Какво се случва, когато чаша вода влезе във фризера?

Когато чаша вода се постави във фризера, настъпват няколко физични и химични промени, докато водата се охлажда и замръзва. Ето какво се случва:

Охлаждане:

Когато чашата влезе във фризера, студеният въздух вътре започва да извлича топлина от водата. Водните молекули забавят движението си и кинетичната им енергия намалява. Температурата на водата започва да пада.

Преохлаждане:

В някои случаи водата може да претърпи феномен, наречен "преохлаждане". Когато водата се охлади под точката си на замръзване (0 градуса по Целзий или 32 градуса по Фаренхайт), без да образува ледени кристали, се казва, че е преохладена. Това може да се случи, ако няма места за нуклеация, като прахови частици или драскотини по контейнера, където ледените кристали могат да започнат да растат.

Нуклеация:

В крайна сметка настъпва нуклеация и малки ледени кристали се образуват около местата на нуклеация във водата. Първоначалните ледени кристали могат да бъдат много малки, като микроскопични игли или зърна. Тяхното образуване освобождава латентна топлина на топене, която е енергията, необходима за разрушаване на връзките между водните молекули в течно състояние.

Растеж на кристали:

Тъй като се образуват повече ледени кристали, те продължават да растат чрез процес, наречен "растеж на кристали". Водните молекули до ледените кристали са привлечени от тяхната подредена структура и се присъединяват към нарастващата ледена решетка, освобождавайки повече латентна топлина. Този процес на растеж продължава, докато значителна част от водата се трансформира в твърд лед.

Фазов преход:

Тъй като все повече и повече водни молекули се включват в ледените кристали, фазовият преход от течна вода към твърд лед напредва. Точката на замръзване на водата може леко да варира в зависимост от условията на околната среда като въздушно налягане и примеси, но обикновено този преход се случва около точката на замръзване (0 градуса по Целзий или 32 градуса по Фаренхайт).

Разширяване:

Интересно свойство на водата е, че нейната плътност намалява при замръзване. Това означава, че ледът е по-малко плътен от течната вода. Тъй като водата се превръща в лед, тя претърпява леко разширяване на обема си, около 9% увеличение в сравнение с течното й състояние. Това често е причината за спукани водопроводни тръби или спукани външни контейнери при условия на замръзване.

Крайното състояние на чашата с вода е смес от ледени кристали и останала течна вода, ако не цялата вода е замръзнала. Количеството образуван лед зависи от това колко дълго е останала водата във фризера и настройките на температурата.

Забележка:Скоростта на охлаждане и специфичните условия във фризера, като циркулация на въздуха и стабилност на температурата във фризера, могат да повлияят на външния вид и структурата на образувания лед.