Фазовый переход вода-лед. Теплоаккумулятор

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Попробуйте поместить смесь воды и льда в калориметр (теплоизолируйте от окружающей среды).
И посмотрите как будет меняться температура.
Тогда и сделаете вывод о выделении-поглощении энергии.
А в учебниках встречаются "кривые формулировки" ну что поделать...
Некоторые товарищи даже считают, что "90% знаний по физике и химии, преподаваемые в школе, - ошибочны".

 

А температура не будет меняться. Вот если эту смесь поместить на мороз, то оно НЕ ОСТЫНЕТ, пока вся вода не превратиться в лед. И если её нагревать, то не нагреется, пока весь лед не растает.

 

Наоборот. Нужно, чтобы использовать энергию всплытия льда.
Но поверхности кристаллизации должны быть из такого материала, чтобы к ним лёд не примерзал. Такой материал можно найти, наверное.
И тут приводили устройство с гибкой рабочей поверхностью кристаллизации, которая сама по себе должна сбрасывать намерзающий лёд.

В учебнике сказано, что для плавления льда нужно тепло. Примерно 340кдж/кг. Отсюда и про тепло, которое должно выделяться при кристаллизации. Стереотипность мышления.
Надо говорить об энергии кристаллизации.
В случае с водой это, наверное, не тепло.
Раз это не тепло, тогда это кинетическая энергия расширения льда.

Если кристаллизация воды происходит на глубине, пусть метров 100, и холод туда с поверхности переносится ТТ, то таяние льда происходит у поверхности воды, т. к. лёд имеет меньшую плотность чем вода и поднимается вверх.

Потом ещё интересно. На глубине 100 метров ведь присутствует давление в 10+1 атм. Как лёд расширяясь будет это давление преодолевать? Какая энергия на это понадобится?

 

Вот как это будет происходить в теплоизолированном от холодной окружающей среды объёме воды.
Холод в этот объём будет передаваться посредством ТТ на самый низ этого объёма.
Начальная температура в этом объёме принципиального значения не имеет, т. к. холода вне этого объёма имеется неограниченное количество.

Лёд образуется внизу, всплывает вверх и там остаётся, частично превращаясь в воду за время всплытия (вода то ещё тёплая).
Т. к. подвод холода по ТТ идёт непрерывно, то лёд постепенно заполняет весь объём, накапливаясь в этом объёме сверху вниз. Вода постепенно полностью кристаллизуется.
Во время процесса кристаллизации и наполнения этого объёма льдом температура в этом объёме тоже постепенно понижается от плюсовой к нулю Цельсия, а потом начнёт понижаться далее и достигнет температуры окружающей среды несмотря на теплоизоляцию. Всё тепло из этого объёма окажется в атмосфере.

Вывод из этого такой.
Вся энергия кристаллизации выражается в расширении льда и в окружающую воду не выделяется.

Если область кристаллизации будет располагаться в водоёме на определённой глубине, то можно дополнительно к энергии отбираемой при фазовом переходе низкотемпературной кипящей жидкости в пар (газ), отбирать и энергию расширения льда, поднимающегося к поверхности воды.

 

Графики я тоже знаю.
Вопрос - на что тратится эта энергия?

 

Ответ: при замерзании воды массой 1 кг выделится 332 кДж ЭНЕРГИИ.

Но не тепла!
Сам так сказал.

И эта энергия - энергия расширения льда.
Раз тепла нет.

 

В основном, отапливает атмосферу.

 

Это не ответ.
Ибо, всё что бы не делалось, конечный итог - атмосфера.
Но нам интересно как бы нажиться в процессе разных преобразований, часть энергии сначала поиметь в свою пользу. Навар получить от этих трансформаций.

 

Может на образование кристаллических связей?

Атмосферу точно не отапливает, поскольку, как говорил, от каждой замерзающей лужи парило бы как от горящей бочки с соляркой...

 

Как это не будет меняться, если энергия (по вашему мнению) выделяется?
А калориметр изолирован от внешней среды.
Так куда уходит тепло?

Тссс...
Спалимся.

 

Вот сие не факт. Почему вся, а не часть? Часть уходит в кристаллизацию, а часть в расширение... ?

Но сама идея любопытна.
Со льдом заморачиваться смысла нет, Вы получите подъемную силу не более 10% замерзшей массы, а проблем получите море.
Гораздо интереснее загнать на глубину трубку, заполненную например, фреоном R410а.
Судя по табличке https://wikikond.ru/ehkspluataciya/zavisimost-davleniya-ot-temperatury-freona.html
при кипении около нуля он может дать давление до 7 атм, а при охлаждении на -20 начинает конденсироваться при давлении около 4-х атм. А при -40 конденсация идет при давлении около 1 атм.
Т. е. Фреон у нас вскипел, развил 7 атм, - направляем его на паровой мотор и превращаем в механическую энергию разность давлений кипения и конденсации. Чем холоднее на улице - тем больше мощность. Сконденсированный фреон по теплоизолированной трубке поступает на глубину (думаю достаточно пары метров), где вскипает в другом теплообменнике. Охладившаяся вода меняет плотность и самотеком может утекать куда ей надо...
На самотеке конечно мощность будет весьма невеликой, но ведь часть полученной энергии можно направить на циркуляционный насос, который позволит получить гораздо большую удельную мощность. Болтается зимой в океане, на льдине такой бакен с двумя радиаторами, внизу и в верху и электричество вырабатывает!

 

А это не одно и то же?
На расширение льда.

 

При кристаллизации (как говорят ) сама молекула воды меняет форму и образует довольно прочную связь с другой молекулой воды. Поскольку вода практически несжимаема, то места, чтобы молекулам сблизиться просто нет. Значит между молекулами воды существует некий "барьер отталкивания", который не позволяет воде стать твердым телом (обеспечивает высокую подвижность молекул). В структуре льда этот барьер преодолен. И еще слегка поменялась геометрия каждой молекулы, обеспечив увеличение занимаемого объема...
Помойму так... (с) Винни Пух.

 

Если б еще кто знал как "работает" водоем на морозе...
От поднимающегося льда может засветится светодиод, чтоб закрутить счетчик должен подниматься айсберг с дна морского.
Извлекать энергию можно, но механика должна быть с дифференциальным управлением. Другой способ термопары и пельтье. Про КПД я молчу...

 

Так никто не мешает сделать то же самое возле дома. Зарыть геоконтур, кипеть в нем фреон, а морозить уличным морозом. Чем холоднее на улице - тем больше энергии вырабатывается. Если геоконтур подогревать от солнышка и/или стоками из дома - кипение будет выше - давление больше - больше мощность.
Все! Я пошел выбирать себе участок от гектара ...