, это законы физики, так что твое егожение тут не к месту.

    Кипение, друг мой, как учит нас начальная школа, это процесс испарения жидкости в пузырьки газа, спонтанно образующиеся в толще жидкости.. Испаряются же жидкости постоянно, и без процесса кипения в том числе.

    В остальном ты прав.

  43. 17xela:

    уголёк на шахте добываете? или трубы чистите? 🙂

  44. _s1:

    учись мыслить хоть иногда. Когда люди спорят, причиной не должно быть само желание спорить. Тем более, сейчас мы в приличном месте. Окончательного ответа, кстати, ни ты, ни я не даем, так что все что мы пишем вообще флуд. Веди себя, в конце–концов, достойно.

  45. _s1:

    при нормальных температурах и давлениях, скорее пар, чем лед.

  46. Gn001:

    Водород очень плохой акцептор, только разрыхляющую орбиталь может предложить, поэтому такие связи очень быстро рвутся от тепловой энергии, их время жизни крайне мало, однако диполь–дипольное взаимодействие позволяет удерживать разрозненные молекулы в относительном порядке, что приводит к тому, что водородные связи образуются заново и рвутся с большой частотой.

  47. Okanin:

    Да почти) с наноалмазами. Снимаю КСР и Люминесценцию.

    да, про кипение/испарение я сама потом поняла, что дребедень сморозила, но к тому моменту уже компьютер выключила.

    В общем, я считаю, что все происходит так:
    1. Молекулы воды связываются со стенками сосуда (понятно, что эта связь в динамичная) Скорей всего это силы Ван–Дер–Ваальса. Энергия Ван–дер–Ваальса в среднем десятые доли эВ, такой же порядок у энергии водородных связей.
    2. Мы расширяем сосуд. Часть молекул «прилипает» к стенкам сосуда и разрывает свои связи с остальными молекулами.
    3. При разрыве связей выделяется энергия — образовываются фононы. Они распространяются дальше по воде. И поглощаются другими молекулами.
    4. Другие молекулы рвут свои связи.
    5. В воде есть «примеси», которые могут быть центрами парообразования. На них происходит образование пузырька воздуха.
    6. Вода кипит*

    В итоге это согласуется с приведенным ранее экспериментом.

    И да. Извините меня 🙂 Это недостойно защищать свою точку зрения. Я понимаю, что гораздо достойнее перейти на личности, начать «тыкать», при этом пренебрежительно проигнорировав пол собеседника 🙂
    Вообще, людям в науке, впрочем как и везде, очень свойственно быстро менять свое мнение, они абсолютны открыты для новых теорий. Яркий тому пример — Людвиг Больцман**

    *И да, работает для небольших объемов.
    **Повесился, из–за того, что его теория статистической физики не находила признания в научном мире. Земля ему пухом.

  48. Gn001:

    Зачем тут приплетать Ван–дер–Ваальса, когда вполне хватает понятия «понижение давления»? А про фононы — это тоже перебор, вы себе представляете такое количество фононов, чтоб большое количество жидкости вскипало?

  49. Okanin:

    ну так я и написала, это работает для небольших объемов 🙂
    Кому как, мне на молекулярном уровне все более очевидней.

    Насчет водородных связей: про разрыхляющую орбиталь. Скажите, а откуда Вы это взяли?

  50. Gn001:

    Из МОЛКАО, если б была не разрыхляющая, то связи были бы куда сильнее, как, к примеру, в аммонии, где у азота 4 орбитали связывающие могут быть.

  51. Cop_cup:

    вот вам фазовая диаграмма для воды:

    в зависимости от того, из какой точки стартуете при понижении давления (и T=const), может быть 2 варианта:
    а) (низкотемпературный) из газа в твердое тело
    б) (высокотемпературный) из газа в жидкость, а потом в твердое тело.

  52. LoNew:

    Нам на физической химии нормально на подобные вопросы термодинамики ответить не могли…спасибо, блог :

Добавить комментарий