Često se susrećemo s idejom da je zamrzavanje jednostavan proces – voda se samo smrzne i pretvori u led. Međutim, kada se taj proces odvija u zatvorenoj, neproširivoj metalnoj posudi, stvari se znatno komplikiraju. Voda, koja obično zauzima više prostora kada se pretvori u led, mora se suočiti s nedostatkom prostora. U nastavku istražujemo kako se to događa, kakav tlak se razvija i koje opasnosti proizlaze iz takvog eksperimenta.
Sadržaj...
Faza leda i promjena volumena
Pri normalnim uvjetima voda prelazi iz tekućeg u čvrsto stanje na temperaturi od 0 °C. Tijekom tog prijelaza molekule se rasporede u kristalnu strukturu leda, što uzrokuje povećanje volumena za otprilike 9 %. Taj porast je rezultat vodikove veze koja u ledu ostavlja praznine između molekula.
U zatvorenoj posudi, gdje nema dodatnog prostora, led se ne može razviti na uobičajen način. Fizikalni zakoni ne dopuštaju da se promjena faze zaustavi samo zato što nema mjesta; umjesto toga, tijelo razvija dodatni tlak koji sprječava širenje.
Rast tlaka i njegovi učinci
U neelastičnoj posudi, svaka promjena volumena mora se nadoknaditi promjenom tlaka. Kada voda počne kristalizirati, tlak u posudi raste sve dok ne dosegne vrijednost pri kojoj je daljnje širenje leda onemogućeno. Taj tlak je proporcionalan promjeni volumena i inverzno proporcionalan elastičnosti posude – a u našem slučaju elastičnost je praktično nula.
Rast tlaka ima dva glavna učinka:
- Podizanje temperature ledišta. Povećani tlak podiže temperaturu pri kojoj voda prelazi u led. To znači da će voda ostati u tekućem stanju i na temperaturama ispod 0 °C sve dok tlak ne postane dovoljno visok da kompenzira volumenski porast.
- Promjena strukture leda. Pri vrlo visokim tl
