Is vs flytende væske

[AnonymBruker]

Hvis man har en beholder med vann, og fryser den, vil da beholderen sprenge? Er det ikke sånn at innholdet tilsynelatende er mindre når det er blitt til fast form?

Samboeren min mener at is ekspanderer, men jeg mener å huske at innholdet blir mer "kompakt". Hva stemmer?

[Ananas.]

Is ekspanderer:p Prøv å fryse ned en full flaske med vann, så lærer du det fort..

[Supraspinatus]

Vann ekspanderer når det fryser, men for andre væsker skjer det motsatte.

[AnonymBruker]

Vann ekspanderer når det fryser, men for andre væsker skjer det motsatte.

Hva mener du med andre væsker?

[Supraspinatus]

Hva mener du med andre væsker?

I de fleste andre stoffer blir tettheten større jo kaldere stoffet er og ekspanderer jo varmere det er. Vann har faktisk høyest tetthet ved ca 4 grader celsius, under det vil vann faktisk ekspandere. Det er fordi hydrogenbindingene under 4 grader C danner en struktur med lavere tetthet.

Og med andre væsker mente jeg stoffer som ikke er vann. Og da tenker jeg ikke saft eller Cola. Alkohol (ren) ekspanderer ikke under frysepunktet.

Endret 19. november 2011 av Supraspinatus

[Mann 42]

Hvis man har en beholder med vann, og fryser den, vil da beholderen sprenge? Er det ikke sånn at innholdet tilsynelatende er mindre når det er blitt til fast form?

Samboeren min mener at is ekspanderer, men jeg mener å huske at innholdet blir mer "kompakt". Hva stemmer?

Så vidt jeg husker, så utvider volumet seg med nærmere 10% når vann fryser til is. Noe å ta hensyn til hvis man f.eks skal fryse ned noe som inneholder mye vann i en beholder. Man må ikke fylle den helt opp.

[AnonymBruker]

9% i forhold til flytende vann ved 4°C, men det er vanlig å si 10. Det er bl.a. derfor 9% av et isfjell er over vann.

[AnonymBruker]

Så vidt jeg husker, så utvider volumet seg med nærmere 10% når vann fryser til is. Noe å ta hensyn til hvis man f.eks skal fryse ned noe som inneholder mye vann i en beholder. Man må ikke fylle den helt opp.

Hva om beholderen er en tykk beholder av stål? Vil beholderen fremdeles "sprenge"? Eller er det sånn at vannet ikke fryser til is hvis det ikke har mulighet til å utvide seg?

[Supraspinatus]

Hva om beholderen er en tykk beholder av stål? Vil beholderen fremdeles "sprenge"? Eller er det sånn at vannet ikke fryser til is hvis det ikke har mulighet til å utvide seg?

Les det her: http://nn.wikipedia.org/wiki/Tilstandslikninga

[Mann 42]

Hva om beholderen er en tykk beholder av stål? Vil beholderen fremdeles "sprenge"? Eller er det sånn at vannet ikke fryser til is hvis det ikke har mulighet til å utvide seg?

Jeg kan ærlig talt ikke nok fysikk til at jeg kan gi deg et eksakt begrunnet svar. Men jeg vet at smeltepunktet til is henger sammen med trykk. Det er, bl.a, grunnen til at skøyter glir så lett på isen: Det trykket som overføres til isen gjennom den smale skøyteeggen, er så stort at isen går over til vann midlertidig, noe som dramatisk reduserer friksjonen mellom skøytene og isen. Dermed glir man lett avgårde.

Hvis man fyller en solid beholder helt opp med vann, og senker temperaturen, så vil jo vannet begynne å utvide seg når temperaturen kommer under +4*C. Siden vann er ikke-kompressibelt, så vil det nødvendigvis føre til at trykket inne i beholderen stiger. Så blir spørsmålet om de kreftene som vil tvinge vannmolekylene til å organisere seg i et krystallmønster (is er visstnok et mineral) og derigjennom utvide volumet med 8.3% (jeg sjekket) er sterkere enn de kreftene som holder materialet i beholderen sammen. Sometings gotta give.... Hvis ingen har gjort dette eksperimentet enda, kunne vel noen av KG`s mange fysikk-geeks kanskje sjekke det ut? Hvis det har potensiale til å bli seriøst hårete, så er det kansje en idè å skaffe seg et alibi og plausibel deniabilitet før man går til verket.

[Supraspinatus]

Jeg kan ærlig talt ikke nok fysikk til at jeg kan gi deg et eksakt begrunnet svar. Men jeg vet at smeltepunktet til is henger sammen med trykk. Det er, bl.a, grunnen til at skøyter glir så lett på isen: Det trykket som overføres til isen gjennom den smale skøyteeggen, er så stort at isen går over til vann midlertidig, noe som dramatisk reduserer friksjonen mellom skøytene og isen. Dermed glir man lett avgårde.

Hvis man fyller en solid beholder helt opp med vann, og senker temperaturen, så vil jo vannet begynne å utvide seg når temperaturen kommer under +4*C. Siden vann er ikke-kompressibelt, så vil det nødvendigvis føre til at trykket inne i beholderen stiger. Så blir spørsmålet om de kreftene som vil tvinge vannmolekylene til å organisere seg i et krystallmønster (is er visstnok et mineral) og derigjennom utvide volumet med 8.3% (jeg sjekket) er sterkere enn de kreftene som holder materialet i beholderen sammen. Sometings gotta give.... Hvis ingen har gjort dette eksperimentet enda, kunne vel noen av KG`s mange fysikk-geeks kanskje sjekke det ut? Hvis det har potensiale til å bli seriøst hårete, så er det kansje en idè å skaffe seg et alibi og plausibel deniabilitet før man går til verket.

Dersom beholderen ikke gir etter og volumet ikke kan gå opp så vil jo trykkøkningen føre til at temperaturen stiger og kanskje vannet ikke fryser i det hele tatt... Eller?

[AnonymBruker]

Det trykket som overføres til isen gjennom den smale skøyteeggen, er så stort at isen går over til vann midlertidig, noe som dramatisk reduserer friksjonen mellom skøytene og isen.

Det er flere forklaringer på hvorfor friksjonen reduseres. http://www.nytimes.com/2006/02/21/science/21ice.htm

... og derigjennom utvide volumet med 8.3% (jeg sjekket)

Volumet synker med ca 8,3% når det smelter, så det utvider seg med ca 9% når det fryser.

[skrue]

Hvis man har en beholder med vann, og fryser den, vil da beholderen sprenge? Er det ikke sånn at innholdet tilsynelatende er mindre når det er blitt til fast form?

Samboeren min mener at is ekspanderer, men jeg mener å huske at innholdet blir mer "kompakt". Hva stemmer?

Under normalt trykk vil is av vann ekspandere. Det er derfor det kan flyte på vann. Om det virker krefter imot ekspansjonen så vil andre effekter inntre, nemlig at ikke alle typer is av vann ekspanderer, men faktisk det motsatte. Dette er ganske godt forklart på siden under.

http://blogs.howstuffworks.com/2010/04/27/what-happens-to-water-if-its-not-allowed-to-expand-when-frozen/

Endret 20. november 2011 av skrue

[ilcrappo]

Dersom beholderen ikke gir etter og volumet ikke kan gå opp så vil jo trykkøkningen føre til at temperaturen stiger og kanskje vannet ikke fryser i det hele tatt... Eller?

Det er ikke nødvendigvis enter eller. Dersom beholderen er uendelig rigid så vil det avhenge av temperaturen om alt vannet eller kun deler av det fryser. Dersom temperaturen er under ca. -22°C så vil alt vannet fryse. Er temperaturen over vil kun deler av vannet fryse.

Når vi kjøler ned vann til en temperatur under 0°C vil følgende skje: Når temperaturen faller under 0 grader vil vannet begynne å fryse. Merk at vannet fryser ikke homogent gjennom hele volumet. Fryseprosessen begynner i ett eller flere punkter (typisk i urenheter i vannet) og brer seg utover i filamentstruktur gjennom det resterende volumet. Iom. at vanlig is har lavere tetthet enn vann, vil det totale volumet som opptas av is/vann-blandingen søke å ekspandere. Dersom vi begrenser volumet til samme volum som vannet opprinnelig opptok (ved å bruke en uendelig rigid beholder), vil det bygge seg opp et stadig større trykk inni beholderen etter hvert som mer av vannet fryser.

Vanlig is har en kompressibilitet på ca. 1.3x10^-10 Pa^-1. Dette betyr at det teoretisk kan bygge seg opp et trykk på i størrelsesorden 600-650 MPa dersom alt vannet fryser til vanlig is inni beholderen. Men som det framgår av dette fasediagrammet for vann, så kan ikke vanlig is (Ih) eksistere under så ekstreme trykk. Avhengig av temperaturen, vil man enten få dannet en annen istype, eller så vil isen gå over til vann igjen. Det finnes utallige istyper utover den vanlige typen. Disse har forskjellige krystallstrukturer og forskjellige fysiske og termiske egenskaper, og eksisterer utelukkende under ekstreme forhold. Alle istyper som kan eksistere ved ekstremt høye trykk har høyere tetthet enn vann ved 4°C.

Ut fra samme fasediagram ser vi at dersom temperaturen er høyere enn -22°C, vil isen gå over til vann igjen når trykket er høyere enn ca. 10-200 MPa (avhengig av temperaturen). Vann ved så høye trykk og lave temperaturer har en tetthet som er en god del høyere enn vann ved 4°C. Trykket inni beholderen vil derfor ikke kunne stige utover trykket der overgangen begynner å skje, da den høyere tettheten til vannet vil reduserer trykket. Dermed vil det inntreffe en likevekt der vann og is eksisterer side ved side og der trykket inni beholderen varierer fra ca. 10 MPa (for temperatur på ca. 0°C) til ca. 200 MPa (for temperatur på ca. -22°C). Dersom vi antar at vi fryser ned vannet ved -18°C, som er en typisk temperatur i en fryseboks, vil trykket inni beholderen være ca. 180 MPa.

For temperaturer under -22°C, vil isen gå over til andre istyper ved trykk som er høyere enn ca. 200 MPa. Som nevnt tidligere, så har disse andre istypene høyere tetthet enn vann ved 4°C. Det vil derfor oppstå en likevekt mellom vanlig is og en av disse mer eksotiske istypene ved 200 MPa. Resultatet er at alt vannet vil fryse til en isblanding av vanlig is og en av de øvrige istypene (enten type II eller III for temperaturer over -100°C).

En forutsetning for at dette skal skje er at beholderen har tilstrekkelig strukturell integritet til å tåle et trykk på rundt 200 MPa. Det må i få fall være litt av en beholder!

[Mann 42]

200 MPa, hva tilsvarer det i bar?

Vi snakker om 200 millioner pascal?

Stemmer det at 1 bar tilsvarer omtrent 100.kPa?

Vi snakker altså om en beholder som tåler noe slikt som 2000 bar i tilfelle?

[ilcrappo]

200 MPa, hva tilsvarer det i bar?

Vi snakker om 200 millioner pascal?

Stemmer det at 1 bar tilsvarer omtrent 100.kPa?

Vi snakker altså om en beholder som tåler noe slikt som 2000 bar i tilfelle?

Ja, 200 MPa tilsvarer 2000 bar. Vi kan regne ut hvor tykke vegger en beholder må ha for å motstå dette trykket. Barlow’s formel gir en enkel sammenheng mellom materialstyrke, diameter og veggtykkelse av sylindriske rørseksjoner i forhold til maksimalt trykk. La oss anta at beholderen har en indre diameter på 10 cm og at materialet er rustfritt stål. Med en såkalt ”yield strength” på 520 MPa for rustfritt stål, vil beholderen måtte ha en veggtykkelse på minst 3.1 cm for ikke å deformeres (og dermed opprettholde trykket på 200MPa).

[Lutetium 71]

Ja, 200 MPa tilsvarer 2000 bar. Vi kan regne ut hvor tykke vegger en beholder må ha for å motstå dette trykket. Barlow’s formel gir en enkel sammenheng mellom materialstyrke, diameter og veggtykkelse av sylindriske rørseksjoner i forhold til maksimalt trykk. La oss anta at beholderen har en indre diameter på 10 cm og at materialet er rustfritt stål. Med en såkalt ”yield strength” på 520 MPa for rustfritt stål, vil beholderen måtte ha en veggtykkelse på minst 3.1 cm for ikke å deformeres (og dermed opprettholde trykket på 200MPa).

Jeg tror ikke tur-termosen min ville likt en slik test.

En termos som hadde klart trykket, hadde nok heller ikke vært særlig egnet for tur.

[ilcrappo]

Jeg tror ikke tur-termosen min ville likt en slik test.

En termos som hadde klart trykket, hadde nok heller ikke vært særlig egnet for tur.

Det er bare én måte å finne det ut på

[Cata]

Vann ekspanderer når det fryser, men for andre væsker skjer det motsatte.

Stort sett sant, men det er en del andre væsker som også utvider seg. F.eks. vil silisium utvide seg ved størkning.

JSå blir spørsmålet om de kreftene som vil tvinge vannmolekylene til å organisere seg i et krystallmønster (is er visstnok et mineral) og derigjennom utvide volumet med 8.3% (jeg sjekket) er sterkere enn de kreftene som holder materialet i beholderen sammen.

Sånn passe OT, men jeg ble så nysgjerrig at jeg måtte sjekke hva slags struktur is får, og den danner altså heksagonale krystaller.

[Mann 42]

Det er bare én måte å finne det ut på

Videoen der en rørstubb fylt med vann og forseglet i begge ender nærmest ble en rørbombe da den ble hurtigfrosset med flytende nitrogen, fortalte vel strengt tatt det meste om den saken.