Что будет, если наполненную водой металическую сферу быстро заморозить до -500?

Question

[NewTypes]

Всем дня. Давненько интересует эксперимент, который как я понимаю невозможно реализовать при уровне современных технологий.

Итак, мы имеем идеальную сферу (абсолютную) размером с баскетбольный мяч и толщиной стенок в 4 или более см. Сфера наполнена водой польностью (погрешность 5 молекул) и изготовлена из чистого железа без примесей (или иного метала). Сфера хранится в невесомости и создана при температуре 20 градусов по Цельсию, никакого физ воздействия на нее не оказывается.

Вопрос: что будет, если сферу быстро заморозить до -500? Процесс?

Answer 1

[Юрий Лобанов]

Вопрос: что будет, если сферу быстро заморозить до -500? Процесс?

Заморозка остановится на температуре -273,15.
Поищите, что значит это число :)

Comments

[NewTypes]

Спасибо за уточнение. На самом деле, рука наровилась напечатать 250, но преодолев внутреннее сопротивление умножил число на 2 для пафосности вопроса :)

[Юрий Лобанов]

@NewTypes ну Вы чисто Жюль Верн.

[Alexander Burov]

@NewTypes Пафосность нужна в литературном творчестве и драматургии. Лучше написали бы -100500, тогда хоть вместе бы посмеялись. А при резком охлаждении жидкостей получается нечто вроде стекла.

Когда увидел -500, думал что по Фаренгейту, а потом вспомнил, что даже по Фаренгейту абсолютный нуль -- это -459,67

Answer 2

[ZloyHobbit]

Помню на семинаре по рукопашному бою кто-то задал тренеру вопрос: "Как правильно принимать идеальный удар?". Мне сразу представился абсолютно твердый кулак с массой близкой к бесконечности, движущийся со скоростью близкой к скорости света, и совершающий абсолютно неупругий контакт с челюстью... теоретически выкинутой в тепло энергии может хватить на уничтожение галактики.

Answer 3

[Юрий Лобанов]

@NewTypes Знаете, вспоминается старый анекдот про сферических кур в вакууме. Ваш мысленный эксперимент из-за количества допущений совершенно неинтересный.
Задайте вопрос так: что будет, если положить бутылку пива в морозилку. Вам все ответят, и практический интерес у этого вопроса будет куда выше. А Вы проявляете слишком слабые знания физики, чтобы задумываться о том, о чем задумываетесь.

Comments

[Юрий Лобанов]

без обид, ясное дело :)

[ZloyHobbit]

Тоже первое, что пришло в голову, предложить сунуть бутылку пива в морозилку и понаблюдать =)

Answer 4

[Yuri Morozov]

Ну, первую сферу потеряют, вторую - сломают (YoungSkipper описал процесс), а потом водка подорожает.
Я ничего не упустил?

Answer 5

[Юрий Лобанов]

И раз уж Вы с такой точностью заливаете туда воду, то потрудитесь описать качество воды, качество изготовления шара. Если принять условия за близкие к идеальным - качество изготовления на высоте, вода дистиллированная, то при охлаждении шар будет сжиматься (нужно смотреть коэффициент линейного расширения от температуры), вода сначала превратится в лед, при этом надо смотреть не появилось ли полости с вакуумом (вроде как дистиллированная вода будет иметь одну плотность со льдом из нее - хотя не факт). Однако, если Вы говорите, что на шар не оказывается никакого воздействия, то можно считать, что шар снаружи также не испытывает давления и наличие полости с вакуумом не приведет к потере устойчивости. Далее шар сжимается при охлаждении и лед также сжимается, надо посмотреть у кого коэф. сжатия больше. Если у железа, то шар будет испытывать внутреннее давление, а далее простой расчет на прочность шара при внутреннем давлении.

Comments

[Юрий Лобанов]

Вообще, не такой простой расчет. Учитывая, что температуры криогенные и уменьшаются (пусть даже линейно), а в этой области не уверен, что есть все необходимые данные, как то предел прочности и те же коэф. линейного расширения.

[AStardust]

Вода расширяется при кристаллизации - шар разорвет как только металл охрупчится, не достигнув и -100 градусов!

[s0ci0pat]

Вообще-то вода – чудо природы. Она расширяется и при охлаждении, и при нагреве.

[Юрий Лобанов]

@AStardust @s0ci0pat почитайте про фазы льда. Нельзя однозначно сказать, какой там будет лед.
Вода расширяется при кристаллизации - строго говоря такое справедливо не всегда. Толщина стенок шара большая, 4 см или больше, что может привести к тому, что резко возрастет давление и лед сразу перескочит в фазы плотного льда.
Все это гадания на кофейной гуще, надо или считать сидеть, или условия конкретизировать.

[NewTypes]

@AStardust а как разорвет? Если вода, металл, поверхность и прочие условия - идеальны, словно созданы природой? Равномерными линиями или все таки в хаосе преобразований воды найдется "слабое место"?
А может его просто растянет как пластилин, а разорвет только если шар увеличить до размеров дома?

[AStardust]

Прошу прощения, я тут погуглил и сам засомневался в сказанном. Хотя металл будет сжиматься и охрупчится - это точно, а вот насчет воды сказать сразу ничего нельзя. Почитаю, может нарою чего...

Answer 6

[YoungSkipper]

Еще сильно зависит от скорости охлаждения, ну и кучи других параметров. В зависимости от ряда параметров в результате внутри шара образуется давление от 100 до 3000 атмосфер. Сфера из железа просто деформируется. Подобные опыты с чугунными ядрами ставили помоему еще в 19-том веке. А вот динамика процесса там будет интересная...

Answer 7

[Raul1996]

В Галилео был такой опыт, только не да такой температуры. Там брали стальной шар, толщина станок 2 см, заливали водой и опускали шар в жидкий азот. Разлетелся он на ура))

Answer 8

[alexsx061]

5,9·10−12 K получить можно, условие одно это оставшиеся два атома рубия, а вода перемерзнет, процесс чем то похож на то что в микроволновке атомы воды перекипают, но процесса кипения нет. И да железо самый отвратный материал для таких экспериментов, еще и вакуум в нем не совсем вакуум, слишком пористый

Answer 9

[aplic]

Перефразируя предыдущих ораторов, железо как материал со своими свойствами не позволит создать идеальные условия для переохлаждения или для формирования другого состояния льда. Будут центры кристаллизации, вода замерзнет неравномерно, оболочка лопнет.

Answer 10

[LanMaster]

Насколько я знаю, если сделать это достаточно быстро, то вода замёрзнет аморфной, не перейдя в кристаллическую фазу, а значит - не увеличит объём, а скорее уменьшит. Вопрос только в том, как достаточно быстро забрать нужное кол-во теплоты - помешает ограниченная теплопроводность железа и воды.
Т.е. реально в прилегающем к железу слое вода замёрзнет аморфной, а в центре возможно кристаллизуется.

Answer 11

[Utopia]

-500°
напомнило анекдот
- нам на вооружение поступил секретный танк, выдерживает температуры от - 500° до +500° С
- товарищ, прапорщик, но ученые считают что не может быть температуры ниже абсолютного нуля, -273°
- я же сказал, танк - секретный, ученые могли не знать!

Answer 12

[Roman Vladimirovich F.]

во первых, наверное уже тут все вам разъяснили, что ниже нуля по кельвину никак не опуститься) а во вторых вот посмотрите экспериментик с водой в трубе, опущенной в жидкий азот (-196°С)
www.youtube.com/watch?v=ZkbwrtNtL_E
www.youtube.com/watch?v=P0T9nv4dVQs