Переохлажденная жидкость



Переохлажденная жидкость Переохлажденная жидкость Переохлажденная жидкость   1.2 Переохлаждение жидкости и металлов

Переохлаждением называется явление образования метастабильного состояния жидкости, охлажденной ниже температуры плавления соответствующей твердой фазы. Температура затвердевания может совпадать с температурой плавления только при медленном охлаждении в присутствии твердой фазы.

Переохлажденная жидкость может существовать неограниченное время без всяких изменений, если в ней не появляется «зародыш» твердой фазы.


обходимым условием зарождения кристалла и его роста из расплава является переохлаждение расплава. Однако следует отличать переохлаждение жидкости, необходимое для того, чтобы кристалл рос, от переохлаждения, необходимого для зарождения кристаллического центра. Если температуру кристаллизации мы определяем как температуру, при которой начинается рост кристалла, находящегося в охлаждаемой жидкости, то температура, при которой кристаллизация, начавшись, будет продолжаться, практически не будет отличаться от температуры кристаллизации, важно лишь то, чтобы эта температура имела тенденцию к понижению, так как без этого условия, т. е. точно при температуре кристаллизации, кристалл будет находиться в равновесии с расплавом. Иначе обстоит дело с началом кристаллизации, т. е. в отсутствии готового зародыша или затравки.

Ход температуры при охлаждении расплава без переохлажденияЕсли охлаждать расплав кристаллического вещества и откладывать по оси абсцисс время, а по оси ординат – температуру, то обычно при температуре кристаллизации наблюдается остановка в падении температуры, т. е. температура некоторое время остается постоянной, до тех пор, пока весь расплав не закристаллизуется (рис. 1.2.). Это происходит от выделения теплоты во время кристаллизации. Когда все вещество закристаллизуется, то температура снова начинает падать. Такой ход температурной кривой будет наблюдаться в том случае, когда в расплаве при температуре затвердевания появляются кристаллические зерна, которые растут при отнятии тепла от жидкой фазы, или в расплаве уже имеется готовая затравка.

Рис. 1.2. Ход температуры при охлаждении расплава без переохлаждения


1Однако для химически и физически чистых и однородных веществ ход температурной кривой отступает от нормального, а именно – при охлаждении расплав остается еще в жидком состоянии при температурах, лежащих много ниже температуры кристаллизации. Получается кривая (рис. 1.3), в которой участок ab относится к жидкому состоянию. Если в переохлажденной жидкости при температуре, соответствующей точке b, появляется кристаллик, самопроизвольно зародившийся в ней или внесенный извне, то немедленно начинается процесс кристаллизации, причем при кристаллизации выделяется теплота и температура переохлажденной жидкости повышается (точка с). Разность температур между точками с и b определяет степень переохлаждения расплава. При небольших переохлаждениях расплава кристаллы растут в виде правильных полиэдров (многогранников).

Рис. 1.3. Ход температуры при охлаждении расплава с переохлаждением

С современной точки зрения жидкость при температуре затвердевания ближе подходит к структуре кристалла, чем к строению пара. Когда жидкость переохлаждена, то она в значительной мере подготовлена к переходу в твердое состояние. В ней находится значительное число скоплений с ориентированным расположением молекул наподобие кристаллической решетки. Однако эти скопления находятся в неустойчивом состоянии.


Многочисленные исследования показывают, что на граничных твердых поверхностях молекулы жидкости адсорбируются и образуют тонкие поверхностные слои с ориентированными определенным образом молекулами жидкости. Эти пограничные слои являются не только наиболее благоприятными местами для зарождения центров кристаллизации, но являются и единственно возможными. Следовательно, отсюда вытекает, что для возникновения зародышей необходимым условием является наличие твердой фазы и наличие анизотропного слоя молекул жидкости на этой границе.

Если твердая фаза принадлежит тому же веществу, как и расплав, то кристаллизация идет по всей поверхности раздела. Если твердая фаза принадлежит к другому веществу, то кристаллизация происходит только в отдельных точках. Если внутри переохлажденной жидкости нет твердой кристаллической фазы в виде стенок или взвешенных частиц и нет анизотропных слоев, напоминающих по своему строению кристаллы, то жидкость вообще может потерять способность к переохлаждению.

Образование центров кристаллизации облегчается посторонними твердыми частичками взвешенными в растворе или в расплаве. Опыты показывают, что затравками, являющимися центрами кристаллизации, могут служить 1) частицы кристаллизующегося вещества; 2) частицы других веществ и, изоморфных с кристаллизующимся веществом и образующих с ним твердые растворы; 3) частицы веществ, дающих с кристаллизующимся веществом закономерные сростки; 4) частицы веществ, которые на своей поверхности адсорбируют молекулы кристаллизующегося вещества.


Так как поверхности твердых тел никогда не бывают однородны, то отдельные участки обладают различной активностью по отношению к образованию новой фазы. Эта активность определяется как физико-химической природой участка, так и геометрической его формой и величиной. Следует различать два случая активирующего действия поверхности кристалла. Поверхности минералов и других кристаллических веществ могут вызывать образование центров кристаллизации ориентирующим действием собственной кристаллической решетки. В этом случае вновь зародившийся кристалл всегда ориентирован определенным образом относительно решетки того кристалла, на котором он возник. Существует ряд исследований, доказывающих, что в этом случае должно существовать определенное соотношение между формой и величиной элементарных ячеек кристаллов.

Нерастворимые примеси играют весьма большую роль при кристаллизации из расплава и из раствора. Они являются центрами, вокруг которых растут кристаллы. От количества этих посторонних примесей зависит структура слитка, получающегося при затвердевании расплава. Чем больше примесей, тем больше может быть центров кристаллизации, тем мельче структура слитка, т. е. тем мельче зерна или кристаллиты. Механические свойства чистых металлов и сплавов зависят от их структуры. Чем мельче структура, тем выше механические качества металла.


Не всякие нерастворимые примеси являются центрами кристаллизации. Те примеси, которые имеют такую же кристаллическую решетку, какую имеет расплавленное или растворенное вещество, служат надежными центрами кристаллизации. Изоморфные примеси являются, прежде всего, зародышами. Однако кристаллизация около твердой стенки происходит легче даже в том случае, если она не изоморфна с расплавленным веществом. Поэтому можно ожидать, что большинство примесей оказывает влияние на зарождение кристаллов.

Переохлажденная жидкость Переохлажденная жидкость Переохлажденная жидкость   1.2 Переохлаждение жидкости и металлов

Источник: steeltimes.ru

Предысторию, которая побудила меня поставить сей эксперимент, я напишу в конце, а теперь сразу к результатам:


Мне 21 год, мужчина

Самое основное, что отметил — в первые дни для меня было трудно выпить такое количество чистой воды, это было пыткой. В те дни чувство жажды было мне не знакомо. Очень часто приходилось ходить по нужде. Буквально спустя полчаса после каждого выпитого стакана (370 мл).

Заметил, что исчезла дневная слабость, которая иногда меня настигала (ощущалась как температура 37 — легкое недомогание), сил стало немного больше. Конечно, присутствовал эффект Плацебо (самовнушение), но результат был заметен.

Спустя примерно неделю организм привык, и если я просыпался утром и не выпивал стакан воды в течение двух часов — появлялась дичайшая жажда.

Заметил, что стал более вынослив в плане спорта (я конькобежец), в жаркие дни при пробежке  горло практически не пересыхало, раньше такого не было. Так же заметил, что вся кожа и слизистые стали более влажными на ощупь и это тоже плюс — у меня легкая астма и дышать стало гораздо легче.

Спустя полторы недели отметил, что стал реже ходить в туалет, но с большей интенсивностью, если можно так назвать 🙂 Теперь стало не так страшно пить воду перед прогулкой.

Через 2 недели заметил, что сон стал лучше: засыпание стало происходить быстрее и такое чувство, будто лег — ночь пролетела незаметно и уже утро. Лично мне это нравится, чувствовал себя бодро, руки и лицо не отекали ни разу.


Немного поднялось артериальное давление, причем диастолическое (нижнее). Из-за спорта у меня давление всегда было 135/60, теперь же систолическое (первая цифра) колеблется в этих же пределах, а диастолическое (вторая цифра) повысилось до 75 (135/75)

Пульс в покое как был 57 — так и остался.

Заметил изменения на лице: прыщей стало меньше, но постепенно к сегодняшнему дню, кожа стала более жирная и прыщи вернулись на своё место. (совсем мало, пара небольших на лбу и на висках на всё лицо)

На удивление при занятиях спортом стал немного меньше потеть, но более равномерно. Если раньше основной проблемой был пот на лбу, спине и под руками, то сейчас там его стало меньше, но вот другие места (грудь, ноги, обратная сторона локтей и лицо) стали потеть немного больше.

Насчет выносливости заметил на третьей неделе, что «дыхалка» стала работать лучше и нет астматических спазмов из-за быстрого темпа тренировки. Хотя летом они не часто случаются, это по большей части в холодное время, но результат есть.

Похудел на 4 кг за этот месяц. До этого весил ровно 80 при росте 178, сейчас вешу, соответственно, 76 при том же росте)

В этом году аллергия берет меня немного больше, чем в прошлом, связано с экспериментом или нет, я не знаю. Проявляется это слезотечением и выделениями из носа.

Спустя месяц мой организм приспособился ходить в туалет еще реже и теперь дискомфорта по этому поводу я не замечаю.


Месяц назад, кожа на локтях и костяшках на кистях рук имела тенденцию трескаться, сейчас же кожа зажила и стала более гладкая.

Ночных позывов в туалет практически не бывает.

На эмоциональном фоне заметил изменение в сторону хорошего и устойчивого настроения, но эту заслугу отдаю хорошей погоде)

Заметил, что алкоголь стал гораздо сильнее брать, раза в 2 примерно. От двух бутылочек пива 0,5 может довольно быстро «дать в голову», но так же быстро отпустить и на утро уже всё хорошо.

В плане секса неприятные ощущения жидкости в желудке сильно мешают)

На либидо эксперимент никак не повлиял, изменений в этом плане я не заметил

Отметил тот факт, что иммунитет лучше справляется с простудой. Переохладился на улице и на следующий день заболело горло. Раньше это означало легкую болезнь дня на 4-5, сейчас же спустя 2 дня горло перестало болеть и 1 день было легкое недомогание и температура 37. На третий день никаких следов.

Это не вирусная инфекция была, простое начало простуды в результате переохлаждения.

Анализов и показателей крови я не производил) Поэтому что-то значимое и объективное сказать не смогу.

На фото «ДО» и «ПОСЛЕ» разницы никакой я не заметил, поэтому их не вижу смысла их прилагать

С радостью отвечу на все интересующие вопросы.

А побудил меня на этот эксперимент тот факт, что я регулярно в будние дни находился на учебе с 8:30 до 16:30 и за это время мог выпить всего 0,5 л воды и у меня ощущалось недомогание, как при температуре 37 градусов, которое проходило после того, как с силой выпивал 2 стакана воды по приходу домой.


Таким образом я установил связь между недомоганием и потреблением жидкости, слабость меня во время эксперимента не беспокоила вообще

Рейтинг не нужен, пост не ради него, поэтому соотв. тег указал

Источник: pikabu.ru

Эффект Мпембы

Эта история началась более полувека назад, но не получила развязки и по сей день. А всё потому, что, как бы ни старались тысячи пытливых умов со всей планеты, им никак не удаётся найти единственно верное решение загадки Мпембы.

В 1963 году неприметный африканский ученик по имени Эрасто Мпемба (Erasto Mpemba) подметил одну странность: тёплая смесь для мороженого застывает быстрее, чем охлаждённая.

Наблюдение казалось настолько неправдоподобным, что учителю физики оставалось лишь посмеяться над открытием незадачливого экспериментатора. Однако Эрасто был уверен в своей правоте и не побоялся снова стать посмешищем: чуть позже он поднял скользкий вопрос перед Денисом Осборном (Denis Osborne), профессором Университета Дар-эс-Салам, Танзания. Учёный не стал бросаться поспешными выводами и решил изучить проблему. После чего в 1969 году журнал Physics Education опубликовал материал, описывающий парадокс Мпембы.


В научных кругах тут же припомнили, что нечто похожее уже говорили величайшие умы былых времён. Например, ещё Аристотель упоминал о жителях древнегреческого Понта, которые во время зимней рыбалки нагревали воду и мочили в ней тростник, чтобы тот быстрее затвердевал. Многие столетия спустя Фрэнсис Бэкон писал: «Слегка прохладная вода замерзает гораздо легче, чем совершенно холодная».

В общем, вопрос стар как мир, но это лишь подогревает интерес к разгадке. На протяжении нескольких последних десятилетий выдвигалось немало теорий, объясняющих эффект Мпембы. Наиболее вероятные из них были озвучены в 2013 году на торжественном мероприятии, проведённом Королевским химическим обществом Великобритании. Профессиональная ассоциация изучила 22 000 (!) мнений и выделила среди них лишь одно, принадлежащее Николе Бреговичу (Nikola Bregović).

Хорватский химик указал на важность процессов конвекции и переохлаждения жидкости при её замерзании.

Вот как эти явления описаны в «Википедии»:

  • Холодная вода начинает замерзать сверху, замедляя тем самым процессы теплового излучения и конвекции, а значит, и убыли тепла, тогда как горячая вода начинает замерзать снизу.
  • Переохлаждённая жидкость — жидкость, имеющая температуру ниже температуры кристаллизации при данном давлении. Переохлаждённая жидкость получается из обычной путём охлаждения при отсутствии центров кристаллизации.

Всемирное признание и чек на 1 000 фунтов стали хорошим вознаграждением. К слову, победителя приветствовали Эрасто Мпемба и Денис Осборн.

Эрасто Мпемба и Денис Осборн
scienceblogs.com

Какой должна быть температура воды перед заморозкой

На этот вопрос однозначного ответа всё же нет. Королевское химическое общество хоть и определилось, но не прекратило споры окончательно. До сих пор выдвигаются новые гипотезы и звучат опровержения.

Хотя есть небольшая зацепка: научно-популярный журнал New Scientist провёл исследования и пришёл к выводу, что наилучшие условия для повторения эффекта Мпембы — две ёмкости воды с температурой 35 и 5 °C.

Таким образом, если до вечеринки осталось совсем немного времени, залейте в формочки для льда воду, температура которой сравнима с комнатной температурой жарким летом. Колодезную или прохладную водопроводную воду лучше не использовать.

Источник: Lifehacker.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.