Известно что 0 градусов температура замерзания воды: известно что 0 градусов температура замерзания воды почему в морях северного ледовитого

Ученые открыли способность нанотрубок превращать воду в лед

Любому школьнику известно, что при нормальных условиях вода замерзает при температуре в 0 градусов Цельсия и кипит при температуре в 100 градусов. Однако, исследователи из Массачусетского технологического института обнаружили, что вода, находящаяся внутри полости крошечных углеродных нанотрубок, может находиться в замороженном состоянии при температурах, значительно превышающих точку ее кипения.

Воспользуйтесь нашими услугами

Пока еще нельзя точно сказать, к каким последствиям могут привести результаты данных исследования. Столь экзотическое состояние воды может быть использовано для создания не менее экзотических вещей, таких, как “ледяные” нанопроводники с протонной проводимостью, к примеру.

Известно, что температура является не единственным фактором, определяющим точку перехода между различными агрегатными состояниями воды. На это дело оказывает большое влияние давление, понижение которого заставляет воду кипеть при более низкой температуре. Более того, ученым уже некоторое время было известно, что вода начинает вести себя крайне странно, когда она ограничена чем-то, размеры чего исчисляются нанометрами. Ранее в этом году ученые из Национальной лаборатории Ок-Ридж (Oak Ridge National Laboratory, ORNL) даже обнаружили четвертое агрегатное состояние воды, молекулы которой были помещены внутрь крошечных каналов.

“Если жидкость поместить в какую-нибудь наноразмерную “емкость”, ее поведение по отношению к фазовым переходам кардинально изменится” – рассказывает Майкл Страно (Michael Strano), ведущий исследователь, – “И этот эффект оказался намного сильнее, чем мы ожидали”.

Все наблюдения за молекулами воды проводились при помощи технологии вибрационной спектросопии, которая позволяет определить параметры движения молекул и, как следствие, в каком из агрегатных состояний находится исследуемое вещество.

Перед началом исследований ученые ожидали увидеть не очень большие изменения температуры кипения и замерзания воды. Однако, на практике ученые зарегистрировали нечто, совершенно обратное их ожиданиям, вместо ожидаемого понижения, температура точки замерзания воды переместилась значительно выше. Вода, находящаяся внутри полости углеродных нанотрубок, находилась в замороженном состоянии в диапазоне от 105 до 151 градусов Цельсия. Сначала ученые пытались объяснить наблюдаемые ими эффекты малой точностью производимых измерений и погрешностью экспериментов. Однако, после самых тщательных проверок было выяснено, что измерение диаметра нанотрубок на 0.01 нанометра приводит к смещению точки замерзания воды на десятки градусов.

То, что вода внутри нанотрубок находилась в замерзшем состоянии, еще не значит, что она превратилась в обычный лед. Несмотря на все усилия и использованные технологии, ученые не смогли получить подтверждения существования внутри нанотрубки кристаллической структуры, соответствующей структуре обычного прозрачного льда.

Еще одним интересным моментом, который продолжает оставаться загадкой для ученых, является то, как молекулы воды проникли внутрь углеродных нанотрубок, учитывая то, что нанотрубки являются супергидрофобным (водоотталкивающим) материалом?

Так как данное направление науки можно назвать “неизведанным краем”, ученые еще не знают, как можно использовать на практике этот странный материал? Однако, уже высказаны предположения, что замерзшая при комнатной температуре вода может стать основой так называемых “ледяных проводников”, которые смогут стать проводниками для протонов и иметь протонную проводимость в десятки раз лучше, чем у любого из других существующих материалов.

Воспользуйтесь нашими услугами

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!

незамерзающая вода в мерзлоте — Общество

Вода – основа жизни на нашей планете. Это все мы усвоили ещё в школе. Вода – самое распространённое на Земле химическое соединение. Около 95% её приходится на моря и океаны, менее 2% существует в виде льдов и снега Арктики, Антарктики и высокогорных ледников, примерно столько же составляют грунтовые воды, несколько меньше воды находится в реках и озёрах и лишь совсем небольшая часть – это водяные пары в атмосфере (облака, тучи и туманы). Но очень редко люди вспоминают о том, что ещё некоторая часть воды (в основном, в виде льда) присутствует в вечной мерзлоте. Да, количество её несущественно, по сравнению с водой в форме ледников, однако вполне сопоставимо с общим количеством воды в реках и озёрах нашей планеты.

Что ещё мы хорошо помним о воде из школьного курса, так это то, что пресная вода переходит в лёд при 0^оС. А если в воде растворить какие-нибудь соли, то замерзать она будет уже в спектре отрицательных температур. И чем выше минерализация этого раствора, тем ниже будет его температура замерзания. Поэтому логично предположить, что в мерзлоте, характеризующейся отрицательной температурой, не вся вода будет находиться в виде ледяных кристаллов. И это действительно так. В ней всегда существует незамёрзшая вода. Только увидеть эту незамёрзшую воду невооружённым глазом можно далеко не всегда, потому что она существует не только на макро-, но и на микроуровне.

Температура замерзания воды в природных условиях зависит от соотношения и количества растворённых в ней веществ. Замерзание морской воды с солёностью, равной средней солёности Мирового океана (35‰), происходит при температуре около −1,8°C. Морская вода солёностью 10‰ замерзает при температуре 0,5°C, а солёностью 40‰ уже при температуре –2,2°C.

Большие объёмы незамерзающей воды в мёрзлых толщах обычно приурочены к водонасыщенным грунтовым линзам и прослоям и имеют общее название – криопэги. И хотя существуют они столько же, сколько и вся мерзлота, специальное их исследование началось относительно недавно, в середине XX века; тогда же появился и термин «криопэги». В ту пору среди геокриологов (называвшихся в те времена мерзлотоведами) шла бурная дискуссия по вопросам терминологических определений всего, что связано с вечной мерзлотой. Именно в этот период в научный обиход вошли определения «многолетне- и сезонномёрзлых» горных пород, как содержащих лёд. Породы же, не содержащие воды и льда, но имеющие отрицательную температуру, стали называть «морозными». А горные породы с температурой ниже 0°С, насыщенные незамёрзшими солёными водами и рассолами, получили название «охлаждённых». Но вот такие названия, как «мокроморозные породы» или «жидкая мерзлота», не прижились и оказались за бортом научной терминологии. Хотя по мнению некоторых учёных, например, Владимира Романовича Алексеева, доктора географических наук, профессора, работающего в Институте мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН, термин «жидкая мерзлота» отражает самое главное – тепловое состояние вещества и его «консистенцию» — и вполне мог бы стать российским аналогом термина «криопэги».

Криопэги – природные засолённые воды (рассолы), имеющие отрицательную температуру, но находящиеся в жидком состоянии. Чаще всего этот термин применяется к подземным природным водам, но может использовaться и в более широком смысле.

Первую развёрнутую классификацию отрицательно-температурных природных вод (криопэгов) ещё в 70-х годах прошлого века предложил выдающийся гидрогеолог и мерзлотовед Нестор Иванович Толстихин. Им были выделены три главные категории криопэгов – озёрные, морские и подземные. Каждая из этих категорий подразделялась на более дробные единицы, что в совокупности давало представление о масштабности распространения криопэгов и их разнообразии на земном шаре. В последующие годы учёные продолжили работы над классификацией криопэгов, учитывающей основные идеи Н.И. Толстихина, разделяя их по времени существования и температуре, а также по положению относительно вмещающей среды (горных пород, льдов и воды).

И здесь мы хотели бы, обращаясь к названию нашей статьи, начать говорить о парадоксах. Первым из них, и наиболее очевидным для человека, изучавшего основы физики в средней школе, является наличие солёных вод во льдах. Мы знаем, что природный лёд обычно значительно чище, чем вода, из которой он образуется, так как при кристаллизации воды в первую очередь в ажурную решётку выстраиваются молекулы воды, поэтому одиночные кристаллы льда должны быть ультрапресными, а из растаявшего льда получается самая чистая вода, лишённая примесей. Но что же происходит с механическими примесями и растворёнными в замерзающей воде солями? Они отжимаются вовне растущими кристаллами льда. Так в формирующихся массивах ледяных покровов появляются прослои воды с повышенной минерализацией вплоть до рассолов в сотни граммов на один литр – криопэги, которые иногда образуют настоящие «залежи» солёных вод среди многометровых ледяных толщ.

Морские криопэги существуют далеко за пределами границы распространения плавучих льдов (фото из открытых источников).

Ещё один парадокс – существование криопэгов в водной среде: солёные воды с температурой ниже 0^оС. Морские криопэги по общему объёму составляют значительную часть мирового океана и существуют далеко за пределами границ распространения плавучих льдов. К районам с морскими криопэгами относится практически весь Северный Ледовитый океан, северные части Тихого и Атлантического океанов и, конечно, океанические воды вокруг Антарктиды. Вероятно, более плотные солёные воды с температурой до –1,5° С стекают по материковому склону на дно Мирового океана на глубину более 3 км и распространяются далеко от места своего формирования в сторону экватора. Учёные не исключают, что именно с этими морскими криопэгами генетически связана перестройка течений в экваториальной части Тихого океана, влияющая на климат нашей планеты. Общая масса отрицательно-температурных морских вод не подсчитана, недостаточно изучены законы их существования во времени и пространстве. Тем не менее, с уверенностью можно утверждать, что океаническая «жидкая мерзлота» по объёму в несколько раз превышает свой континентальный аналог.

Подземные криопэги в толщах мёрзлых горных пород не столь грандиозны по объёму, как морские отрицательно-температурные воды, но вполне могут конкурировать с криопэгами в поверхностных морских льдах. И именно о них нам хотелось бы поговорить более подробно в связи с их широким распространением в российской Арктике.

Распространение подземных криопэгов по площади совпадает с границами криолитозоны, а происхождение связано со следующими процессами:

— проникновением морских вод в толщу прибрежных горных пород;

— растворением солей, содержащихся в составе вмещающих подземную воду горных пород;

— криогенным концентрированием (вымораживанием) веществ, растворённых в подземных водах вследствие процессов их промерзания.

Морской тип засоления грунтов распространён по всему побережью Северного Ледовитого океана, как на арктических островах, так и на территории плейстоценовых морских трансгрессий на евразийском и северно-американском континентах. Здесь криопэги формировались при насыщении осадков морскими водами. При промерзании осадков часть солей из их поровых растворов отжималась вниз по разрезу по мере движения фронта промерзания горных пород и концентрировалась там, подвергаясь в последующем неоднократным криогенным преобразованиям (метаморфизации). Глубина залегания криопэгов в соответствии с мощностью криолитозоны сегодня может достигать нескольких сотен метров. Минерализация их непостоянна как по площади, так и по глубине, и может изменяется в широких пределах. Так, на полуострове Ямал она варьируется от 5 до 150 г/л. Местоположение криопэгов также непостоянно – они могут мигрировать в толщах мёрзлых пород. А температура начала их замерзания может опускаться на несколько десятков градусов ниже 0°C. Характерной особенностью криопэгов является их способность охлаждать вмещающие горные породы в процессе просачивании в нижние горизонты и тем самым понижать общую температуру массива, увеличивая мощность криолитозоны.

По температуре криопэги в природе могут разделяться на несколько категорий, от умеренно холодных (с температурой от 0 до -2^оС) до сверх-холодных (с температурой ниже -36^оС). Криопэги не замерзают даже при низких температурах в результате высокой минерализации (до 200 — 300 г/л).

Целенаправленное изучение подземных криопэгов началось сравнительно недавно, в последние 40-50 лет. Выяснилось, что они оказывают негативное влияние на фундаменты инженерных сооружений, построенных на мерзлоте, и создают различные осложнения при разработке полезных ископаемых в арктическом регионе. Оказалось, что арктическая мерзлота изобилует солёными водами, которые могут встречаются в различных частях разреза криолитозоны: в верхнем сезоннопротаивающем слое (надмерзлотные криопэги), в нижележащей многолетнемерзлой толще (внутри- или межмерзлотные криопэги), в подмерзлотных водоносных горизонтах (подмерзлотные криопэги).

Здесь нам хочется обратить внимание на ещё один момент, который также можно отнести к парадоксам существования незамерзающих подземных вод в вечной мерзлоте. В естественных условиях криопэги обычно не причиняют ущерба и вреда, поскольку все компоненты экосистемы северной природы находятся в определённом равновесии. Однако вмешательство человека, его непродуманная деятельность может вызвать настоящую агрессию со стороны мерзлоты вообще и криопэгов в частности. Например, криопэги в верхних горизонтах криолитозоны, если не учитываются их характерные свойства, могут ухудшать функционирование подземных коммуникаций, разрушать фундаменты зданий и сооружений, снижать устойчивость опор линий связи и электропередачи, вызывать коррозию заглублённых трубопроводов, а также ухудшать экологические условия существования почв, растительности, животного мира и человека. 

Да и сам человек способен сформировать криопэги там, где их ранее не было, и где остальная природная среда не готова к равновесному взаимодействию с внезапно возникшим новым элементом. В отличие от природных криопэгов, формирующихся в течение сотен лет, техногенные криопеэги, возникающие в условиях интенсивной хозяйственной деятельности человека, а также химического загрязнения территории при сбросах бытовых и техногенных вод, могут образоваться в течении первых 10 – 15 лет.

В криолитозоне различают естественные и техногенные криопэги. Естественные криопэги часто залегают ниже подошвы многолетнемёрзлых пород, но встречаются также в виде прослоев и линз внутри мерзлоты. Техногенные криопэги обычно залегают на небольших на глубинах, исчисляемых первыми десятками метров от поверхности. Их минерализация может составлять от 1 до 10 г/л.

Глубоко залегающие межмерзлотные и подмерзлотные криопэги тоже могут начать «мстить» человеку за вмешательство в жизнь вечной мерзлоты. Например, проходку карьеров, вскрывающих криопэги, невозможно осуществить без откачки солёных вод. В первоначальный период горных разработок рассолы часто сбрасывали в речную сеть, некогда славящуюся своей чистотой и ценными породами промысловых рыб, тем самым нанося невосполнимый урон природе. Позже стали строить специальные бассейны-накопители, однако из хранилища рассолов продолжались утечки сквозь плотину, а нередко случались и аварийные сбросы. Потом появилась идея закачивать дренажные рассолы в толщу вечной мерзлоты или подмерзлотные горизонты, поскольку в процессе разведочного бурения там фиксировались зоны повышенной проницаемости, которые могли служить коллекторами. Однако дренажные рассолы, закачанные в толщу горных пород, могли возвращаться обратно в горную выработку, проникая через противофильтрационную завесу, откуда их снова приходилось откачивать, а потом находить новые резервуары для захоронения, как это было, например, в Западной Якутии при разработке алмазов.

    Выход захороненных рассолов сквозь противофильтрационную завесу карьера трубки «Мир». Фото отсюда.

А вот ещё один парадокс криопэгов: несмотря на высокую минерализацию и низкую отрицательную температуру, в криопэгах, оказывается, существует жизнь! Конечно, нам сразу вспоминаются морские криопэги. Да, условия жизни в холодных водах не очень благоприятны, однако морские экосистемы Арктики и Антарктики занимают одно из ведущих мест в структуре природных комплексов земного шара. Основу жизни в морских криопэгах составляет фито- и зоопланктон. Его активность зависит от продолжительности существования ледяного покрова: зимой продуктивность затухает, весной резко увеличивается. В Арктике относительно тёплое, хотя и короткое, лето приносит оживление и изобилие. Морская вода над континентальным арктическим шельфом в это время года буквально кишит живыми существами. Они почти неразличимы человеческим глазом, но это не мешает им быть хорошей кормовой базой для рыб и птиц, китов и тюленей.

Но ещё более удивительным явлением представляется способность подземных криопэгов консервировать и длительное время сохранять жизнеспособные микроорганизмы в вечной мерзлоте! Учеными были обнаружены микробы в мёрзлых отложениях самого разного состава и происхождения, имеющих среднегодовую температуру до –18°С в Арктике и до –38°С в Антарктиде. Количество микроорганизмов в 1 г мёрзлой породы может изменяться от 100 тыс. до 100 млн., что на несколько порядков больше, чем во льду. Помимо бактерий, там могут встречаться водоросли, грибы и даже высшие растения. Примерно 20% микробных сообществ, выделенных из образцов мёрзлой породы, растут при температуре ниже –10°С, активны до –40°С, причём многие микроорганизмы выносят температуру –60°С и ниже. Видовой состав жизнеспособных существ в обособленных линзах криопэгов, а также в мёрзлых грунтах, где их сохранность при низких температурах обеспечивается во многом за счёт плёнок незамёрзшей воды, условия распределения и индикаторные свойства микроорганизмов в настоящее время активно изучают российские и зарубежные учёные. Это обусловлено тем, что сообщества микроорганизмов, адаптированных к условиям жизни в вечной мерзлоте, могут нести информацию не только о её эволюции в четвертичный период, но и пролить свет на более отдалённые эпохи, вплоть до начала возникновения жизни на Земле.

В отложениях Колымской низменности вскрыты линзы криопэгов с жизнеспособными редкими микроорганизмами, возраст которых составляет четверть миллиона лет. Справа стоит доктор геолого-минералогических наук Давид Гиличинский. Фото отсюда.

Сегодня изучением криопэгов занимаются учёные различных специальностей: геокриологи и инженеры-строители, геохимики и экологи, географы и гидрологи, биологи и почвоведы. И каждая научная дисциплина вносит свой вклад в познание этой парадоксальной «жидкой мерзлоты».

А мы, продолжая свой рассказ о незамерзающей воде, спустимся от макроуровня криопэгов на микроуровень жидкой фазы в монолитной и внешне достаточно прочной мёрзлой породе.

И здесь мы сталкиваемся с очередным парадоксом, заключающимся в том, что мёрзлая порода, имеющая температуру ниже 0^оС, кроме органо-минерального скелета и льда всегда содержит в своём составе и какое-то количество незамёрзшей воды. То есть, при достижении грунтом отрицательной температуры, не вся вода в поровом пространстве переходит в лёд – часть её остается в жидком состоянии. Это и есть так называемая незамёрзшая вода, количество которой зависит от величины отрицательной температуры и нелинейно убывает с понижением температуры. Здесь следует упомянуть известный «принцип Цытовича» о равновесном состоянии воды и льда в мёрзлых грунтах, сформулированный ещё в середине ХХ века профессором Николаем Александровичем Цытовичем, крупнейшим советским специалистом в области механики мёрзлых грунтов. Суть этого принципа состоит в том, что содержание незамёрзшей воды в конкретном мёрзлом грунте является, при фиксированной отрицательной температуре, постоянной величиной.

Количество незамёрзшей воды в грунте зависит от многих факторов и прежде всего – от состава частиц и агрегатов, которые слагают скелет породы, а также от количества растворённых в поровом растворе солей. Известно, что грунтовая вода в поровом пространстве энергетически неоднородна. Различают свободную воду, которая практически не связана со скелетом, и связанную воду, которая, в свою очередь, подразделяется на капиллярную и плёночную.

Свободная вода, которая содержится в трещиноватых скальных, крупнообломочных породах и песках, обладает обычными свойствами жидкой фазы – передвигается под действием силы тяжести, заполняет почти все крупные пустоты. Пресная свободная вода замерзает практически вся при 0^оС, однако с увеличением её минерализации температура замерзания постепенно понижается. Теоретически температура грунтовой воды может понизиться до эвтектической (например, для NaCl она будет соответствовать -21.2^оС), когда начинается выпадение солей из раствора.

Несколько сильнее связана с грунтом капиллярная вода, которая содержится в грунтах большей дисперсности (пылеватых и глинистых), передвигается и удерживается в них за счёт капиллярного натяжения и силы тяжести, начинает вымерзать в зависимости от уменьшения размеров капилляров при температурах от -1^оС до -12^оС и даже ниже. По своей природе капиллярная вода занимает промежуточное положение между свободной и связанной. Она может относиться как к той, так и к другой, в зависимости от размера (диаметра) капилляра и, соответственно, силы взаимодействия с поверхностью скелета грунта.

Расположение различных категорий поровой воды относительно поверхности грунтовой частицы: 1 – минеральная частица; 2 – прочносвязанная вода; 3 — рыхлосвязанная вода; 4 – свободная вода.

Следующая по силе взаимодействия с грунтом — связанная вода, которая удерживается на грунтовых частицах за счёт поверхностной энергии этих частиц. Чем ближе молекула воды к частице грунта, тем сильнее она к ней притягивается за счёт водородных связей. Прочносвязанной водой являются первые несколько слоёв молекул воды на поверхности частиц или даже отдельные островки молекул. Рыхлосвязанная вода образует плёнки, которые вымерзают в спектре отрицательных температур в зависимости от их толщины.Прочносвязанная вода имеет повышенную плотность и замерзает самой последней при очень низких отрицательных температурах – около -80°С. И если в реальности такие температуры для воздуха ещё возможны, например, в Антарктиде, то столь низких значений температуры мёрзлых пород в естественной природе не существует (их можно смоделировать только в лабораторных условиях). Поэтому мы можем вполне обоснованно утверждать, что в любых мёрзлых породах в Арктике на микроуровне всегда содержится какое-то количество незамёрзшей воды!

Основные компоненты мёрзлой породы: 1 – минеральные частицы; 2 – лёд; 3 – незамёрзшая вода.

Тут справедливости ради надо сказать, что всё же основная часть воды в мёрзлых породах замерзает и присутствует в виде твёрдой фазы – льда, который является важнейшим породообразующим минералом в мёрзлой породе. Весь этот лёд принято называть подземным, независимо от особенностей его образования и характера залегания. Лёд может присутствовать в мёрзлой породе в виде текстурообразующего не различимого невооружённым глазом льда-цемента, в виде отдельных визуально различимых включений (линз и прослоек), а также в виде крупных и даже гигантских скоплений и пластов. Но в любом льду, как в ультрапресном, так и в засолённом, обязательно присутствует незамёрзшая вода либо в виде плёнок вокруг отдельных кристаллов, либо в виде локализованных в порах, пустотах и карманах скоплений воды, обычно имеющих повышенную засолённость – это своего рода «криопэги в миниатюре».

Обнажение залежей подземного пластового льда (фото из открытых источников)

Итак, мы убедились в том, что в любой мёрзлой породе всегда присутствует какое-то количество незамёрзшей воды. И если бы не её наличие в мёрзлой породе, пусть даже в виде тонких плёнок, то свойства и поведение мёрзлых пород были бы несколько иными, поскольку именно количество незамёрзшей воды влияет почти на все физические и механические свойства мёрзлых пород. Очевидно, что чем меньше становится количество незамёрзшей воды в мёрзлой породе, тем порода делается прочнее, что обычно происходит при понижении отрицательной температуры. Однако внешнее воздействие на мёрзлую породу, например, давление, может приводить к таянию льда, то есть переходу части молекул воды в более подвижное состояние, в результате чего плёнки незамёрзшей воды на поверхности минеральных частиц и кристаллов льда утолщаются. И мёрзлая порода начинает вести себя как более высокотемпературная и вязкая среда, приближаясь по своим механическим характеристикам к талой (немёрзлой) породе. При этом, если воздействие на мёрзлую породу, пусть даже весьма существенное, производится короткое время, она сопротивляется нагрузкам, как прочная скальная порода, поскольку плавление льда и сдвиг грунта по плёнкам незамёрзшей воды не успевают произойти. Но под действием длительной и возрастающей нагрузки в мёрзлых породах с течением времени начинают развиваться деформации и явление ползучести, когда порода проявляет пластические свойства и как бы течёт под нагрузкой, что может привести к потере прочности и полному её разрушению. Эти реологические свойства мёрзлых пород должны всегда учитываться при проектировании инженерных сооружений в Арктике и планировании хозяйственной деятельности на северных территориях. А основная причина всех этих проблем – уже знакомая нам незамёрзшая вода!

Мёрзлые грунты по своему агрегатному состоянию являются твёрдыми телами, однако наличие в них незамёрзшей воды и льда обусловливает проявление реологических свойств.

Реология — (от греческого «rheos» — течение) — наука об изменениях во времени напряжённо-деформированного состояния любой сплошной среды.

О незамерзающей воде в мёрзлых породах можно было бы рассказать ещё много интересного. Например, о том, что при вымерзании насыщенных солями водных плёнок на их месте образуются новые криогенные минералы. Или о том, как по неизолированным (сообщающимися друг с другом) рыхлым плёнкам незамёрзшей воды мигрируют ионы солей или микроорганизмы, и иногда на значительные расстояния от места своего проникновения в плёночную воду. А ещё – о том, как высокое содержание незамёрзшей воды «стирает» разницу в показателях для талых и мёрзлых пород при интерпретации данных геофизических исследований (акустических, электрических), в результате чего часто невозможно провести границу между талыми и мёрзлыми породами.

Но все это, и ещё много другое мы вынуждены оставить за рамками этой ознакомительной статьи. И мы будем рады, если то немногое, что нам удалось рассказать, сможет пробудить в читателях интерес к такому парадоксальному, на первый взгляд, явлению, присущему Арктике, как существование в мёрзлых породах незамерзающей воды.

Авторы: Чувилин Е.М., Соколова Н.С., Центр добычи углеводородов Сколтеха.

Замерзание воды, его свойства значение для человека.

Вода – одно из самых необходимых веществ на нашей планете. Она имеет массу свойств, которые делают её, в какой-то степени уникальной. Одно из самых известных свойств, о котором знает даже маленький ребёнок, это замерзание воды. Известно, что 0 градусов Цельсия температура кристаллизации воды. Но не всё так просто. Некоторые тонкости этого процесса рассмотрим дальше.

Как замерзает вода

Кристаллизация воды – сам по себе очень интересный и многогранный процесс. Давайте разберемся, как это происходит. Как известно вода состоит из молекул, которые немного связаны между собой и стремятся к воссоединению. Всё довольно просо, при высоких температурах начинается отдаление молекул, а при низких температурах сближение. Под влиянием низких температур их движение замедляется и они, соединяясь, образовывают кристаллическую структуру. Кристаллизация, или же замерзание это превращение воды в лёд, переход в твёрдое состояние.

Температура замерзания воды

Процесс замерзания происходит при охлаждении её до ноля градусов по шкале Цельсия. Это касается не всей воды. Молекулы присоединяются к примесям, которыми являются частички пыли, соли и т.д. Поэтому чистая либо же дистиллированная вода, без присутствия этих самых примесей под воздействием низких температур по столбику Цельсия, дольше, чем обычная может оставаться в жидком состоянии.

Так же интересно, что при том, как другие вещества при замерзании уменьшаются в объеме, вода наоборот увеличивается. Все потому, что при переходе в твёрдое состояние, расстояние между молекулами расширяется. При том,что объём увеличивается, масса при замерзании не увеличивается, и весит столько же, сколько тёплая вода.

Многие задаются вопросом, почему вода не замерзает под толстым слоем льда. Любой физик ответит, что под слоем льда, вода не замерзает,так как поверхность льда служит теплоизолятором.

Отчего горячая вода замерзает быстрее холодной

Известен такой факт, что горячая или тёплая вода замерзает быстрее холодной воды. Невероятно, но факт. Это открытие сделал Эрасто Мпемба. Он проводил эксперименты с использованием мороженой массы,причём обнаружил, что если масса тёплая, то она быстрее замёрзнет. Причиной этого, как показали исследования, является высокая теплоотдача горячей и тёплой воды.

Взаимосвязаны ли температура замерзания воды и высота

Как известно, на высоте происходит изменение давления,поэтому температура перехода в твёрдое состояние всех водных растворов на высоте отличается от температуры на обычной поверхности.

Примеры изменения температурных показателей на высоте:

• высота 500 м – температура замерзания воды, является не ноль °C, как при обычных условиях, а при наличии уже одного °C;
• высота 1500 м – кристаллизация происходит при наличии около трёх° C и т.д.

Как давление влияет на процесс кристаллизации воды

Если разобраться о взаимосвязи давления и кристаллизации воды, то всё довольно просто.

Интересно! Чем выше давление, тем скорость преобразования воды в кристаллы льда ниже, а температура кипения выше!

Вот и весь секрет, а если логически подумать, то при понижении давления, все показатели идут в обратные стороны. Поэтому в горах сложно что — то сварить, так как температура, при которой кипит вода, не доходит до ста градусов Цельсия. И наоборот лёд плавится даже при низких температурах.

Температура кристаллизации водных растворов

Вода служит хорошим растворителем и поэтому легко соединяется с другими веществами. Полученные растворы, конечно же, будут замерзать при разных условиях. Рассмотрим пару вариантов температурных критериев для замерзания разных растворов на основе воды.

Вода и спирт. При большом количестве спирта в воде,процесс замерзания начнётся при наличии очень низких температур. К примеру, при соотношении 60% воды на 40% спирта, кристаллизация начнётся при наличии минус 22,5°C.

Вода и соль. Температура, при которой произойдёт замерзание напрямую связано со степенью солёности воды. Принцип таков, чем больше соли в воде, тем ниже температура кристаллизации. С показателями содержания соли напрямую связано как замерзает морская вода.

Вода и сода. Температура кристаллизации раствора 44 процентов, составляет плюс 7°C.

Вода и глицерин, при соотношении 80% на 20%, где 80 – это глицерин, а 20 – это вода, для замерзания раствора нужно наличие — 20°C.

Все температурные значения колеблются в зависимости от степени концентрации чужеродных растворов или иного вещества в воде.

Поваренная соль, раствор, температура замерзания

    В табл. 11 приведены температуры замерзания (начала кристаллизации) растворов поваренной соли. [c.48]

    Растворив в 100 л воды 30,1 кг поваренной соли, мы можем довести температуру замерзания рассола до —21,2°С. Однако дальнейшее повышение концентрации рассола вызывает уже не снижение, а повышение температуры замерзания. Раствор, имеющий наинизшую температуру замерзания, называется эвтектическим (рис. 14). [c.42]

    В качестве холодильных рассолов используют водные растворы поваренной соли, хлористого магния и хлористого кальция. Кривые температур замерзания этих растворов показаны на рис. 9.14. По этим кривым выбирают растворы и их концентрации. Например, соответственно приведенным данным раствор хлористого натрия можно рекомендовать для температур не ниже —15°С. Рабочую концентрацию растворов надо выбирать по левой ветви кривой замерзания. Она должна быть на несколько процентов меньше концентрации, соответствующей криогидратной точке.  [c.199]

    Наиболее низкую температуру замерзания —21,2° С имеет раствор поваренной соли, содержащий 22,4% Na l. При этой температуре раствор указанного состава полностью замерзает. Из растворов более высокой концентрации при охлаждении сначала кристаллизуется поваренная соль, а из более разбавленных растворов сначала вымерзает вода и, когда концентрация достигает 22,4%) Na l, раствор полностью замерзает. Температуры начала кристаллизации растворов поваренной соли даны в приложении 5. [c.34]

    Определение температуры замерзания растворов поваренной соли [c.166]

    Коллигативные свойства можно использовать для определения молекулярной массы вещества. Например, если, зная массу т растворенного вещества, определить температуру замерзания (кипения) раствора, то. найдя понижение, повышение) температуры замерзания (кипения) раствора, можно вычислить число молей п раств оренного вещества, а затем и саму молекулярную массу вещества М = т1п. Таким образом можно определить степень диссоциации или ассоциации вещества в растворе. В этом случае следует умножить правую часть уравнений (355) и (356) на введенный Вант-Гоффом в соответствии с уравнением (322) коэффициент . Понижение температуры замерзания раствора повареной соли примерно в два раза больше, чем для раствора сахарозы той же моляльной концентрации. На практике чаще используют криоскопический метод, так как он более прост в экспериментальном исполнении, а кроме того, как правило, криоскопическая константа для одного и того же растворителя больше, чем эбулиоскопическая. Для растворителя камфары, например, =40 К-кг/моль. [c.281]

    Однако на этом этапе ситуация усложнилась. Логично было предположить, что при растворении, например в воде, вещество распадается на отдельные молекулы. Однако наблюдаемое понижение температуры замерзания соответствовало предполагаемому только в тех случаях, когда растворялся неэлектролит, например сахар. При растворении электролита типа поваренной соли ЫаС1 понижение температуры замерзания вдвое превышало ожидаемое, т. е. число частиц, содержащихся в растворе, должно было быть в два раза больше числа молекул соли. А при растворении хлорида бария ВаСи число частиц, находящихся в растворе, должно было превышать число молекул втрое. [c.119]

    Во избежание просаливания рыбы при замораживании применяют раствор поваренной соли с температурой, близкой к точке его замерзания, т. е. осмотически пассивный и почти исключающий возможность проникновения соли в ткани рыбы. Криогидратная температура раствора поваренной соли равна —21,2°, а следовательно, практически рассол может быть охлажден только до температуры —18°, при которой рыба обычно замораживается до [c.121]

    Водные растворы солей. Классическим примером бинарной смеси с одним компонентом в одной из фаз может служить водный раствор поваренной соли (рис. 13,г). В состоянии А раствор концентрации = 1а при температуре tл является жидким. При / = 0° С и р = 1 атм он еще не замерзает, и только при более низкой температуре в точке Я образуются первые кристаллы льда, часть воды, вымерзая, переходит в твердую фазу, концентрация остаточного раствора постепенно увеличивается, и точка замерзания понижается. В точке Я устанавливается равновесие между жидким раствором концентрации и первыми кристаллами чистого льда ( = 0), причем обе фазы имеют одинаковые температуру и давление. Состояние смеси при дальнейшем охлаждении постепенно изменяется (от точки Я до Р) и тогда выпадает новая порция льда, а жидкая часть становится более концентрированной и достигает точки О, где раствор снова находится в равновесии, но уже при более низкой температуре. Кривая равновесия ВНОЕ — является кривой льда (40]. [c.37]

    Все химически чистые вещества имеют определенные температуры (точки) замерзания и кипения вода замерзает при 0° и кипит ири 100 С (имеется в виду нормальное давление). У растворов этого пе наблюдается, они отличаются от чистых растворителей по свойствам. Присутствие растворенного вещества понижает температуру замерзания и повышает температуру кппенпя раствора. Поэтому водные растворы замерзают прп более низкой температуре, чем чистая вода. Чем копцентрированнее раствор, тем ниже точка его замерзания. Например, если в 100 г воды растворено 10 г поваренной соли, то раствор замерзает при —13,6 , а если растворить 30 г Na l, то он будет замерзать при —21,2 °С. Подобно этому, температура кипения водных растворов лежит выше 100 °С и зависит от копцептрацпи. Так, если в 100 г воды растворить 21 г хлористого кальция, то раствор закипит при 104 , а если растворить 69 г a L, — то при 120 °С. [c.113]

    Для этой цели пользуются в качестве охлаждающей жидкости водными растворами солей, чаще всего поваренной соли. Такие растворы замерзают при температурах ниже 0°. Чем больше концентрация раствора соли, тем ниже (до известного предела) температура его замерзания. Обычно пользуются рассолом, содержащим около 20% соли и замерзающим при температуре —18°. Рассол предварительно охлаждают в специальной холодильной установке до температуры от —12° до —15° и затем подают в рубашки или змеевики охлаждаемых аппаратов. Воду и рассол вводят в рубашку или змеевик снизу, а отводят сверху. [c.97]

    В погружных испарителях в качестве вторичного теплоносителя применяют водный раствор поваренной соли с удельным весом 1,16 и температурой замерзания —18,2°. При закрытых испарителях используют водный раствор хлористого кальция с удельным весом 1,22 и температурой замерзания —25,7°. [c.375]

    В 1753—1756 гг. М. В. Ломоносов провел экспериментальные исследования водных растворов. Он был одним из первых ученых, поставивших себе целью изучить растворимость солей в воде при различных температурах. Им была изучена растворимость многих солей при различных температурах. М. В. Ломоносов наблюдал зависимость температуры замерзания растворов от количества растворенной соли. Он опытным путем установил, например, что растворы поваренной соли (а также морская вода) замерзают тем ниже, чем концентрированнее раствор. [c.17]

    Хлорид натрия Na l (поваренная соль, галит, каменная соль) — белые кристаллы. Получается путем выпаривания рассолов и добычи в твердом состоянии. Используется без всякой обработки или в виде приготовленного солевого раствора при заканчивании и капитальном ремонте скважин (см. главу 10) для приготовления насыщенного водного раствора для разбуривания каменной соли для снижения температуры замерзания бурового раствора для повышения плотности (в виде взвешенной твердой фазы) в качестве закупоривающего материала в насыщенных растворах, а также в повышающих устойчивость ствола буровых растворах на углеводородной основе (см. главы 8 и 9). Концентрации от 30 до 360 кг/м . Потребление в 1978 г. 60 тыс. т. [c.496]

    Температура кипения и з аме р з а н и я растворов. Растворы твердых веществ закипают при более высокой температуре и замерзают при более низкой температуре, чем чистые растворители. Морская вода, воды соленых озер замерзают несколько ниже 0°, а кипят несколько выше 100°. Лед может существовать при 0°, но известно, что если лед посыпать поваренной солью, то он начнет таять. Температура замерзания раствора поваренной соли лежит ниже той температуры, при которой находится лед, поэтому он ве может оставаться в твердом состоянии вместе с поваренной солью и тает. При таянии льда происходит большое поглощение теплоты, вызывающее сильное охлаждение. Это обстоятельство часто используется в химических и других работах для искусственного получения низких температур. С этой целью готовят специальные охлаждающие смеси . Смесью 3 весовых частей снега или толченого льда с одной весовой частью поваренной соли Na l достигается снижение температуры до—22°. Смесью одной части снега с 1,4 части хлорида кальция a lj eHjO достигается снижение температуры до —55°. [c.64]

    При отрицательной температуре воздуха гидравлические испытания аппаратов производят с помощью подогретой паром воды или специальных водных растворов, имеющих низкую температуру замерзания. Обычно для этих целей используют растворы хлористого кальция или хлористого натрия (поваренную соль)  [c.42]

    Температура таяния льдосоляной смеси и ее охлаждающий эффект, т. е. холодопронзводительность, зависят от количества и сорта соли, находящейся в смеси. При использовании технической поваренной соли (ЫаС1) температура охлаждения может достигнуть — 16-г—18 С, при использовании хлористого кальция (СаС12) — более низких температур (—46- —48° С). С повышением содержания соли в льдосоляной смеси температура ее плавления и равная ей температура замерзания раствора соответствующей концентрации понижается. Раствор соли с наи-низшей температурой замерзания называется эвтектическим, а температура замерзания эвтектического раствора, называется криогидратной температурой или криогидратной точкой. [c.28]

    Известно, что растворенные в воде вещества, в том числе поваренная соль и сахар (сахароза), понижают температуру замерзания растворов. Поэтому можно не бояться охлаждения банок с вареньем или солеными огурцами на 1—2 градуса ниже нуля, это не принесет вреда. Но при сильном морозе консервы могут замерзнуть, и хотя пищевая ценность при этом не изменится, внешний вид и вкус продукта пострадают непоправимо кристаллы льда повредят оболочки растительных клеток, сок вытечет, фрукты и овощи станут мягкими и дряблыми. Перемороженные огурцы годятся разве что на рассольник. [c.68]

    Экспериментально измеренное осмотическое давление растворов солей, кислот и оснований оказывается всегда больше теоретически рассчитанного. Наоборот, молекулярный вес этих веществ, рассчитанный по повышению температуры кипения или по понижению температуры замерзания растворов, меньше теоретического. Так, теоретический молекулярный вес (масса) поваренной соли 58,5, а измеренный криоскопическим методом — 30,1. Молекулярный вес хлористого калия, вычисленный по повышению температуры кипения раствора, равен 38,7, а теоретический — 74,5. [c.172]

    Свойство поваренной соли понижать в растворе температуру замерзания воды с древних времен используется для борьбы с гололедом на дорогах. Предприятия коммунального и дорожного хозяйства в зимнее время года давно применяют поваренную соль для посыпки дорог, для предупреждения аварий и травматизма. На посыпку дорог используется в основном попутная соль калийных производств. По данным ГИПРОДОРНИИ, потребность в поваренной соли только для автодорожных предприятий РСФСР к 1990 г. составит 1,8 млн. т/год. [c.16]

    Температура охлаждающей воды, текущей по змеевикам и другим охлаждающим элементам, не может быть ниже 0°, так как при олее низкой температуре она замерзает. При необходимости иметь более низкие температуры пользуются в качестве охлаждающей жидкости не чистой водой, а водными растворами солей, чаще всего поваренной соли. Такие растворы замерзают при температурах ниже 0°, причем чем крепче раствор, тем ниже (До извест ного предела) его температура замерзания. На практике обычно пользуются рассолами крепостью приблизительно 20%, замерзающими при температуре около —18°. Охлаждение таких рассолов производится на специальных холодильных установках, откуда рассол с температурой обыч.чо от —12° до —15° подается центробежными насосами в охлаждающие элементы аппаратов — змеевики, рубашки, 228 [c.228]

    Известно, что температура замерзания растворителя понижается при растворении в нем нелетучего вещества. Например, вода, замерзающая при О °С, не замерзает при той же температуре в том случае, когда в нее добавлена поваренная соль или хлористый кальций, температура замерзания понижается. Вообще, растворы замерзают при более низких температурах, чем чистые растворители. Эффект понижения температуры замерзания жидкости при растворении в ней твердого вещества используется в методе криоскопии. Заметим, что величина, на которую понижается температура замерзания, зависит от числа молекул растворенного вещества в единице объема раствора и не зависит от их размеров (массы) и химической природы. Это означает, что если метод криоскохши применяют для определения молекулярной массы полимера, то получается среднечисловая молекулярная масса М . Если обозначить снижение температуры замерзания как ДГотв> то его связь с М и концентрацией определяется следующим уравнением  [c.304]

    Для выполнения эксперимента необходимы следующее оборудование и реактивы прибор для определения понижения температуры замерзания водных растворов бюретка для титрования — 2 шт. пипетка на 15 мл пипетка на 10 мл колба для титрования на 100 мл снег или лед поваренная соль раствор 0,6 М USO4 в 5 М растворе аммиака раствор HG1 0,1 М раствор NaOH 0,1 М раствор метилоранжа 20%-ный раствор KI раствор ЫагЗгОз 0,1 М раствор крахмала. [c.353]

    При замерзании рассола с концентрацией ниже криогидратной точки сна-члт выделяется лед, поэтому левую ветвь можно назвать кривой выделения льда. Например, если охлаждать раствор поваренной соли, имеюпщй концентрацию 15%, то до температуры —11°С (точка а) концентрация его будет постоянной, а при дальнейшем охлажде- W 20 30 40 НИИ начнется выделение льда. Концентрация оставшегося жидкого раствора р с. и. Диаграмма темпера-будет увеличиваться по левой ветви кри- тур затвердевания рассолов, вых, а температура затвердевания будет [c.35]

    В качестве рассолов применяют водные растворы хлористого натрия N801 (поваренной соли) и хлористого кальция СаСЬ, которые имеют достаточно низкие температуры замерзания и дешевы. Растворы пригодны для использования лишь при температурах, превышающих те, при которых они замерзают как однородная смесь, образуя соленый лед (криогидратная точка). Криоги-дратной точке для раствора ЫаС1 с концентрацией 22,4% (по весу раствора) соответствует температура минус 21,2° С, а для раствора СаСЬ с концентрацией 29,9%—температура минус 55° С. Поэтому для получения низких температур применяется СаСЬ. [c.245]

    Характерным для рассолов, как это показано на рис. 7.1, является следующее. При температуре замерзания из рассолов, концентрация которых менее 22,4% Na I, выпадают кристаллы льда, не содержащие поваренной Обсоли. Поэтому по мере охлаждения gg таких рассолов концентрация Na l в растворе возрастает, при ми-нус 21,2 °С содержание поварен-ной соли в растворе достигает  [c.227]

    При колонковом буренпп скважин в устойчивых породах может быть применена промывка водой. При бурении скважин в породах малоустойчивых (пористых и сыпучих) промывка осуществляется глинистым раствором. При бурении в вечной мерзлоте приходится пршменять сильно охлажденные растворы поваренной соли в глинистом растворе с температурой замерзания более низкой, чем температура почвы. [c.8]

    Таким образом, замерзание растворов солей, а следовательно, и плавление льдосоляных смесей, происходит при переменной температуре, величина которой связана с концентрацией соли в жидкой фазе. Только раствор состояния 3, имеющий эвтектическую концентрацию д, при достаточном охлаждении замерзает при постоянной температуре 4, а замороженный раствор эвтектической концентрации, называемый эвтектическим льдом или звтек-тиком, плавится при этой же постоянной и наинизшей температуре для смесей льда и данной соли. Так, смесь льда и хлорида калия, содержащая 19,3% по массе соли, представляет собой эвтектическую смесь, плавящуюся при температуре —11,Г С эвтектическая смесь льда и поваренной соли содержит 23,1% соли и плавится при температуре —21,2° С эвтектическая смесь льда и хлорида кальция, в составе которой 29,9% соли, плавится при —55° С. На рис. 10.6 область Л Р между линией А и изотермой эвтектической температуры t , отвечает сосуществованию двух фаз льда и раствора. Соотношение между массами отдельных фаз определяется, как в любых двухфазных системах, по правилу рычага. В свою очередь, область С + Р соответствует двухфазному состоянию смеси соли и раствора. При температурах ниже эвтектической смеси льда и соли могут существовать только в твердом состоянии. Область Л + Э является зоной существования смеси льда и эвтектика, а область С + Э — смеси соли и эвтектика. [c.322]

Второй закон Рауля и температура замерзания

Некоторые автолюбители, насколько мне известно, предпочитают зимой заливать в бачок стеклоочистителя водку. Водка зимой не замерзает, а почему и вплоть до какой температуры? Ответ на этот вопрос даст нам химия.

Начнем с определений.

Как известно, водка — это раствор этилового спирта в воде.

А что такое раствор? Это однородная смесь не менее двух компонентов, один из которых называется растворителем, а другой растворимым веществом. Растворитель, это компонент, агрегатное состояние которого не изменилось при образовании раствора (например, сахар в воде переходит из твердой фазы в жидкую, вода — растворитель) либо, в случае веществ, находящихся в одной и той же фазе, компонент, которого больше. Растворы бывают твердые, жидкие и газообразные (воздух, как смесь газов — газообразный раствор).

С химической точки зрения, раствор — это дисперсная система, т.е., система, в которой два или несколько веществ находятся в раздробленном состоянии, и частицы их равномерно распределены относительно друг друга и взаимодействуют между собой.

Разница здесь есть в степени дисперсности.
Если размеры частиц веществ, составляющих систему, равны или меньше (размер атомов, молекул и ионов), то это молекулярно-дисперсная система, или истинный раствор.
Если размеры частиц веществ имеют размеры , то это коллоидно-дисперсная система, или коллоидный раствор.
Если же размеры частиц больше , то это грубодисперсная система.

Среди истинных растворов, в свою очередь выделяют два класса — растворы электролитов (ионов), которые проводят электрический ток, и растворы не электролитов (молекул).

Смешавшиеся в растворе частицы веществ могут взаимодействовать между собой. В связи с наличием или отсутствием взаимодействия частиц раствора между собой растворы можно разделить на реальные и идеальные. В реальных растворах изменяются свойства исходных молекул из-за межмолекулярного и химического взаимодействия частиц в растворе. В идеальных растворах взаимодействие частиц практически отсутствует, и растворяемое вещество сохраняет свои свойства. Идеальными при любых концентрациях являются растворы, компоненты которых очень близки по физическим и химическим свойствам, и образование которых не сопровождается изменением объема и выделением либо поглощением теплоты.

В 1887 году французский химик Франсуа Мари Рауль (1830-1901), изучая понижение температуры кристаллизации (замерзания), а также понижение давления пара (или повышения температуры кипения) растворителя при введении в него растворенного вещества, открыл ряд законов, называемых ныне законы Рауля. Это количественные закономерности, описывающие коллигативные, то есть зависящие от концентрации, но не от природы растворенного вещества, свойства растворов. Эти законы и описывают поведение идеальных растворов.

Первый закон Рауля гласит (см. Закон Рауля), что

Парциальное давление насыщенного пара компонента раствора прямо пропорционально его мольной доле в растворе, причём коэффициент пропорциональности равен давлению насыщенного пара над чистым компонентом.

Либо, в случае двухкомпонентного раствора, что

Относительное понижение парциального давления пара растворителя (A) над раствором не зависит от природы растворённого вещества и равно его мольной доле в растворе.

Из этого закона есть два следствия, которые называют вторым законом Рауля.

Второй закон Рауля гласит, что

Понижение температуры кристаллизации бесконечно разбавленных растворов не зависит от природы растворённого вещества и прямо пропорционально моляльной концентрации раствора.

и

Повышение температуры кипения бесконечно разбавленных растворов нелетучих веществ не зависит от природы растворённого вещества и прямо пропорционально моляльной концентрации раствора

Коэффициенты пропорциональности K и E в этих уравнениях — криоскопическая и эбулиоскопическая постоянные растворителя, имеющие физический смысл температуры кристаллизации и повышения температуры кипения раствора с моляльной концентрацией 1 моль/кг. Растворы с такой концентрацией — 1 моль/кг, вообще говоря, никак не назвать бесконечно разбавленными, так что при определении этих постоянных речь идет об экстраполяции зависимости из области малых концентраций. Напомним, что моляльная концентрация (не путать с молярной) — это отношение количества растворенного вещества в молях к массе растворителя.

Если какой-либо раствор подчиняется законам идеальных растворов при любых концентрациях, то его называют совершенный раствор. Если раствор начинает подчиняться законам идеальных растворов только при достаточно большом разведении, то это бесконечно разбавленный раствор (концентрация растворенного вещества стремится к нулю). Во всех прочих случаях раствор считается реальным.

Все растворы электролитов — реальные растворы, так как растворяемое вещество в них диссоциирует на ионы. Законы Рауля для этих растворов не выполняются, даже в случае бесконечно разбавленных растворов.

В случае растворов не электролитов — чем более разбавлен раствор, тем ближе его свойства к идеальному. Однородные смеси неполярных веществ (углеводородов) близки к идеальным растворам при всех концентрациях.

Теперь вернемся к водке.

———————-Обновление————————

Так вот, благодаря пытливым пользователям (смотри комментарии к калькулятору), автору пришлось выяснить, что второй закон Рауля не имеет к водке никакого отношения. Дело в том, что в законах Рауля речь идет о растворах нелетучих веществ (ну там, соль, например), которые уменьшают давление пара растворителя над раствором, а спирт — вещество вполне себе летучее и также создает давление пара над раствором. Для кипения водки применимы законы Коновалова, и выкипать спирт из водки начинает при температуре кипения спирта (как я понимаю).

Впрочем, в нескольких местах в Интернете я встречал использование второго закона Рауля для оценки температуры замерзания водки. Ничего точного на счет замерзания водки и применимости к этому второго закона Рауля я так и не нашел (химика бы сюда), однако полученные данные довольно близки к табличным, поэтому весь расчет ниже я оставлю без изменений, для иллюстрации использования калькулятора, однако с оговоркой, что температура кипения водки по второму закону Рауля не определяется, и замерзания, возможно, тоже.

———————Конец обновления————————

Водка, это раствор углеводорода в воде, поэтому применим второй закон Рауля для определения температуры замерзания водки.

Растворителем в данном случае является вода. Криоскопическая и эбулиоскопическая константы для нее приведены в справочнике Эбулиоскопические и криоскопические константы растворителей. Процентное соотнощение спирта и воды известно — 40%. Из этого можно определить моляльную концентрацию водки.

Определим, сколько спирта (m1) надо добавить в килограмм воды (m2), чтобы получить 40% соотношение (K)
,
следовательно

Таким образом, чтобы получить 40% раствор, в 1 кг воды надо влить примерно 666,6(6) грамм спирта (чем не повод отказаться от ее употребления).

Теперь осталось определить, сколько это молей вещества. Для этого надо знать молярную массу спирта. С учетом того, что формула этилового спирта известна всем , то воспользовавшись калькулятором Молярная масса соединений, находим, что молярная масса спирта 46 г/моль. Поделив массу спирта на его молярную массу находим что на килограмм растворителя приходится 14,49 моль спирта.

Далее умножением на криоскопическую константу мы находим изменение температуры замерзания. Уменьшив температуру кристаллизации (замерзания) растворителя — воды, на полученную величину, мы и найдем температуру кристаллизации (-27) водки.

Впрочем, применительно к растворам, не говорят о «температуре кристаллизации раствора» и «температуре кипения раствора». Говорят так — «температура начала кристаллизации» и «температура начала кипения».

Дело в том, что как при кипении (испаряется растворитель), так и при кристаллизации (выделяются кристаллы растворителя) в оставшемся растворе увеличивается концентрация растворенного вещества, а следовательно, происходит дальнейшее уменьшение температуры кристаллизации либо увеличение температуры кипения.
На этом эффекте основаны методы очистки веществ, то есть очистки растворителя, например, воды — от примесей, которые нельзя удалить обычной фильтрацией. Кристаллизирующийся растворитель (особенно в начале кристаллизации), содержит меньше примесей (растворенных веществ), чем в остающемся растворе. Многократно повторяя кристаллизацию раствора и удаляя каждый раз обогащенный примесями остаток раствора, можно добиться значительной степени очистки (метод перекристаллизации). Тоже самое происходит и при кипячении — пар содержит меньше примесей по сравнению с остающимся раствором. Полученный пар заново конденсируют и снова испаряют, добиваясь очистки от примесей (метод дистилляции).

Ниже приведен калькулятор для определения температур начала замерзания и кипения растворов, повторяющий вышеприведенные расчеты.
Значения по умолчанию как раз соответствуют случаю водки.

Температура начала кипения и кристаллизации (замерзания) растворов не электролитов

Доля растворенного вещества, проценты

Молярная масса растворенного вещества, г/моль

РастворительОбновление…Точность вычисления

Знаков после запятой: 1

Температура начала кристаллизации (замерзания)

Температура начала кипения

 Ссылка  Сохранить  Виджет

Кстати сказать, второй закон Рауля также используется для экспериментального определения молярной массы неизвестных веществ. Для этого некоторую массу исследуемого вещества растворяют в подходящем растворителе и замеряют понижение температуры начала кристаллизации или повышение температуры начала кипения раствора.
Дальше расчет идет обратно приведенному выше. Исходя из полученной разницы температур и известных эбулиоскопических и криоскопических постоянных растворителя, определяется моляльная концентрация растворенного вещества в растворе, и соответственно, его молярная масса.

Найден способ хранить воду жидкой при минусовой температуре

Исследователи одной из больниц Бостона (США) придумали незатратный способ хранить жидкости при отрицательной температуре в жидком состоянии. Метод позволяет улучшить условия хранения крови. Об этом рассказывает журнал Nature Communications.

Известно, что вода кристаллизируется при отрицательной температуре. Однако существующие методы переохлаждения действуют кратковременно, и они весьма затратны. Изобретенный способ простой и дешевый, эффективен в течение нескольких дней.

Ученые назвали его «глубоким переохлаждением». Суть в том, что поверхность жидкости отделяется от воздуха специальным веществом. При этом состав не смешивается с водой.

Открытие произошло случайно: исследователи заметили, как во время герметизации верхнего слоя воды пленкой из масла (оливковое или пальмовое) на углеродной основе жидкость не замерзает даже при температуре ниже 13 градусов по Цельсию. При использовании более сложных масел жидкость остается в такой субстанции около 100 дней при температуре минус 20.

Подобный способ применим и к содержанию крови. Раньше ее можно было хранить шесть недель при температуре четыре градуса Цельсия, новый способ позволяет не изменять структуру крови на протяжении 100 дней при минус 13. Сейчас ученые надеются адаптировать новый способ для хранения органов. 

Ранее в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США) создали 3D-принтер, который способен печатать трехмерные структуры, состоящие исключительно из жидкостей. Устройство оснастили шприцом особого устройства. Устойчивость жидким фигурам в жидкой среде (минеральное масло с полимером) придает специальная пленка толщиной в несколько микрон, которая образуется на стыке двух жидкостей.

Почему рыбы не замерзают в холодной воде?

Из курса школьной программы нам уже известно, что рыбы — холоднокровные существа. Это значит, что температура их тела равна температуре воды, в которой они плавают. Отсюда возникает вопрос: каким образом рыбы, которые плавают в холодных водах Антарктиды, не умирают от переохлаждения? Ведь температура воды в этих регионах довольно-таки экстремальная и редко поднимается выше 4 градусов Цельсия. Учитывая, что температура замерзания морской воды равна -2 градусам, во время плавания по ледяным водам, рыбы тоже должны превращаться в ледышки. Как оказалось, в крови некоторых видов рыб содержится некое подобие антифриза — вещества, которое не замерзает при минусовых температурах. То, как организм рыб приспосабливается к экстремальным условиям Антарктиды, было выяснено в ходе исследования, проведенного при поддержке немецкого производителя автомобилей Volkswagen.

Практически все рыбы являются холоднокровными животными

Рыбы Антарктиды

Как правило, в антарктических водах плавают так называемые нототениевидные рыбы. Если верить расчетам ученых, на сегодняшний день их насчитывается около 156 видов. Многие из них употребляются в пищу и даже импортируются в Россию. Например, в продаже вполне можно найти морского судака (Patagonotothen ramsayi) или ледяную рыбу (Champsocephalus gunnari). Люди времен СССР также могут припомнить, что на рынке можно было встретить мраморную нототению (Notothenia rossii) и еще пару-тройку рыб, выловленных из холодных вод Антарктиды.

Ледяная рыба (Champsocephalus gunnari)

Как и говорилось выше, нототениевидные рыбы живут в водах, температура которых практически не поднимается выше 4 градусов Цельсия. Хотя, в последнее время погода в самом холодном регионе нашей планеты прямо-таки чудит. В начале 2020 года я публиковал новость о том, что в Антарктиде была зафиксирована рекордно высокая температура воздуха — 18,3 градуса Цельсия. Она наверняка повлияла на состояние воды и обитающие в ней рыбы, видимо, чувствовали себя замечательно.

Читайте также: Сколько снега растаяло из-за рекордно высокой температуры в Антарктиде?

Удивительные способности рыб

Но, давайте вернемся к тому, что большую часть времени рыбы проводят в холодной воде, на глубине около 1500 метров. В ходе изучения организмов рыб, ученые выяснили, что превращению их тел в глыбы льда препятствуют специальные белки, именуемые как гликопротеины. Еще в середине XX века ученые выяснили, что эти вещества тормозят процесс замерзания жидкостей в 200–300 лучше, чем соль, которой зимой покрывают дороги городов нашей страны. Это своего рода антифриз, который и позволяет рыбам выдерживать экстремально низкие температуры.

Нототениевидных рыб насчитывается около 156 видов

Спасающие жизни рыб белки действуют не только внутри их организма, но оказывают на воду внешнее влияние. В ходе научной работы исследователи выяснили, что при наличии гликопротеинов в крови рыб, окружающие их тела молекулы воды начинают двигаться медленнее, что предотвращает образование кристалликов льда. То есть, рыбы не имеют риска превратиться в глыбы льда — это просто невозможно.

Взаимодействие рыб и воды — гораздо более сложный процесс, чем предполагалось ранее

Теплокровные рыбы

Но стойкостью к холодным водам обладают далеко не все рыбы. Одна из них — единственная в своем роде теплокровная рыба красноперый опах (Lampris guttatus). В начале статьи я упомянул, что все рыбы являются холоднокровными и температура их тела напрямую зависит от температуры воды. Так вот, красноперый опах — исключение из этого правила. В 2015 году американским ученым удалось выяснить, что температура их тела обычно на 5 градусов выше температуры воды. А все потому, что эта рыба непрерывно подогревает себя, активно двигая своими плавниками. А сохранению тепла внутри тела способствует их толстый жировой слой.

Длина тела красноперого опаха может достигать двух метров

На тему необычных обитателей мирового океана также советую почитать материал о самых страшных рыбах нашей планеты. О некоторых из них вы уже хорошо знаете — например, вы наверняка видели фотографии рыбы-капли. Посмотрев на нее можно подумать, что это самое грустное создание в мире. Но вы еще вряд ли знаете о существовании рыбы-луны, морского тряпичника и других созданий, так что приступайте к чтению прямо сейчас!

Что такое точка замерзания по Цельсию?

Вода замерзает при 0 градусах Цельсия.

Точка замерзания может быть определена как температура, при которой жидкость превращается в твердое тело при заданном давлении. Точка замерзания обычно определяется после того, как жидкость подвергается воздействию низких температур. Однако в некоторых веществах замерзание происходит после повышения температуры жидкости. Наиболее распространенное вещество, вода, имеет температуру замерзания 0 ^o по Цельсию.

Переохлаждение

Переохлаждение — это процесс, при котором жидкость не превращается в твердую форму, несмотря на то, что она подвергается воздействию температур ниже точки замерзания. Такая жидкость будет кристаллизоваться только после добавления в нее дополнительного зародыша затравки или затравочного кристалла. Однако если жидкость сохранит свой первоначальный структурный состав, она затвердеет.Переохлажденные жидкости обладают определенными физическими свойствами, многие из которых еще предстоит окончательно понять ученым. Вода, как известно, остается в жидком состоянии после переохлаждения даже при таких низких температурах, как — (отрицательная) 400 ⁰ Цельсия, а в условиях высокого давления переохлажденная вода будет оставаться в жидком состоянии при низких температурах — (отрицательная ) 700 по Цельсию. Для сравнения, температура замерзания чистой воды в нормальных условиях составляет 0 ⁰ Цельсия.

Кристаллизация

В большинстве жидкостей процесс замораживания включает кристаллизацию.Кристаллизация — это процесс, при котором жидкость превращается в кристаллическую твердую форму под воздействием низких температур и изменением атомной структуры жидкости с образованием кристаллической структуры. Замораживание замедляется во время кристаллизации, и температура остается постоянной до полного замерзания. Помимо температуры, на процесс кристаллизации влияют и другие факторы, такие как ионизация и полярность жидкости.

Стеклование

Существует множество веществ, которые не кристаллизуются даже при воздействии низких температур, а вместо этого проходят процесс, известный как стеклование, когда они сохраняют свое жидкое состояние, но низкие температуры изменяют их вязкоупругие свойства.Такие вещества известны как аморфные твердые вещества. Некоторыми примерами этих аморфных твердых веществ являются глицерин и стекло. Известно также, что некоторые формы полимеров подвергаются стеклованию. Процесс стеклования отличается от замораживания, поскольку он определяется как неравновесный процесс, при котором не существует равновесия между кристаллической и жидкой формами.

Экзотермическое и эндотермическое замораживание

Процесс замораживания в большинстве соединений является в первую очередь экзотермическим процессом, что означает, что для перехода жидкости в твердое состояние требуется высвобождение давления и тепла.Это выделяющееся тепло является скрытой теплотой, также называемой энтальпией плавления. Энтальпия плавления — это энергия, необходимая для превращения жидкости в твердое тело и наоборот. Единственным заметным исключением из этого определения является любая переохлажденная жидкость из-за изменения ее физических свойств. Есть один элемент, который, как известно, демонстрирует эндотермическое замораживание, когда требуется повышение температуры для того, чтобы произошло замораживание. Этим элементом является гелий-3, который при определенном давлении требует повышения температуры для того, чтобы произошло замерзание, и поэтому его можно назвать имеющим отрицательную энтальпию плавления.

Применение замораживания

У процесса замораживания есть много современных применений. Одно из применений — для консервирования еды.Причина успеха замораживания при консервировании пищевых продуктов заключается в том, что оно снижает скорость реакции соединений в пище, а также предотвращает рост бактерий за счет ограничения доступности жидкой воды.

Бенджамин Элиша Саве 8 сентября 2017 в Знаете ли вы

1. Дом
2. Вы знали
3. Какая точка замерзания по Цельсию?

Что такое точка замерзания воды? — Факт Безумие.ком

Что такое точка замерзания воды?

Обновлено 05.03.2021

Хотя это может показаться простым вопросом, ответ может немного сбить с толку. Не волнуйтесь, мы готовы помочь!

Известно, что при температуре 32 ° F (тридцать два градуса по Фаренгейту) или 0 ° C (ноль градусов Цельсия) происходили две разные вещи. Это температура, при которой водяной лед начнет таять. Это известно как «точка плавления» воды. Температура плавления воды — это физическое свойство воды.В этом случае для идентификации вещества, например воды, используется физическое свойство. Это означает, что температура плавления — это то, на что вы можете рассчитывать каждый раз. Вода в твердом виде, лед, начнет превращаться в жидкость.

Однако было замечено еще одно: когда чистая жидкая вода охлаждается до 32 ° F / 0 ° C, кристаллы льда могут начать формироваться. Это давно заметил немецкий физик Даниэль Габриэль Фаренгейт, изобретатель термометра и шкалы температур по Фаренгейту.Так начался термин «точка замерзания».

С другой стороны, Дэниел Фаренгейт также заметил, что вода может оставаться в жидком состоянии даже ниже установленной точки замерзания. Теперь это известно как «переохлажденная жидкость». Существует множество факторов, которые могут повлиять на то, когда образец воды может фактически замерзнуть, например, минеральное содержание воды, атмосферное давление, размер частиц воды и т. Д. Фактически, переохлажденная вода остается в жидком состоянии как ниже -94 ° F / -70 ° C.

Итак, как мы ответим на этот вопрос с практической точки зрения?

Скажем так. В большинстве случаев необходимо следить за температурой 32 ° F / 0 ° C. Если вы оставите ведро с водой на улице холодной ночью, когда температура опустится ниже 32 ° F / 0 ° C, высока вероятность, что к утру у вас будет ведро со льдом.

Интересный факт:

Шкала Цельсия была разработана шведским астрономом Андерсом Цельсием около 1742 года.Раньше ее называли «шкалой Цельсия». Первоначально он установил температуру кипения воды 0 ° C и точку замерзания 100 ° C. Позже он был переключен на то, что есть сегодня — 0 ° C для точки замерзания и 100 ° C для точки кипения. Шкала Цельсия является метрической и используется в большинстве стран мира. Шкала Фаренгейта используется в основном в Соединенных Штатах и ​​их территориях.

Источники фактов:

Вода — физические свойства.(нет данных). Британская энциклопедия. Получено 4 марта 2021 г. с https://www.britannica.com/science/water/Physical-properties

.

Гомогенное зародышеобразование переохлажденной воды: результаты нового уравнения состояния. (нет данных). НАСА / ADS. Получено 4 марта 2021 г. с https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1997JGR…10225269J/abstract

.

Хельменстин, доктор философии, А.М. (30 ноября 2018 г.). Разница между градусами Цельсия и Цельсия зависит от нуля. ThoughtCo. https://www.oughttco.com/difference-between-celsius-and-centigrade-609226

Циммерманн, К.А. (2013, 24 сентября). Фаренгейт: факты, история и формулы преобразования. Livescience.Com. https://www.livescience.com/39916-fahrenheit.html

Сообщение навигации

Что такое жидкая вода с температурой ниже 0 градусов Цельсия, называемая викториной? — Mvorganizing.org

Что такое жидкая вода с температурой ниже 0 градусов Цельсия, называемая викториной?

Что такое жидкая вода холоднее 0 градусов Цельсия? Переохлажденная вода?

Каковы точки замерзания и кипения воды по шкале Кельвина?

Температура замерзания по шкале Кельвина составляет 273 К, а температура кипения — 373 К.

Какая точка замерзания по шкале Фаренгейта?

32 °

Каковы точки замерзания и кипения воды в тестах C и F?

Термины в этом наборе (5) Температура кипения воды на уровне моря составляет 100 градусов Цельсия. Шкала Цельсия — это метрическая шкала температуры, при которой вода замерзает при 0 градусах Цельсия и закипает при 100 градусах Цельсия. Точка замерзания принята равной 32 градусам по Фаренгейту, а точка кипения — 212 градусов по Фаренгейту.

Какая точка замерзания воды в викторине?

Термины в этом наборе (5) Шкала Цельсия — это метрическая температура, при которой вода замерзает при 0 градусах Цельсия и закипает при 100.

Какая точка замерзания воды в градусах Цунзола?

Точка замерзания зунзола, −61,1 C, определена как 0 Z, а точка кипения зунзола, 175 ∘C, определена как 100 Z.

Какое давление в банкомате при нормальной температуре кипения воды?

Существует два соглашения относительно стандартной точки кипения воды: Нормальная точка кипения составляет 99,97 ° C (211,9 ° F) при давлении 1 атм (т. Е. 101,325 кПа). Рекомендуемая ИЮПАК стандартная температура кипения воды при стандартном давлении 100 кПа (1 бар) составляет 99.61 ° С (211,3 ° F).

Почему морская вода кипит выше 100 градусов по Цельсию?

На уровне моря давление пара равно атмосферному давлению при 100 ˚C, следовательно, это температура, при которой вода закипает. Из-за этого температура, необходимая для достижения необходимого пара, становится все ниже и ниже по мере того, как мы поднимаемся выше уровня моря, и поэтому жидкость будет кипеть при более низкой температуре.

При какой температуре закипает вода и почему?

Простой ответ на этот вопрос: температура кипения воды составляет 100 ° C или 212 ° F при давлении в 1 атмосферу (на уровне моря).Однако значение не является постоянным. Температура кипения воды зависит от атмосферного давления, которое изменяется в зависимости от высоты над уровнем моря.

При какой температуре испарится этанол?

78 градусов Цельсия

Как сделать так, чтобы этанол испарился быстрее?

Вылейте бутылку на чистую поверхность, и она исчезнет через пару минут. На самом деле вода делает то же самое в течение гораздо более длительного периода времени. И, как и воду, вы можете подвергнуть этанол воздействию вакуума или тепла, чтобы ускорить процесс.Не снимайте верх.

Какова скорость испарения этанола?

Скорость испарения этанольного компонента (начало испарения): Опыт I: 1,82–1,26 г / ч; Пробег 2: 1,09–0,70 г ч- ‘; Проба 3: 0,50–0,33 г / ч. как для этанольного, так и для водного компонентов раствора при расходе воздуха через аэродинамическую трубу 40 м3 / ч.

Сколько времени нужно спирту, чтобы испариться после регенерации?

Спирт должен полностью испариться через день или два.

Сколько времени нужно, чтобы испарился 50% изопропиловый спирт?

одна минута

Температура: Фаренгейт, Цельсий, Кельвин | Живая наука

Горячие и холодные измеряются с помощью числовой шкалы, называемой температурой.Температурные шкалы — это то, как мы сообщаем о погоде, измеряем безопасность и комфорт и объясняем физический мир. Используя базовые линии, выбранные учеными для создания относительных измерений, температурные шкалы измеряют интенсивность тепла или количество тепловой энергии, содержащейся в материале или веществе (например, в воздухе, горшке с водой или поверхности солнца). Обычно используются три системы измерения: Фаренгейта, Цельсия и Кельвина.

Что такое температура?

Температура — это энергия, измеряемая с помощью инструмента, называемого термометром, который происходит от греческих слов «термос» (горячий) и «метрон» (мера), согласно Интернет-словарю по этимологии .Другое определение температуры состоит в том, что это мера средней кинетической энергии — энергии массы в движении — молекул вещества, согласно Государственному университету Джорджии

Древнегреческий врач Гиппократ предположительно учил, что Согласно отчету 2019 года в журнале Nature Public Health Emergency Collection , человеческая рука могла быть использована для определения наличия лихорадки у человека еще в 400 г. до н.э. Однако точные инструменты для измерения температуры человеческого тела не были разработаны до шестнадцатого и семнадцатого веков.

Фаренгейт: первый точный термометр

В 1714 году голландский физик, изобретатель и производитель научных приборов Даниэль Габриэль Фаренгейт представил ртутный термометр. Ртуть , жидкий металл, расширяется и сжимается в зависимости от температуры окружающей среды. Когда Фаренгейт поместил ртуть в закрытую трубку, отмеченную числовой шкалой, он увидел, как ртуть поднимается и опускается, когда она подвергается воздействию различных температур. Согласно The Royal Society в Соединенном Королевстве, это был первый в мире известный практичный точный термометр.

Фаренгейт основал свое изобретение на спиртовом термометре датского ученого Оле Ремера. Ремер обозначил свою температурную шкалу нулем, отмеченным при температуре замерзания рассола (соленой воды), и 60 как точкой, при которой вода закипела, писал Ульрих Григулл, покойный директор Института термодинамики при Техническом университете Мюнхена в Германии : на конференции 1986 года презентация . Лед растаял при 7,5 градусах по шкале Ремера, а человеческое тело — 22.5.

Связано: Что, если температура определяет пол ребенка? А вот термометр по Фаренгейту был намного точнее

Фаренгейта. Он использовал те же контрольные точки замерзания и кипения, что и шкала Ремера, называемая в его трудах «Extream Cold» и «Extream Hott», — но примерно умножил шкалу на четыре, чтобы разделить каждый маркер на шкале на более мелкие приращения. По шкале Фаренгейта, как писал Григулл, четыре контрольных точки были: 0 (при комбинированной температуре замерзания рассола), 30 (точка замерзания обычной воды), 90 (температура тела) и 240 (точка кипения воды).

Связано: Сверхновые звезды нагревают атомы до сотен миллионов градусов по Фаренгейту.

Ртутные термометры точны и используются с 1700-х годов. Но поскольку ртуть является опасным веществом и может быть смертельно опасным при вдыхании разбитого термометра, немногие правительства и агентства в настоящее время поддерживают использование ртутных термометров в домашних условиях. (Изображение предоставлено Mevans / Getty Images)

Фаренгейт опубликовал статью с описанием своей шкалы в журнале Philosophical Transactions в 1724 году.В том же году Фаренгейт был принят в Королевское общество, национальную академию наук Соединенного Королевства. Григулл писал: «Его членство в Королевском обществе привело к тому, что его термометр и, следовательно, его шкала получили особое признание в Англии, а затем и в Северной Америке и Британской империи». Система измерения Фаренгейта, которую иногда называют частью имперской системы, путешествовала по миру вместе с Британской империей.

Связано: Мировой океан нагревается ускоренными темпами.

Однако сегодня лишь несколько стран все еще используют градусы Фаренгейта для измерения температуры. Соединенные Штаты и их территории, а также Багамы, Палау, Белиз, Каймановы острова, Федеративные Штаты Микронезии и Маршалловы острова придерживаются температурной шкалы, несмотря на то, что остальной мир перешел на шкалу Цельсия. к онлайн-ресурсу по географии Атлас мира .

После смерти Фаренгейта в 1736 году шкала Фаренгейта была перекалибрована, чтобы сделать ее немного более точной.Точные точки замерзания и кипения простой воды без соли были отмечены как 32 и 212 градусов по Фаренгейту соответственно. Нормальная температура человеческого тела составляла 98,6.

Подробнее: Изменилась ли средняя температура человеческого тела?

Температуры в градусах Фаренгейта часто выражаются числом, за которым следует, или просто F.

Цельсия: более научная шкала

«Андерса Цельсия следует признать первым, кто провел и опубликовал тщательные эксперименты, направленные на определение температуры. международная температурная шкала на научных основаниях », — написал Олоф Бекман , физик твердого тела из Упсальского университета в Швеции.Цельсий был шведским астрономом, и ему приписывают открытие связи между северным сиянием , также известным как Северное сияние, и магнитным полем Земли , а также метод определения яркости звезд , согласно Национальная лаборатория сильного магнитного поля США .

В предложении Шведской королевской академии наук в 1742 году Цельсий предложил шкалу, основанную на двух фиксированных точках: 0 (точка кипения воды) и 100 (точка замерзания воды).После смерти Цельсия в 1744 году известный шведский систематик Карл Линней предложил поменять местами фиксированные точки, где 0 означает точку замерзания воды, а 100 — точку кипения, согласно The Legacy of Anders Celsius в JSTOR Daily. электронная библиотека. Шкала также была расширена за счет включения отрицательных чисел.

Цельсий первоначально назвал свою шкалу «Цельсия» от латинского слова, обозначающего сто («санти») градусов («степень»), потому что между замерзанием и кипением воды было 100 пунктов.В 1948 году международная конференция по мерам и весам (Conference General des Poids et Measures) изменила название на «Цельсий» в честь Андерса Цельсия в соответствии с Национальным институтом стандартов и технологий США (NIST) .

Связано: Поскольку Парижское соглашение 2015 года направлено на сокращение выбросов, мы уже превысили целевые показатели по потеплению.

Шкала Цельсия является частью метрической системы, также известной как Международная система единиц (СИ).Температуру в градусах Цельсия можно выразить числом градусов с последующими символами ℃ или просто C.

Шкала Цельсия имеет 100 градусов между закипанием и замерзанием воды, а по Фаренгейту — 180 градусов. Это означает, что один градус Цельсия равен 1,8 градусу Фаренгейта. При -40 ° обе шкалы имеют одинаковое значение: -40 C = -40 F.

Кельвина: абсолютная шкала для ученых

В 1848 году британский математик и ученый Уильям Томсон (также известный как лорд Кельвин) предложил абсолютную шкалу. температурная шкала, которая не зависела от свойств такого вещества, как лед или человеческое тело.Он предположил, что диапазон возможных температур во Вселенной намного превышает диапазон, предложенный Цельсием и Фаренгейтом. Согласно NIST концепция абсолютного минимума температуры не была новой, но Кельвин поставил ей точное число: 0 кельвинов равно -273,15 C.

Связано: Какое самое холодное место во Вселенной?

«Термодинамическая температура» отличается от температур, основанных на температурах замерзания и плавления жидкостей, сказала Live Science Юлия Шершлигт, эксперт по метрологии вакуума и давления в Национальном институте науки и технологий в США.

«Термодинамическая температура является абсолютной, а не относительно фиксированных точек. Она описывает количество кинетической энергии, содержащейся в частицах, которые составляют сгусток материи, который покачивается и покачивается на субмикроскопических уровнях», — сказала она. «По мере того, как температура падает, частицы замедляются, пока в какой-то момент все движение не прекращается. Это абсолютный ноль, который является эталоном шкалы Кельвина».

Связано: Ученые установили новый рекорд самой холодной естественной температуры в Гренландии.

Абсолютный ноль возникает при -273,15 C или -459,67 F. До недавнего времени ученые думали, что люди не могут воссоздать эту температуру (потому что для того, чтобы стать таким холодным, необходимо добавить в систему энергию, чтобы охладить ее, а это означает, что система будет теплее абсолютного нуля). Но в 2013 году немецким физикам удалось довести частицы до парадоксальной температуры ниже абсолютного нуля .

Лорд Кельвин, урожденный Уильям Томсон, изобретатель шкалы Кельвина.(Изображение предоставлено: Смитсоновские библиотеки)

По мнению Кельвина, абсолютный ноль был местом, где должна начинаться шкала температуры, но для удобства он использовал маркеры и интервалы широко известной шкалы Цельсия в качестве основы для своей собственной. Таким образом, по шкале Кельвина вода замерзает при 273,15 K (0 C) и закипает при 373,15 K, или 100 C.

Один кельвин называется единицей, а не градусом, и равен единице. градус по шкале Цельсия. Шкала Кельвина в основном используется учеными.

В 2018 году определение Кельвина было изменено, чтобы сделать его более точным, согласно статье в журнале Metrologia , и теперь его определение привязано к постоянной Больцмана . Эта постоянная связывает температуру с кинетической энергией внутри вещества.

Новое определение, согласно Генеральной конференции по мерам и весам , гласит: «Кельвин, символ K, является единицей измерения термодинамической температуры в системе СИ; его величина устанавливается путем фиксации числового значения постоянной Больцмана равной равняется точно 1.380649 × 10-23 … Дж К-1 [джоулей на кельвин]. «

В США термометры, используемые в медицинских целях, например для определения температуры, показывают температуру в градусах Фаренгейта. В большинстве остальных стран мира температура будет измеряться по Цельсию. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Какая шкала лучше?

Лучшая шкала для измерения температуры может варьироваться в зависимости от обстоятельств, а именно от сообщества, с которым вы делитесь информацией. Исторически сложилось так, что американцы используют Шкала Фаренгейта для повседневной жизни, в том числе для погоды и приготовления пищи, поэтому лучше всего использовать измерения Фаренгейта в Соединенных Штатах.Но большинство стран используют градусы Цельсия, поэтому лучше использовать эту шкалу для остальной части земного шара и при международном общении. В конечном счете, лучшая шкала для случайного использования зависит от условностей и того, что используют люди вокруг вас.

Но какая шкала самая точная?

«Точность — не особенность весов», — сказал Шершлигт. Скорее, точность измерения зависит от шага используемого термометра и техники человека, который его использует.«Число может быть измерено с произвольной точностью по любой шкале. Но только кельвин основан на физике, что означает, что это самая точная шкала».

Шкала Кельвина, основанная на физических свойствах любого газа, может быть откалибрована точно в любой точке Вселенной с помощью подходящего оборудования и универсальной постоянной. Вот почему ученые часто предпочитают использовать в своих экспериментах шкалу Кельвина.

Формулы преобразования

Цельсия в Фаренгейт: Умножить на 9, разделить на 5, затем прибавить 32

Фаренгейта к Цельсию: Вычесть 32, затем умножить на 5, затем разделить на 9

Цельсия в Кельвин: Прибавить 273

Кельвина к Цельсию: Вычесть 273

Фаренгейта к Кельвину: Вычесть 32, умножить на 5, разделить на 9 и затем прибавить 273.15

Кельвин в Фаренгейт: Вычтите 273,15, умножьте на 1,8 и затем добавьте 32

Дополнительные ресурсы

• Вот видео о том, как сделать термометр в домашних условиях.
• В этом видео сравниваются самые низкие температуры, известные человеку, с самыми высокими.
• Встречайте универсальные константы , которые определяют Международную систему единиц, также известную как метрическая система.

Преобразование температуры

Во всем мире существует множество различных единиц измерения температуры.Три самых важных — это градусы Фаренгейта (F), Кельвина (K) и Цельсия (C).

Основные факты и резюме

• Цельсия и Фаренгейта — градусы. Символ градуса не используется для сообщения о температуре по шкале Кельвина, вместо этого они обозначаются как Кельвины.
• Вода закипает при 100 градусах Цельсия или 212 градусах Фаренгейта, или 373,15 Кельвина.
• Вода замерзает при 0 градусах Цельсия или 32 градусах Фаренгейта, или 273,15 Кельвина.
• Абсолютный ноль равен 0 Кельвина.Это самая низкая температура, до которой может упасть любое вещество.
• Цельсия и Фаренгейта одинаковы при -40 градусах, поскольку шкалы сходятся.
• Цельсия и Кельвина становятся равными при высоких температурах, поскольку разница в 273,15 между ними теряется в шуме.
• 0 градусов Цельсия равно 32 градусам Фаренгейта. Основная формула: ( ° C × 9/5) + 32 = ° F.
• 0 градусов Цельсия равно 273,15 Кельвина. Основная формула: ° C + 273.15 = К.
• Основная формула для преобразования Фаренгейта в Цельсий: ( ° F, — 32) × 5/9 = ° C.
• Для преобразования градусов Фаренгейта в Кельвины ( ° F — 32) × 5/9 + 273,15 = К.
• Для преобразования Кельвина в градусы Цельсия формула: K — 273,15 = ° C , , а формула преобразования Кельвина в градусы Фаренгейта: ( K, — 273,15) × 9/5 + 32 = ° F.
• Температуру можно просто определить как меру тепла или холода объекта.
• Температура измеряется термометром — мы наблюдаем влияние температуры на вещество внутри него.

Преобразование температуры

Используем ли мы градусы Цельсия, Фаренгейта или Кельвина при измерении температуры, не так важно. Однако, если мы окажемся в определенных регионах, где измерения температуры отличаются, знание различий между тремя наиболее часто используемыми системами может пригодиться.

Все три являются правильными способами измерения температуры, и все они могут быть выведены друг из друга с помощью формул, поскольку они связаны друг с другом.

Но отличаются ли эти единицы измерения друг от друга, кроме разных значений? Да и нет, и вот немного о каждом из них.

Цельсия

Также называемая стоградусной шкалой, это шкала, основанная на 0 градусах для точки замерзания воды и 100 градусов для точки кипения воды. Эта система была изобретена в 1742 году шведским астрономом Андерсом Цельсием.

Некоторые до сих пор называют ее шкалой Цельсия из-за 100-градусного интервала между определенными точками.Шкала Цельсия является частью метрической системы и используется для измерения температуры во многих странах.

Это самые простые в использовании весы, и хотя они используются во всем мире, есть одно исключение — США. В США преобладает шкала Фаренгейта, но шкала Цельсия также не принимается в некоторых местах, где используется шкала Кельвина.

Нормальная температура человеческого тела составляет 32 ° C, а значение абсолютного нуля на этой шкале установлено на уровне -273,15 ° C.Перевести градусы Цельсия в градусы Фаренгейта довольно просто:

° C до ° F : умножьте на 9, затем разделите на 5 и прибавьте 32.

Пример : Как преобразовать 28 ° C в градусы Фаренгейта (° F).
Первый шаг: 28 ° C × 9/5 = 252/5 = 50,4.
Второй шаг: 50,4 + 32 = 82 ° F.

Шкала Цельсия и шкала Фаренгейта совпадают на -40 ° , что является одинаковым для обоих. Когда дело доходит до преобразования градусов Цельсия в Кельвины, формула еще проще.

0 градусов Цельсия равно 273,15 Кельвина. Основная формула: ° C + 273,15 = K. Кельвин к Цельсию : прибавить 273.

Пример: как преобразовать 28 ° C в Кельвин (K).

Первый шаг: 28 ° C + 273,15 = 301,15 K

по Фаренгейту

Эта шкала температур основана на 32 градусах для точки замерзания воды и 212 градусов для точки кипения. Интервал между двумя точками делится на 180 равных частей.

Немецкий физик Даниэль Габриэль Фаренгейт изобрел эту шкалу в 1724 году. Средняя температура человеческого тела составляет 98,6 ° F, а абсолютный ноль составляет -459,67 ° F по этой шкале.

Шкала Фаренгейта принята и используется в США и на некоторых их территориях. Чтобы преобразовать градусы Фаренгейта в Цельсия, вот формула:

° F до ° C : вычтите 32, затем умножьте на 5, затем разделите на 9. Основная формула: (° F — 32) × 5/9 = ° C или точно (F — 32) / 1.8.

Пример : Как преобразовать 98,6 ° F в градусы Цельсия (° C)
Первый шаг: 98,6 ° F — 32 = 66,6.
Второй шаг: 66,6 × 5/9 = 333/9 = 37 ° C.

Когда дело доходит до преобразования градусов Фаренгейта в Кельвины, формула еще проще.

Вычтите 32, умножьте на 5, разделите на 9, затем прибавьте 273,15.

( ° F -32) × 5/9 + 273,15 = К.

Пример : Как преобразовать 98,6 ° Фаренгейта в Кельвин (K)

(98.6 ° F -32) × 5/9 + 273,15 = 310,15 К

Кельвин

Эта шкала температур названа в честь британского математика и физика Уильяма Томсона Кельвина, который предложил ее в 1848 году. Это шкала абсолютных температур, имеющая абсолютный ноль, ниже которого температуры не существуют.

Каждая единица этой шкалы называется Кельвином, а не градусом. По этой причине при отображении температуры в Кельвинах используется только K, а не символ градуса ° .На шкале Кельвина нет отрицательных чисел, так как наименьшее число — 0 К.

Абсолютный ноль технически не может быть достигнут. Это температура, при которой молекулы перестают двигаться — поэтому она «бесконечно холодная».

Температура замерзания воды по Кельвину составляет 273,15 К, а температура кипения — 373,15 К. Идея шкалы Кельвина возникла в результате открытия в 1800-х годах зависимости между объемом и температурой газа.

Что касается других шкал, то при высоких температурах градусы Кельвина и Цельсия становятся равными при разнице в 273.15 между ними теряются в шуме.

Чтобы преобразовать градусы Кельвина в градусы Цельсия, формула довольно проста.

K к ° C : прибавить 273

К — 273,15 = ° С

Пример: Как преобразовать 35 ° C в градусы Кельвина (K)

35 ° C + 273,15 = 308,15 К

Чтобы преобразовать градусы Кельвина в градусы Фаренгейта, формула:

( K — 273,15) × 9/5 + 32 = ° F.

Вычтем 273,15, умножим на 1,8, затем прибавим 32.

Пример: Как преобразовать 75 ° F в Кельвин (K)

(75 ° F -32) × 5/9 + 273,15 = 297,039 К

Интересные факты

1. Самая высокая температура, зарегистрированная на Земле, составляет 57,8 ° C / 136 ° F, зафиксированная в Аль-Азизии, Ливия, 13 сентября 1922 года.
2. Самая низкая зарегистрированная температура на Земле составляет -89,2 ° C / -128,6 ° F. на станции Восток, Антарктида, 21 июля 1983 г.
3. В США одна из самых высоких температур, когда-либо зарегистрированных, составляла 56,7 ° C / 134 ° F, зафиксированная в Долине Смерти, Калифорния, 10 июля 1913 года.
4. В Новой Зеландии самая высокая зарегистрированная температура составила 42,4 ° C / 108,3 ° F, зарегистрированная как в Рангиоре, так и в Мальборо 7 февраля 1973 года.
5. В Африке самая низкая зарегистрированная температура -24 ° C / -11 ° F, зафиксированная в Ифране, Марокко, 11 февраля 1935 года. Изобретатель шкалы Кельвина также написал второй закон термодинамики, который гласит, что тепло не будет течь от более холодного тела к более горячему.

Формулы преобразования

• Кельвин в градусах Фаренгейта: Вычтите 273,15, умножьте на 1,8, затем прибавьте 32

• Фаренгейта к Кельвину: Вычтите 32, умножьте на 5, разделите на 9, затем прибавьте 273,15

• Кельвинов к градусам Цельсия. : Прибавить 273

• Цельсия в Кельвина: Вычесть 273

• Фаренгейта в Цельсию: Вычесть 32, умножить на 5, затем разделить на 9

• Цельсия Умножить на: 9 , разделите на 5, затем прибавьте 32

Общая информация

Термометры ртутные

Не так давно в стекле термометров была ртуть.Если температура становилась выше, ртуть расширялась и двигалась вверх по узкой трубке.

Мы могли видеть, какая была температура, по шкале цифр на трубке. Однако ртуть очень токсична, и вскоре ее заменили другими жидкостями.

Концепция остается неизменной, несмотря на то, что при повышении температуры жидкость расширяется и поднимается, а при понижении температуры жидкость сжимается и опускается вниз по трубке.

Знаете ли вы?

1. Шкала Кельвина — не единственная шкала абсолютных температур.Также есть температурная шкала Ренкина. Его используют в основном инженеры.
2. Неизвестно, был ли Даниэль Габриэль Фаренгейт масоном, однако многие полагают, что он был масоном, потому что существует 32 степени просветления, и он решил использовать 32 в качестве температуры плавления воды в своей шкале.
3. Андерс Цельсий изобрел свою температурную шкалу в 1742 году, используя ртутный термометр.

Источники:

Источники изображений:

1. https: // static.bhphotovideo.com/explora/sites/default/files/styles/top_shot/public/Color-Temperature.jpg?itok=yHYqoXAf
2. https://www.worldatlas.com/r/w1200-h701-c1200x701/upload/0c /ce/3f/shutterstock-618369506.jpg
3. https://res.cloudinary.com/dk-find-out/image/upload/q_80,w_1920,f_auto/A-Carolina-Pontes-Daniel-Fahrenheit_zljtwo.jpg
4. https://nationalmaglab.org/media/k2/items/cache/72d71c3e1a75301c5a2942cd172af179_L.jpg
5. https://www.researchgate.net/profile/Augusto_Belendez2/publication/23726627333/publication/14726627333/publication/23726627333/publication/23726627333/figure Figura-31-William-Thomson-Lord-Kelvin-desde-1892-18241907.png
6. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b1/Anders-Celsius-Head.jpg/1200px-Anders-Celsius-Head.jpg
7. https://images.squarespace- cdn.com/content/5a9762f0b98a78c859db8f5e/1552325547898-ERZ1ED821S61UJ0HTZ8Q/Screen+Shot+2019-03-11+at+12.32.23+PM.png?content-type=image%2Fpng

6

CURRENT 9000 Fpng

6

разные шкалы

Существуют две разные системы измерения температуры. Первая — это более старая шкала Фаренгейта.Вторая — более молодая и популярная шкала Цельсия. Эта статья предназначена в основном для американцев или людей, путешествующих в Соединенные Штаты — Америка — одна из очень, очень немногих стран, которые больше используют шкалу Фаренгейта. Белиз и Каймановы острова также используют градусы Фаренгейта.

Но, поскольку обе они измеряют единицы температуры, которые являются реальными вещами, которые мы можем наблюдать в мире, мы можем преобразовать Цельсий в Фаренгейт и наоборот. Преобразование температуры — это просто изменение наших соотношений с использованием этих формул преобразования.

Преобразование

Для преобразования Цельсия в Фаренгейта, умножьте температуру на 9/5 , а затем добавьте 32

Для преобразования Фаренгейта в Цельсия вычтите 32 и умножьте остаток на 5/9.

Вот некоторые важные цифры:

История

Итак, как мы пришли к градусам Фаренгейта и Цельсия? У них разные ответы, потому что числа по Фаренгейту немного нестандартны.

Физик Даниэль Габриэль Фаренгейт, создавший эту шкалу пару сотен лет назад, предположительно измерял температуру от точки замерзания рассола (воды, соли и льда) до примерно средней температуры человеческого тела. Это пробные камни, которые можно найти в природе, поэтому в этом есть определенный смысл.Но мы получаем нечетные числа, такие как температура замерзания воды до 32 градусов и кипения до 212 градусов, у людей температура около 98 градусов, а температура в помещении составляет около 70 градусов.

Астроном Андерс Цельсий создал систему, которая имеет более научную направленность. Он масштабируется на 100 градусов (что делает его «градусом по Цельсию») между точкой замерзания воды и точкой кипения на уровне моря. То есть вода замерзает при 0 и закипает при 100. Цельсия официально используется в международной системе единиц.

Шкала Кельвина

Градусы Цельсия (C) и Кельвина (K) имеют одинаковую величину. Единственное различие между шкалами — это их начальные точки: 0 K — это «абсолютный ноль», а 0C — это точка замерзания воды. Можно преобразовать градусы Цельсия в кельвины, добавив 273,15; таким образом, температура кипения воды при 100 ° C составляет 373,15 K.

Эквивалент по Фаренгейту — это шкала температуры Ренкина.

1,7: Единицы измерения температуры и преобразования

Цели обучения

• Укажите различные шкалы, используемые для измерения температуры.
• Примените уравнения для преобразования единиц температуры из одной шкалы в другую.

Как определено ранее, температура (T) — это мера того, насколько горячий объект. Для измерения температуры обычно используются три различных шкалы: градусы Фаренгейта, сокращенно ° F, градусы Цельсия, ° C, и Кельвина, K. Термометры измеряют температуру с помощью материалов, которые расширяются или сжимаются при нагревании или охлаждении. Например, ртутные или спиртовые термометры имеют резервуар с жидкостью, который расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении, поэтому столб жидкости удлиняется или укорачивается при изменении температуры жидкости.

Шкала Фаренгейта

Первые термометры были стеклянными и содержали спирт, который расширялся и сжимался при изменении температуры. Шкала Фаренгейта, используемая в системе измерения США, была впервые разработана в 1724 году немецким ученым Даниэлем Габриэлем Фаренгейтом, который использовал ртуть в своей трубке термометра. Основная проблема с этой шкалой — это произвольные определения температуры: точка замерзания воды была определена как 32 ° F, а точка кипения — как 212 ° F.Шкала Фаренгейта обычно не используется в научных целях.

Шкала Цельсия

Шкала Цельсия, используемая в метрической системе измерения, названа в честь шведского астронома Андерса Цельсия. Шкала Цельсия устанавливает температуру замерзания и кипения воды при 0 ° C и 100 ° C соответственно. Расстояние между этими двумя точками делится на 100 равных интервалов, каждый из которых составляет один градус. Другой термин, который иногда используется для шкалы Цельсия, — это «градус по Цельсию», потому что на этой шкале существует 100 градусов между точками замерзания и кипения воды.Однако предпочтительным термином является «Цельсий».

Шкала Кельвина

Шкала Кельвина, используемая в системе измерения СИ, названа в честь шотландского физика и математика лорда Кельвина. Он основан на молекулярном движении с температурой 0 К, также известной как абсолютный ноль — температура, при которой прекращается все молекулярное движение. Температура замерзания воды по шкале Кельвина составляет 273,15 К, а температура кипения — 373,15 К. Обратите внимание, что в обозначении температуры по Кельвину не используется «градус».В отличие от шкал Фаренгейта и Цельсия, в которых температура обозначается как «градус Фаренгейта» или «градус Цельсия», температура по шкале Кельвина обозначается просто как «кельвин».

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): сравнение температурных шкал по Фаренгейту, Цельсию и Кельвину. Поскольку разница между температурой замерзания воды и температурой кипения воды составляет 100 ° по шкале Цельсия и Кельвина, величина градуса Цельсия (° C) и градуса Кельвина (K) абсолютно одинаковы.Напротив, и градус Цельсия, и кельвин составляют 9/5 градуса Фаренгейта (° F).

Преобразование между температурными шкалами

Температуры преобразуются с помощью уравнений, которые должны содержать как знак равенства, так и переменную. При преобразовании температуры важно использовать переменные в соответствующем формате. Измеряемая величина должна быть записана как первичная переменная, а любые квалификаторы или информация об этой величине должны быть записаны как нижний индекс.Например, фраза «температура в градусах Цельсия» должна быть записана как «T _C ». Следует использовать заглавную букву «Т», так как буква «т» в нижнем регистре обозначает время. Простое использование заглавной буквы «C» неуместно, поскольку «C» вообще не относится к температуре, а скорее к величине, называемой «теплоемкостью».

Поскольку величина одного градуса по шкале Кельвина равна величине одного градуса по шкале Цельсия, эти измерения можно преобразовать из одного в другое, используя приведенное ниже уравнение.

T _K = T _C + 273,15

Соответствующее количество значащих цифр должно быть применено к ответу с использованием правил сложения и вычитания.

Однако

градуса по шкале Фаренгейта основаны на английской традиции использования 12 делений, так же как 1 фут делится на 12 дюймов. Следующее уравнение связывает градусы Фаренгейта и градусы Цельсия.

T _F = 1,8 T _C + 32

Обратите внимание, что «1.8 «и» 32 «являются точными числами и, следовательно, не влияют на значимость окончательного ответа. Однако, поскольку в этом уравнении задействовано несколько математических операций, должны применяться правила умножения и деления и , правила сложения и вычитания. , чтобы дать научно правильный окончательный ответ.

При использовании этих уравнений заданное значение, которое включает число и связанные с ним единицы , , заменяет соответствующей переменной в уравнении.

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

У ученика с лихорадкой температура 103,5 ° F. Выразите эту температуру в градусах Цельсия и Кельвина.

Решение

Чтобы преобразовать градусы Фаренгейта в градусы Цельсия, данная информация должна быть включена во второе уравнение, показанное выше, следующим образом.

103,5 ° F = 1,8 T _C + 32

Порядок операций гласит, что сначала должно выполняться вычитание, затем деление, а окончательный ответ округляется до трех значащих цифр.

T _C = 39,7 ° C

Затем этот ответ можно преобразовать в градусы Кельвина, вставив вычисленное значение в первое уравнение, как показано ниже. Окончательный ответ округляется до десятого места.

T _K = 39,7 ° C + 273,15
T _K = 312,9 K

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Преобразование точки кипения золота, 3080. K, в градусы Цельсия и градусы Фаренгейта.

Ответ

Чтобы преобразовать градусы Кельвина в градусы Цельсия, данная информация должна быть включена в первое уравнение, показанное выше, следующим образом.Окончательный ответ округляется до единицы.

3080 K = T _C + 273,15
T _C = 2807 ° C

Затем этот ответ можно преобразовать в градусы Фаренгейта, вставив вычисленное значение во второе уравнение, как показано ниже.

T _F = 1,8 (2807 ° C) + 32

Порядок операций диктует, что сначала должно выполняться умножение, а затем сложение, а окончательный ответ округляется до четырех значащих цифр.

T _F = 5,084 ° F

.