Mi történik, ha egy csésze víz kerül a fagyasztóba?

Ha egy csésze vizet teszünk a fagyasztóba, számos fizikai és kémiai változás következik be, amikor a víz lehűl és megfagy. Íme, mi történik:

Hűtés:

Ahogy a csésze belép a fagyasztóba, a benne lévő hideg levegő elkezdi kivonni a hőt a vízből. A vízmolekulák mozgása lelassul, mozgási energiájuk csökken. A víz hőmérséklete csökkenni kezd.

Túlhűtés:

Egyes esetekben a víz áteshet a "túlhűtés" nevű jelenségen. Ha a vizet fagypontja alá (0 Celsius-fok vagy 32 Fahrenheit-fok) hűtik le anélkül, hogy jégkristályok képződnének, azt túlhűtöttnek mondják. Ez akkor fordulhat elő, ha nincsenek gócképződési helyek, például porszemcsék vagy karcolások a tartályon, ahol a jégkristályok növekedésnek indulhatnak.

Gomképződés:

Végül gócképződés következik be, és apró jégkristályok képződnek a víz nukleációs helyek körül. A kezdeti jégkristályok nagyon kicsik lehetnek, például mikroszkopikus tűk vagy szemcsék. Kialakulásuk látens fúziós hőt szabadít fel, amely az az energia, amely a folyékony állapotban lévő vízmolekulák közötti kötések megszakításához szükséges.

Kristálynövekedés:

Ahogy egyre több jégkristály képződik, tovább nőnek a „kristálynövekedés” nevű folyamaton keresztül. A jégkristályok melletti vízmolekulák rendezett szerkezetükhöz vonzódnak, és csatlakoznak a növekvő jégrácshoz, így több látens hő szabadul fel. Ez a növekedési folyamat addig tart, amíg a víz jelentős része szilárd jéggé alakul.

Fázisátmenet:

Ahogy egyre több vízmolekula épül be a jégkristályokba, a fázisátmenet folyékony vízből szilárd jéggé halad előre. A víz fagyáspontja kissé változhat a környezeti feltételek, például a légnyomás és a szennyeződések függvényében, de ez az átmenet jellemzően a fagyáspont környékén (0 Celsius-fok vagy 32 Fahrenheit-fok) történik.

Bővítés:

A víz érdekes tulajdonsága, hogy fagyáskor a sűrűsége csökken. Ez azt jelenti, hogy a jég kevésbé sűrű, mint a folyékony víz. Amint a víz jéggé alakul, enyhe térfogatnövekedésen megy keresztül, körülbelül 9%-kal növekszik a folyékony állapotához képest. Gyakran ez az oka a vízcsövek szétrepedésének vagy a kültéri tartályok megrepedésének fagyos körülmények között.

A csésze víz végső állapota jégkristályok és maradék folyékony víz keveréke, ha a víz nem fagyott meg szilárd halmazállapotban. A képződött jég mennyisége attól függ, hogy mennyi ideig van a víz a fagyasztóban, és a hőmérséklet-beállításoktól.

Megjegyzés:A hűtési sebesség és a fagyasztón belüli speciális körülmények, mint például a levegő keringése és a fagyasztó hőmérsékletének stabilitása, befolyásolhatják a képződött jég megjelenését és szerkezetét.