Энергетика, природные ресурсы, инженерные системы

Информационный портал ТЕПЛОКАРТА
  • Главная
    • Главная

      • Твердотопливные котлы и печи, камины
      • Системы отопления и охлаждения
      • Альтернативная энергия
      • Водоснабжение и водоотведение
      • Вентиляция и кондиционирование
      • Оборудование и материалы
      • Энергоэффективность и энергосбережение
      • Природные ресурсы, экология и строительство
      • Ядерная энергетика
      • Новости, обзоры, события
      • Исследования
  • Рейтинг оборудования
    • Рейтинг оборудования

      • Лучший дровяной котел
      • Лучший европейский тепловой насос воздух-вода
  • Указатель терминов
  • Облако тегов
  • О портале
    • О портале

      • Контакты
      • Разместить статью
Граупель образуется тогда, когда снежинка сталкивается с переохлажденной водой в атмосфере. Предоставлено: Mike_O|Shutterstock
Граупель образуется тогда, когда снежинка сталкивается с переохлажденной водой в атмосфере. Предоставлено: Mike_O|Shutterstock

Переохлажденная вода может существовать в стабильном жидком состоянии

Водоснабжение и водоотведение

Опубликовано: 24.09.2020

Обновлено: 27.09.2020

 636

При замерзании вода расширяется, что является странным поведением по сравнению с другими жидкостями. Но именно эта странность поддерживает жизнь на Земле. Если бы кубики льда тонули или водяной пар в атмосфере не сохранял тепло, жизни на планете, какой мы ее знаем, не существовало бы

Переохлажденная вода - это, по сути, две жидкости в одной. К такому выводу пришла группа исследователей из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США после проведенных измерений показателей жидкой воды при температурах, находящихся намного ниже точки ее замерзания в обычных условиях.

Открытие, опубликованное в журнале Science [1], предоставляет долгожданные экспериментальные данные, чтобы объяснить некоторые из странных свойств воды, которые она проявляет при чрезвычайно низких температурах в космическом пространстве и в удаленных частях атмосферы Земли.

До сих пор жидкая вода при самых экстремальных температурах была предметом конкурирующих друг с другом теорий и гипотез. Некоторые ученые задаются вопросом: действительно ли вода может существовать в виде жидкости при температурах до - 83 °C или же она неизбежно преобразуется в твердое тело?

Аргументация ответа имеет важное значение, потому что изучение свойств воды, покрывающей 71 процент поверхности Земли, необходимо для понимания того, какое влияние она оказывает на окружающую среду, наши тела и саму жизнь на планете.

«Было показано, что жидкая вода при очень низких температурах не только относительно стабильна, но и существует в двух структурных состояниях». «Полученные данные объясняют давние споры о том: всегда ли переохлажденная вода, прежде чем перейти в уравновешенное состояние, кристаллизуется? Ответ - нет».

Переохлажденная вода: сказка о двух жидкостях

Можно подумать, что о воде уже всё известно. Это одно из самых распространенных и наиболее изученных веществ на планете. Но несмотря на кажущуюся простоту молекулы H2O, это впечатление обманчиво.

Ниже переходной точки вода сопротивляется замерзанию, если ей не с чего начать, например, нет частички пыли или другого твердого вещества, за которое можно зацепиться. Чистой воде требуется энергетический толчок, чтобы молекулы образовали особую структуру, необходимую для активации процесса замерзания.

При замерзании вода расширяется, что является странным поведением по сравнению с другими жидкостями. Но именно эта странность поддерживает жизнь на Земле. Если бы кубики льда тонули или водяной пар в атмосфере не сохранял тепло, жизни на планете, какой мы ее знаем, не существовало бы.

Странное поведение воды занимало авторов исследования более 25 лет. Теперь достигнута важная веха, которая, как они надеются, расширит понимание состояний, которые могут принимать молекулы жидкой воды.

Было предложено несколько моделей для объяснения необычных свойств воды. Новые данные, полученные с помощью покадровой съемки переохлажденной воды, показывают, что она может конденсироваться в жидкоподобную структуру высокой плотности.

Эта форма с более высокой плотностью сосуществует бок о бок со структурой, имеющей более низкую плотность, которая в большей степени соответствует ожидаемому типичному поведению воды. Доля жидкости с высокой плотностью быстро уменьшается при изменении температуры от -28 °C до -83 °C, что подтверждает предположения, сделанные на основе моделирования состояния переохлажденной воды.

Чтобы вести наблюдение за молекулами воды, находящимися словно в остановившемся движении, когда на тонкую пленку льда воздействует лазер, создавая на несколько мимолетных наносекунд переохлажденную жидкую воду, исследователи использовали инфракрасную спектроскопию.

«Ключевым моментом наблюдений является то, что все структурные изменения были обратимы и воспроизводимы вновь».

Граупель - это переохлажденная вода!

Это исследование может помочь объяснить мягкий град - пушистые гранулы, которые иногда падают во время грозы и штормов в прохладную погоду. Граупель образуется, когда снежинка взаимодействует с переохлажденной жидкой водой в верхних слоях атмосферы.

«Жидкая вода в верхних слоях атмосферы сильно охлаждается. Когда она взаимодействует со снежинкой, то быстро замерзает, а затем при определенных условиях выпадает на землю».

Эти исследования могут пролить свет на то, как жидкая вода может существовать на очень холодных планетах - Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне - в нашей солнечной системе и за ее пределами. Переохлажденный водяной пар также создает красивые хвосты, тянущиеся за кометами.

Упражнения с молекулами воды

Здесь, на Земле лучшее понимание состояний, в которых может находиться вода при определенных условиях, например, когда одна молекула воды вклинивается в структуру белка, поможет ученым в разработке новых лекарств.

«Там не так много места для молекул воды, которые окружают отдельные белки». «Это исследование может пролить свет на то, как жидкая вода ведет себя в плотно упакованной среде».

«Этот новый прием можно использовать в будущих исследованиях, чтобы отследить молекулярные перестановки, лежащие в основе широкого спектра химических реакций».

 

Ссылки:

1. https://doi.org/10.1126/science.abb7542

 

Источник: PNNL

0.00%
0 0
 Теги:

Публикации на похожую тему:

Фото с сайта https://hwd.com

Опреснительные установки покроют дефицит питьевой воды

Обновлено: 17.04.2020
 1549
Фото: Панорамный вид (вверху) водно-болотных угодий в крупномасштабном эксперименте на Панданском водохранилище. Экспериментальная установка (внизу) плавающих водно-болотных угодий. Предоставлено: Maxine Mowe. NUS

Водно-болотные угодья улучшают качество воды в водоемах

Обновлено: 29.09.2021
 950
Фото: Из устройства поднимается густой туман, и он почти мгновенно исчезает, как только система включается. YouTube

Сбор тумана для получения недорогой питьевой воды

Обновлено: 04.05.2020
 1469

Комментарии ()

    Написать комментарий

    Flames

    Недавние публикации

    Тепло выделяется из оксида марганца, когда молекулы воды поглощаются слоистой структурой. Ⓒ Norihiko L. Okamoto

    Вода усиливает способность материала поглощать и отдавать тепло

    Обновлено: 21.04.2022  88
    Струи пламени нагревают теплообменник в печи с принудительной подачей разогретого воздуха в систему отопления. Service Champions

    Отопительные печи с принудительной подачей воздуха в помещение

    Обновлено: 07.05.2022  99
    Теплый и холодный тепловые потоки направлены на человека. VELUX

    Тепловой комфорт в зданиях: что из себя представляет и как достичь

    Обновлено: 26.03.2022  117

    Популярные категории

    • Ядерная энергетика6
    • Природные ресурсы, экология и строительство90
    • Новости, обзоры, события120
    • Системы отопления и охлаждения55
    • Оборудование и материалы87

    Разместить статью

    Портал TEPLOKARTA.RU доступен в Google Play

    Ссылки:

    • Контакты
    • Разместить статью
    • Конфиденциальность
    VK Telegram

    © 2022 Россия. Копировать без ссылки запрещено.  TEPLOKARTA.RU

    Отправить сообщение об ошибке?

    Ошибка:
    Выделите опечатку и нажмите Ctrl + Enter, чтобы отправить сообщение об ошибке.