Во что превратятся забытые в морозилке пиво и газировка
Репортеры программы «НашПотребНадзор» выяснили, что может произойти с напитками в стеклянной и железной таре, если их надолго оставить в морозилке.
В качестве эксперимента газировка и пиво в стеклянных бутылках и жестяных банках были оставлены в специальной морозильной камере при температуре минус 20 градусов. Спустя 40 минут газировка в стеклянной бутылке расширяется, а еще через четыре часа заполняет все свободное место в горлышке.
Когда казалось, что пора сворачивать эксперимент, у бутылки с газировкой снесло крышку. Газировка выстрелила, потому что переохладилась, то есть температура в ней опустилась ниже температуры замерзания воды, до минус 4 градусов. В таком состоянии достаточно неуловимого движения, чтобы жидкость рванула.
Бутылка с пивом взорвалась на полтора часа позже, чем газировка того, что в пенном напитке есть спирт он медленнее замерзает, и переохлаждение жидкости наступает позже.
А вот банки с пивом и газировкой так и не взорвались. Уж если и забывать в морозилке напитки, то лучше, чтобы те были в алюминиевой таре.
4.24. Как замерзают газированные напитки
Почему, когда бутылку с газированной водой слишком долго держат в морозильнике, она лопается? Почему, если бутылку продержать в морозильнике не так долго, вода в ней может неожиданно замерзнуть, когда бутылку откроют? Почему если газированная вода холодная (но ее температура далека от точки замерзания), то, когда бутылку открывают, из горлышка, кроме мелких брызг, вырывается небольшое туманное облачко?
ОТВЕТ • Газированный напиток состоит главным образом из воды. Когда вода замерзает, она расширяется, а молекулы воды упорядочиваются, образуя жесткую структуру. Таким образом, когда напиток охлажден настолько, что вода начинает замерзать, в бутылке возникает направленное вовне избыточное давление, которое может ее разорвать. Температура замерзания напитка в бутылке ниже точки замерзания чистой воды. Это связано с тем, что жидкость находится под давлением и, кроме того, некоторые добавки затрудняют образование льда из молекул воды. Однако в большинстве морозильных камер достаточно холодно, чтобы бутылка лопнула.
Когда бутылку открывают, давление в ней резко падает до атмосферного, и большая часть углекислого газа выходит из раствора в виде поднимающихся вверх пузырьков. Предположим, что температура жидкости чуть выше температуры замерзания напитка в бутылке. Когда давление падает, температура замерзания повышается, и температура жидкости оказывается ниже этой новой точки замерзания, и, следовательно, жидкость должна превратиться в лед. Однако для этого необходимы центры кристаллизации, где могут начать формироваться кристаллики льда. Их роль могут играть пузырьки углекислого газа. Если бутылка прозрачная, можно видеть, что замерзание начинается вблизи горлышка бутылки, где много пузырьков, а потом, иногда очень быстро, распространяется вниз.
Когда открывают бутылку охлажденного газированного напитка, на расширение выходящего через горлышко бутылки газа требуется энергия. Расширение происходит так быстро, что единственный источник энергии — тепловая энергия газа. Таким образом, газ, теряя тепловую энергию, охлаждается, благодаря чему водяной пар в расширяющемся газе превращается в капельки воды. Эти движущиеся в воздухе капельки и являются тем небольшим туманным облачком, которое мы видим над горлышком бутылки.
5 аномальных фактов о воде
Перед вами пять наиболее интересных фактов о воде.
1. Горячая вода замерзает быстрее холодной
Почему же так происходит?
В 1963 году один танзанский студент по имени Эрасто Б. Мпемба (Erasto B. Mpemba) замораживая приготовленную смесь для мороженого, заметил, что горячая смесь застывает в морозильной камере быстрее, чем холодная. Когда юноша поделился своим открытием с учителем физики, тот лишь посмеялся над ним.
К счастью, ученик оказался настойчивым и убедил учителя провести эксперимент, который и подтвердил его открытие: в определенных условиях горячая вода действительно замерзает быстрее холодной.
Теперь этот феномен горячей воды, замерзающей быстрее холодной, носит название «эффект Мпемба». Правда, за долго до него это уникальное свойство воды было отмечено Аристотелем, Фрэнсисом Бэконом и Рене Декартом.
Ученые так до конца и не понимают природу этого явления, объясняя его либо разницей в переохлаждении, испарении, образовании льда, конвекции, либо воздействием разжиженных газов на горячую и холодную воду.
2. Сверхохлаждение и «мгновенное» замерзание
Все знают, что вода всегда превращается в лед при охлаждении до 0 °C … за исключением некоторых случаев! Таким случаем, например, является сверхохлаждение, которое представляет собой свойство очень чистой воды оставаться жидкой, даже будучи охлажденной до температуры ниже точки замерзания.
Это явление становится возможным благодаря тому, что окружающая среда не содержит центров или ядер кристаллизации, которые могли бы спровоцировать образование кристаллов льда. И поэтому вода остается в жидкой форме, даже будучи охлажденной до температуры ниже нуля градусов по Цельсию.
Процесс кристаллизации может быть спровоцирован, например, пузырьками газа, примесями (загрязнениями), неровной поверхностью емкости. Без них вода будет оставаться в жидком состоянии. Когда процесс кристаллизации запускается, можно наблюдать, как сверхохлажденная вода моментально превращается в лед.
Заметьте, что «сверхнагретая» вода также остается жидкой, даже будучи нагретой до температуры выше точки закипания.
3. «Стеклянная» вода
Не задумываясь, назовите, сколько различных состояний есть у воды? Если вы ответили три: твердое, жидкое, газообразное, то вы ошиблись. Ученые выделяют как минимум 5 различных состояний воды в жидком виде и 14 состояний в замерзшем виде.
Что же произойдет при дальнейшем понижении температуры?
4. Квантовые свойства воды
На молекулярном уровне вода удивляет ещё больше. В 1995 году проводимый учеными эксперимент по рассеянию нейтронов дал неожиданный результат: физики обнаружили, что нейтроны, направленные на молекулы воды, «видят» на 25% меньше протонов водорода, чем ожидалось.
5. Есть ли у воды память?
Альтернативная официальной медицине гомеопатия утверждает, что разбавленный раствор лекарственного препарата может оказывать лечебный эффект на организм, даже если коэффициент разбавления настолько велик, что в растворе уже не осталось ничего, кроме молекул воды.
Сторонники гомеопатии объясняют этот парадокс концепцией под названием «память воды», согласно которой вода на молекулярном уровне обладает «памятью» о веществе, некогда в ней растворенном и сохраняет свойства раствора первоначальной концентрации после того, как в нём не остается ни одной молекулы ингредиента.
Международная группа ученых во главе с профессором Мэдлин Эннис (Madeleine Ennis) из Королевского университета в Белфасте (Queen’s University of Belfast), критиковавшая принципы гомеопатии, в 2002 году провела эксперимент, чтобы раз и навсегда опровергнуть эту концепцию.
Результат оказался обратным. После чего, ученые заявили, что им удалось доказать реальность эффекта «памяти воды». Однако опыты, проведенные под наблюдением независимых экспертов, результатов не принесли. Споры о существовании феномена «памяти воды» продолжаются.
Вода обладает множеством других необычных свойств, о которых мы не рассказали в этой статье. Например, плотность воды меняется в зависимости от температуры (плотность льда меньше плотности воды); вода обладает довольно большой величиной поверхностного натяжения; в жидком состоянии вода представляет собой сложную и динамически меняющуюся сеть из водных кластеров, и именно поведение кластеров влияет на структуру воды и т.д.
Время замерзания минеральной воды
Ответ или решение 2
За какое время замерзает минеральная вода
Минеральная вода отличается от обычной наличием примесей. Это различные соли и другие минеральные вещества, которые делают воду полезной для здоровья. Однако указанные примеси обуславливают другую температуру замерзания воды. Она начинает превращаться в лед при значениях с – 3 градуса и ниже. Кроме того, необходимо отметить и другие условия замерзания минеральной воды:
Следует понимать, что при изменении объема жидкости или температуры, время замерзания будет меняться.
Как происходит замерзание
Вода имеет определенные физические свойства. Они проявляются и при ее замерзании. Это становится понятно, если контролировать процесс замерзания и осматривать емкость с минеральной водой с интервалами в 10 минут.
Сначала вода будет замерзать у краев. Это будет чистая вода, не содержащая минеральных включений. Они будут сосредотачиваться ближе к центру емкости. После чего, произойдет полное замерзание воды. Таким образом, при замерзании, вытесняются примеси. Замерзшая по краям воды не будет содержать минеральных добавлений. При оттаивании воды она не будет минеральной.
Процедура замерзания воды начнется с того, что нечистая вода будет скапливаться всегда в центре. Морозить воду надо не до упора. разбить замерзшую воду и исключают грязную воду из центра и остальное пригодно для приема внутрь. Время замораживания в любом случае вы выбираете сами. Так как вода в разных количествах и массе замерзает с разными промежутками времени.
Почему же, почему.
? Когда я медленно вхожу в воду, она кажется мне холоднее, когда достигает уровня купальника или низа живота. Почему?
Ответ 1. На самом деле мы реагируем на разницу между нашей температурой и температурой тела, к которому прикасаемся. Возьмите три ведра, одно из них заполните очень холодной водой, второе – слегка тёплой, а третье – очень горячей, но не обжигающей. Одновременно опустите левую руку в ведро с очень холодной водой, а правую – в ведро с очень горячей и подержите их там около 30 с. После этого обе руки погрузите в ведро со слегка тёплой водой, и вы наверняка сразу почувствуете, что левая рука воспринимает эту воду как горячую, а правая – как холодную. Таким образом, поставленный вопрос надо перефразировать так: почему разница температур между животом и морской водой больше, чем между ногами и той же водой? Или почему температура живота выше температуры ног? По-видимому, можно утверждать, что температура живота более высокая из-за пищеварительных процессов в желудке и кишечнике, проходящих с выделением тепла в течение длительного времени после приёма пищи. Поэтому температура кожи в области живота несколько выше, и когда вода достигает уровня купальника, она кажется более холодной.
Ответ 2. Окружающая среда охлаждает кожу, в результате чего мы теряем часть тепла нашего тела. Поэтому температура кожи всегда ниже температуры внутренних органов – сердца, печени и желудка. Чтобы уменьшить потери тепла через кожу конечностей, природа использует там противоточную систему теплообмена: артерии, несущие кровь в конечность, расположены вблизи вен, по которым кровь идёт обратно в туловище. Поэтому тёплая артериальная кровь, идущая в конечность, охлаждается более прохладной венозной кровью, текущей рядом по венам в противоположном направлении. В результате кожа наших рук и ног всегда холоднее кожи туловища. Купальный костюм делает кожу живота ещё более тёплой, и когда вода достигает уровня нижней части живота, нам она кажется очень холодной, и мы испытываем чувство дискомфорта.
New Scientist, 18Nov2006, p. 83
? Какую максимальную скорость может развить велосипедист на Земле и Луне? Можно ли взлететь с Луны на велосипеде?
Ответ. На Земле при езде по горизонтальной дороге велосипедист преодолевает две силы. Одна из них – сила трения качения, пропорциональная силе тяжести (c1mg), а другая – сила сопротивления воздуха, пропорциональная произведению площади поперечного сечения велосипедиста и велосипеда S, плотности воздуха r и квадрату скорости v движения 
. Обычно при езде со скоростью 15 км/ч эти две силы становятся равными, и, чтобы увеличить скорость, необходимо уменьшить силу сопротивления воздуха. Сделать это можно, например, конструируя велосипеды очень обтекаемой формы, что позволяет уменьшить аэродинамический коэффициент сопротивления c2 до 0,1. На таком обтекаемом велосипеде и был установлен рекорд скорости 130 км/ч. Велосипедист может значительно уменьшить скорость сопротивления воздуха, если пристроится за впереди идущим автомобилем. Так был установлен рекорд 268 км/ч. Чтобы ещё увеличить скорость велосипеда, необходимо уменьшить силу трения качения. Сделать это можно, например, на Луне.
Europhysics News, 2006, 37, № 4, p. 17
? Когда мы открыли только что вынутую из холодильника литровую бутылку газировки, то примерно через 8 мин почти вся вода в ней превратилась в лёд: сначала вода замёрзла в верхней части, а потом медленно промёрзла до дна. Почему?
Ответ 1. Температура замерзания воды понижается, если в ней есть примеси: молекулы растворённого вещества, взаимодействуя с молекулами воды, мешают им образовывать лёд. Поэтому зимой и посыпают дороги солью. То же самое происходит, когда в воде под давлением растворяют углекислый газ. При этом газированная вода в закрытой бутылке остаётся жидкой и при температуре гораздо ниже 0 °С. Но если такую бутылку открыть, то углекислый газ начнёт выходить, и вода замёрзнет.
Ответ 2. Можно указать три причины. Первая – это избыточное давление. Так как плотность льда меньше плотности воды, то избыточное давление в бутылке понижает температуру замерзания воды, она может оказаться переохлаждённой, и тогда при открывании бутылки замёрзнет. (Этот эффект ничтожен: понижение на 1 °С температуры замерзания воды требует избыточного давления около 130 атм. – Ред.) Вторая причина – адиабатическое расширение углекислого газа при открывании бутылки, в результате чего он совершает работу и охлаждается. Третья причина – присутствие ядер кристаллизации. Негазированную чистую воду можно охладить ниже её точки замерзания, если в ней отсутствуют ядра кристаллизации, вокруг которых и начинается образование кристаллов льда. Когда бутылку с газированной водой открывают, появляющиеся пузырьки газа служат такими ядрами, провоцирующими замерзание переохлаждённой воды. Эта причина кажется наиболее важной. Распространение кристаллизации сверху вниз объясняется тем, что сначала пузырьки газа – ядра кристаллизации – образуются около горлышка бутылки, откуда процесс замерзания воды быстро начинает двигаться вниз, ко дну бутылки.
New Scientist, 03Jun2000, р. 101
