Лёд — твёрдое состояние воды, свойства льда, виды, формы

Лёд — что это …

Лед – это твердое состояние воды. Он образуется, когда температура воды падает ниже 0 градусов по Цельсию. Эта температура называется температурой кристаллизации воды. Лед, как и снег, состоит из ледяных кристаллов, формы которых вы найдете в нашей статье Снег кружится .

Вот еще несколько определений.

Большой Энциклопедический словарь

 

Лед – это твердая вода. Существует 11 кристаллических модификаций льда и аморфного льда. В природе встречается только одна форма льда — с плотностью 0,92 г/см³, теплоемкостью 2,09 кДж/(кг.К) при 0°С, теплотой плавления 324 кДж/кг, которая встречается в виде настоящего льда (материкового, жидкого, подземного), снега и инея. На Земле ок. 30 миллионов км³ льда. Используется для хранения пищевых продуктов и охлаждения продуктов, получения пресной воды, в медицине.

Большой энциклопедический словарь. 2000 г

Морской словарь

Лед – это вода в твердом состоянии. Обыкновенный лед легче воды, удельный вес при 0° равен 0,9175. Из 92 объемов воды образуется сто объемов льда, этим объясняется разрушительное действие воды при ее замерзании в закрытых сосудах, трубопроводах, помещениях и т д.

Самойлов К.И. Морской словарь. — М.-Л.: Государственное военно-морское издательство НКВМФ СССР, 1941 г

Словарь по географии

Лед — твердая форма воды, образующаяся в природе путем замерзания воды в реках, озерах и океанах, конденсации водяного пара атмосферы в кристаллы льда, уплотнения снега и т д.

Географический словарь. 2015

Какая шкала более удобная для использования

Нельзя однозначно сказать, какая градусная единица наиболее практична в использовании. Ведь это зависит от многих факторов. Прежде всего, от площади, где определяется температурный режим.

Так страны СНГ и многие европейские государства привыкли указывать градусы по шкале Цельсия. Он указывает на степень нагревания воздуха или воды. Кроме того, температура тела измеряется в градусах Цельсия, и это указывается на термометрах.

Мнение эксперта Карнаух Екатерина Владимировна Окончила Национальный университет кораблестроения по специальности «Экономика предприятия» Но в США предпочитают шкалу Фаренгейта. Основной причиной этого является относительная стабильность климатических условий. Поэтому не пугайтесь, если по приезду в страну вы увидите на местных термометрах температуру 50 градусов. Когда вы переводите с помощью формулы, вы получаете только 10 ° C.

Шкала Реомюра сегодня практически не используется. Он используется только в некоторых странах ЕС. В частности, он по-прежнему востребован во Франции.

На заметку! Известно, что температура тела человека считается нормальной, если она не превышает 36,6+/-0,7 °С. А вот в странах, где используется шкала Фаренгейта, показатель нормальности имеет совсем другое значение. У здорового человека она не превышает 98,2+/-1,3°F.

Парообразование и конденсация

Определение Испарение или кипение – это переход вещества из жидкого состояния в газообразное.

Количество теплоты, необходимое для процесса приготовления, рассчитывается по формуле:

Q=rm

m – масса вещества, r (Дж/кг) – удельная теплота парообразования.

Испарение происходит при определенной температуре, которая называется температурой кипения. В отличие от испарения процесс испарения происходит со всего объема жидкости. Хотя к кипящему веществу добавляется тепло, температура не меняется. Все энергетические затраты идут на увеличение зазора между молекулами. Температура кипения зависит от типа вещества и внешнего атмосферного давления.

Удельная теплота парообразования показывает, какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы превратить 1 кг жидкости, нагретой до температуры кипения, в пар. Столько же теплоты выделится при конденсации 1 кг пара, охлажденного до температуры конденсации.

Удельная теплота парообразования является табличной величиной.

Определение Конденсация – это процесс, обратный кипению. Это переход вещества из газообразного состояния в жидкое.

Конденсация происходит при температуре кипения, которая также не меняется на протяжении всего процесса. Количество теплоты, выделяющееся в процессе конденсации:

Q=-rm

Свойства льда — свойства воды в твердом состоянии

В результате процесса льдообразования – кристаллизации воды выделяется некоторое количество газов и солей. Это свойство используется для очистки питьевой воды, об этом мы подробно писали в материале ТАЯННАЯ ВОДА, ПРИГОТОВЛЕНИЕ В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ → .

Лед имеет меньшую плотность, чем жидкая вода, поэтому он не тонет. Это свойство является ненормальным. Так как большинство веществ в твердом состоянии обычно имеют большую плотность. Меньшая плотность льда указывает на то, что вода увеличивается в объеме при замерзании. Этот факт необходимо учитывать в повседневной жизни. Например, если водопроводная труба замерзнет, ​​образующийся при этом лед может «расколоть» трубы.

Свойства воды в твердом состоянии как таковые мы уже рассматривали в других наших материалах — СТЕКЛЯННАЯ ЕМКОСТЬ ПРЕСНОЙ ВОДЫ →, БЕЛЫЕ СНЕЖИНКИ НА НОВЫЙ ГОД →, СНЕЖНЫЕ ПРОЛИВЫ →. Тем не менее, мы снова перечислим наиболее важные из них ниже.

• Начинает образовываться лед, или, другими словами, вода переходит в твердое состояние при температуре 0 °С (при условии, что атмосферное давление равно 760 мм рт ст./1 атм).
• Замерзает, вода увеличивается в объеме. Плотность льда меньше плотности жидкой воды, удельный вес льда при 0° = 0,917 и, следовательно, его удельный вес воды при 0° = 0,9999. Вот почему лед не тонет. Это свойство воды ненормально.
• При дальнейшем понижении температуры лед сжимается, чем и объясняются трещины в больших ледяных пространствах.
• Теплоемкость льда почти в 2 раза ниже, чем у воды.
• Температура замерзания морской воды выше пресной и соответствует ~1,80 °С (при условии, что соленость воды находится на уровне средневзвешенного уровня мирового океана) .
• Лед представляет собой бесцветное вещество, в больших объемах со слегка голубоватым оттенком.
• Мороженое получается гладким и хрустящим.
• В природе в естественных условиях плотность льда составляет 0,92 г/см3.
• Теплоемкость природного льда для природных условий составляет 2,09 кДж/(кг.К) при °С.
• Теплота плавления природного льда составляет 324 кДж/кг. Если давление падает, температура плавления льда повышается.
• При давлении 0,006 атм температуры плавления и кипения совпадают, это происходит при 0,01 °С.
• Лед обладает текучестью и пластичностью, которая возникает под действием собственного веса.
• При переходе воды в твердое состояние из нее частично выделяются соли и газы.
• Лед имеет строение, подобное строению алмаза – вокруг одной молекулы воды находятся четыре ближайших к углам правильного тетраэдра.
• Теплоемкость воды в твердом состоянии вдвое меньше, чем в жидком, и равна 0,504.
• Электропроводность воды в твердом состоянии низкая, как и в жидком состоянии.
• На температуру замерзания воды влияет количество растворенных в ней солей. Температура замерзания чистой воды всегда выше точки замерзания «рассола». Морская вода замерзает при температуре в пределах -1,8 °С, а таяние льдов Мирового океана начинается при температуре выше 2,3 °С.

Снег и лед

Лед представляет собой твердое кристаллическое вещество, имеющее довольно неустойчивую структуру. Она, как и вода, прозрачна, бесцветна и не имеет запаха. Лед также обладает такими свойствами, как хрусткость и гладкость; он холодный на ощупь.

Снег — это тоже замерзшая вода, но имеет рыхлую структуру и белый цвет. Снег идет каждый год в большинстве стран мира.

И снег, и лед — крайне неустойчивые вещества. Чтобы растопить лед, нужно не так много. Когда он начинает таять?

Лёд — виды льда в природе

• Подземный лед – это лед, образовавшийся в границах земной коры.
• Эльвейс.
• Лед образуется при замерзании озер.
• Морской лед.

Подведём итоги

Лед – одно из уникальных природных явлений на Земле. Он всегда обращал на себя внимание. Ученые постоянно исследуют эту область и открывают новые фазы и типы.

Вода на Земле существует в трех агрегатных состояниях: жидком – это ее преобладающее состояние, твердом (лед), газообразном (водяной пар). Благодаря этому происходит круговорот воды в природе и жизни на земле.

Калькулятор и формулы преобразования температуры

Перевод температурных показателей из одной шкалы в другую происходит при строгом соблюдении определенных формул. Важно использовать строгую взаимосвязь между показателями, чтобы избежать ошибок.

Особенности формул, используемых для преобразования значений температуры:

(Фаренгейты — 32): 1,8 = по Цельсию

(°C) x 1,8 + 32 = градусы Фаренгейта.

Пример:

1. Чтобы преобразовать °F в °C: (50 °F — 32): 1,8 = 10 °C.
2. Обратное преобразование: 10°C x 1,8+32 = 50°F.

А вот так выглядит общая сравнительная таблица самых известных и популярных температурных шкал:

Критерий	Значение Кельвина	Значение Цельсия	Значение по Фаренгейту	Значение Реомюра
Индикатор абсолютного нуля	0	-273,15	-459,67	-218,52
Температура, при которой смесь соли Фаренгейта и льда плавится в равных пропорциях	255,37	-17,78	0	-14,22
Температура замерзания воды при нормальных условиях	273,15	0	32	0
Средняя температура тела человека	310	36,8	98,2	29,6
Температура кипения воды при нормальных условиях	373,15	100	212	80
Индекс температуры поверхности Солнца	5800	5526	9980	4421

Но это не единственный способ сравнения температурных шкал, используемых сегодня в разных отраслях и направлениях. Соотношение степеней по разным методикам расчета в порядке от 1 до 35 единиц следующее:

Цельсия	Кельвин	Реомюр	По Фаренгейту
1	274	0,8	33,8
2	275	1,6	35,6
3	276	2,4	37,4
4	277	3.2	39,2
5	278	4	41
6	279	4,8	42,8
7	280	5.6	44,6
8	281	6.4	46,4
9	282	7.2	48,2
10	283	8	50
11	284	8,8	51,8
12	285	9,6	53,6
1. 3	286	10.4	55,4
14	287	11.2	57,2
15	288	12	59
16	289	12,8	60,8
17	290	13,6	62,6
18	291	14,4	64,4
19	292	15.2	66,2
20	293	16	68
21	294	16,8	69,8
22	295	17,6	71,6
23	296	18,4	73,4
24	297	19.2	75,2
25	298	20	77
26	299	20,8	78,8
27	300	21,6	80,6
28	301	22,4	82,4
29	302	23,2	86
30	303	24	87,8
31	304	24,8	89,6
32	305	25,6	91,4
33	306	26,4	93,2
34	307	27,2	95
35	308	28	96,8

Даже из этой короткой таблицы видно, что существует закономерность в увеличении единиц, обозначающих значения температуры в некоторой шкале. Например, по отношению к Цельсию градусы Кельвина увеличиваются на 1 пункт, Реомюра — на 0,8 позиции, Фаренгейта — ровно на 1,8 единицы.

Виды и фазы

В настоящее время науке известны следующие варианты и фазы. Подробная информация представлена ​​на рисунке №3.

7 интересных фактов

1. Лед снабжает планету пресной водой и сдерживает глобальный уровень воды в мировом океане
2. Он имеет меньшую плотность, чем вода. Благодаря этому морские обитатели продолжают свою жизнедеятельность. Плотность большинства других веществ увеличивается при замораживании.
3. Может самоочищаться. Замерзшая вода вытесняет растворенные в ней примеси.
4. Более 2/3 запасов пресной воды на Земле хранится в ледниках.
5. Встречается не только на Земле. Встречается в Солнечной системе, на кометах, других планетах.
6. 90% всего материкового льда сосредоточено в Антарктиде.
7. Общая площадь вечной мерзлоты на Земле составляет 35 млн км². Подземные воды в виде льда, глубина иногда превышает 1000 метров.

Физические свойства льда

1. Самым известным свойством является способность плавиться или расплавляться.
2. Бесцветный и прозрачный. В больших скоплениях он излучает свет и приобретает голубоватый оттенок.
3. Твердость (сохраняет форму).
4. Плавучесть (плотность меньше, чем у воды).
5. Хрупкость (хрупкость).
6. Спайность (расщепление по кристаллографическим направлениям).
7. Необычной особенностью является то, что большая часть растворенных в воде примесей не переносится на лед по мере его роста; они замерзают.

Взаимные превращения механической и внутренней энергии

Если в тексте задачи указан процент одного вида энергии, перешедшего в другой, то он указывается в виде десятичной дроби перед этой энергией, которую имело тело в начале.

Частные случаи закона сохранения энергии

При неупругом ударе о стенку шар нагрелся	mv22..=смΔt
Тело падает с определенной высоты и нагревается при падении	мгч=смΔч
В результате пробития мячом стены скорость снижается, 50% выделяемой при этом энергии идет на нагрев мяча	0,5(mv202..−mv22..)=см∆t
Летящая пуля расплавилась, ударившись о стену. Начальная температура шарика ниже точки плавления	mv22..=см∆t+λм
Капля воды, падающая с определенной высоты, в момент удара испаряется. Температура капли на поверхности почвы ниже точки кипения. 60 % высвобождаемой механической энергии шло на обогрев	0,6мг/ч=смΔt+rm
За счет сгорания топлива ракета поднималась на определенную высоту	qmtop=mрgh
За счет сгорания топлива снаряд набирал некоторую скорость, и на это тратилось 25% энергии	0.25qmtopmcv22..

Пример №3. Свинцовая дробь, летящая со скоростью 100 м/с, попадает в доску и входит в нее. 52% кинетической энергии пули идет на ее нагрев. На сколько градусов нагрелась пуля? Удельная теплоемкость свинца 130 Дж/(кг∙К).

Запишем закон сохранения энергии для этого вещества:

0,52мв22..=см∆t

Δt=0,52v22c..=0,52 10022 130..=20 (К)

Применение

Лед имеет широкий спектр применения в различных сферах жизни:

• для очистки питьевой воды;
• для хранения и охлаждения пищевых продуктов, напитков, медикаментов;
• для производства ледяной суспензии;
• используется как материал для строительства жилища;
• для некоторых видов спорта используются катки с искусственным охлаждением;
• помогает изучать прошлое нашей планеты и космические явления;
• аморфная форма используется в некоторых научных экспериментах, особенно в электронной криомикроскопии.

Получение

В современном мире добыча льда – разумный процесс. Достаточно взять любую емкость, наполненную водой, поставить ее на некоторое время в морозильную камеру и получить твердое состояние воды.

Ледяной покров появляется при замерзании воды, при температуре от 0°С и ниже. Замораживание начинается с верхнего слоя. В нем образуются микроскопические ледяные иглы, которые затем смерзаются.

Плавление и отвердевание

Определение Плавление – это переход вещества из твердого состояния в жидкое.

Для расчета количества теплоты, необходимой для процесса плавления, следует использовать формулу:

Q=λм

m – масса вещества, λ (Дж/кг) – удельная теплота плавления.

Плавление каждого вещества происходит при определенной температуре, которая называется температурой плавления. Все проводимое тепло идет на разрушение кристаллической решетки, при этом потенциальная энергия молекул увеличивается. Кинетическая энергия остается неизменной, а температура в процессе плавления не меняется.

Удельная теплота плавления показывает, какое количество теплоты необходимо сообщить 1 кг данного вещества, чтобы перевести его из твердого состояния в жидкое, если предположить, что оно уже нагрето до температуры плавления. В процессе застывания 1 кг этой жидкости, охлажденной до температуры застывания, выделится такое же количество теплоты.

Обратите внимание на следующее! Удельная теплота плавления — табличное значение.

Определение Затвердевание, или кристаллизация, — это переход состояния из жидкого состояния в твердое (это процесс, противоположный плавлению).

Затвердевание происходит при той же температуре, что и плавление. В процессе отверждения температура также не меняется. Количество теплоты, выделяющееся в процессе отверждения:

Q=-λм

Плотность

Уникальные свойства молекулы воды позволяют ей переходить в различные агрегатные состояния: жидкое, твердое, газообразное. Молекула льда, как и жидкая вода, имеет такой же состав.

Одна молекула состоит из трех атомов: двух атомов водорода и одного атома кислорода, которые соединены ковалентной связью.

Плотность льда (r-0,917 г/см3), жидкой воды (r-0,9982 г/см3)

Рассмотрим различия в структуре молекулы на рисунке №4.

В кристалле льда между молекулами воды остаются пустоты. Пустота немного больше, чем размер одной молекулы воды. Поэтому он имеет самую низкую плотность.

Таким образом, ледяной щит, образующийся зимой, не тонет, а плавает на поверхности воды, так как его плотность меньше плотности жидкой воды.

В противном случае все водоемы зимой были бы заполнены льдом, и в них не могли бы существовать живые организмы. Плотность большинства других веществ увеличивается при замерзании.

Тепловые процессы при нагревании и охлаждении

Все фазовые переходы, а также процессы нагревания и охлаждения вещества можно изобразить графически. Посмотрите на график фазовых переходов вещества:

Он показывает зависимость температуры вещества от времени при нагревании и охлаждении. Опишем процессы, изображенные на графике, в виде таблицы.

Процесс	Как дела	Количество выделяемого тепла
1–2	Нагрев твердого тела	Q=ctm(tpl-t0) st – удельная теплоемкость вещества в твердом состоянии.
2–3	Плавление при температуре плавления (tпл)	Q=λм
3–4	Жидкостное отопление	Q=czhm(tboil-tpl) сх – удельная теплоемкость вещества в жидком состоянии.
4–5	Закипает при температуре кипения (ст.л)	Q=rm
5–6	Паровое отопление	Q=cpm(t-t-кипение) cn – удельная теплоемкость вещества в газообразном состоянии.
6–7	Паровое охлаждение	Q=cpm(tкип-t)
7–8	Закипает при температуре кипения (ст.л)	Q=-rm
8–9	Жидкостное охлаждение	Q=czhm(tpd-tbp)
9–10	Затвердевание при температуре плавления (расплав)	Q=-λм
10–11	Твердотельное охлаждение	Q=ctm(t0-tpl)

Обратите внимание на следующее! На участках 2–3 и 9–10 вещество находится частично в жидком и твердом состоянии, а на участках 4–5 и 7–8 – в жидком и газообразном состоянии.

Частные случаи тепловых процессов

Как дела	Маршрут	Формула количества тепла
Лед, имеющий отрицательную температуру, полностью растаял.		Q=clm(tpl−tl)+λm cl — удельная теплоемкость льда, tl — начальная температура льда.
Лед, взятый при отрицательной температуре, превращали в воду комнатной температуры.		Q=clm(tpl-tpl)+λm+cvm(tv-tpl) cw – удельная теплоемкость воды.
Взяли лед при температуре 0°С и полностью испарились.		Q=λm+cvm(tкип-tpl)+rm
Они взяли воду комнатной температуры и превратили половину ее в пар.		Q=cwm(tboil-tw)+rm2..

Советы по назначению

Единицы	Температура может быть в градусах Цельсия, так как изменение температуры в градусах Цельсия равно изменению температуры в Кельвинах.
Кипящая вода	Вода при нормальном атмосферном давлении имеет температуру 100°C.
Количество воды 5 л	m = 5 кг, так как: m=ρV=103 5 · 10−3м3=5 кг Обратите внимание на следующее! Уравнение V (л) = m (кг) применимо только к воде.

Пример №1. Какое количество теплоты надо приложить к льду массой 2 кг, имеющему температуру -10°С, чтобы превратить его в воду и нагреть до температуры +30°С?

Можно выделить три тепловых процесса:

1. Нагревает лед до точки плавления.
2. Таяние льда.
3. Нагрев воды до заданной температуры.

Следовательно, количество теплоты будет равно сумме количеств теплоты для каждого из этих процессов:

Q=Q1+Q2+Q3

Q=clm(0−t1)+λm+cvm(t2−0)

Смотрим удельные теплоемкости и удельную теплоту плавления в таблицах:

• Удельная теплоемкость льда = 2050 Дж/(кг∙К).
• Удельная теплоемкость воды = 4200 Дж/(кг∙К).
• Удельная теплоемкость при таянии льда = 333,5∙103 Дж/кг.

Отсюда:

Q=2050 2(0−(−10))+333,5 103 2+4220 2 30=961200 (Дж)=961,2 (кДж)

Лёд — формы льда в природе

В природе существует несколько проявлений воды в твердом состоянии.

• Лед:
  • плавающие – льдом покрываются водоемы при замерзании, айсберги ;
  • континентальные — ледники …;
  • подземный лед.
• Снежинка.
• Мороз.
• Сосульки.
• Мороз.

Фото льда в природе и не только …

Читайте также: Заготовки на зиму — лучшие бабушкины рецепты

Лёд в хозяйственной и промышленной деятельности человека

Лед имеет множество экономических применений. Используется для понижения температуры пищи, что значительно увеличивает срок ее хранения. Совершенно очевидно, что в этом контексте особое значение имеет производство искусственного льда, или, если можно так выразиться, искусственного холода. Лед также широко используется в медицине для обеспечения и выполнения ряда специфических процедур. Кубики льда широко используются в косметических процедурах и в кулинарии, особенно при приготовлении напитков.

Лед является строительным материалом для таких важных для нашей планеты объектов, как ледники, которые являются индикаторами и регуляторами многих процессов, происходящих на нашей планете. Наша публикация посвящена ледникам Ледник — хранитель пресной воды .

Температура

На Земле почти весь лед относится к одному типу, называемому «обычный кристаллический» или по-научному — лед Ih.

Кристаллический лед (Ih) образуется при t от 0 °С и ниже, соленая вода замерзает при t 1,9 °С. При нагревании он тает и снова превращается в воду.

Есть и другие виды льда, приготовленные в экспериментальных условиях. У них своя температура и давление. Рассмотрим изображение №3.

Уравнение теплового баланса

Общее количество теплоты, выделившееся в термически изолированной системе, равно количеству теплоты (суммарной), поглощенной в этой системе.

Математически уравнение теплового баланса с учетом знаков количества теплоты записывается следующим образом:

Qотд=-Qпол

Количество отданного тепла меньше нуля (Qotd < 0), а количество полученного тепла положительно (Qreceived > 0).

Советы по решению задач по уравнению теплового баланса

Теплопередача происходит в калориметре	Потерями энергии можно пренебречь.
Жидкость нагревается в сосуде	Начальная и конечная температуры жидкости и сосуда одинаковы.
Погрузить термометр в жидкость	Через некоторое время он покажет конечную температуру жидкости и термометр.
Мокрый снег	Содержит воду и лед при 0°C. Помните, что лед тает, если он находится при температуре 0°C и получает энергию от более теплого тела. Вода кристаллизуется при 0°С, если она отдает энергию более холодному телу. Если лед и вода имеют температуру 0 °С, то агрегатных переходов между ними не происходит.

Частные случаи теплопередачи

В воду комнатной температуры бросали снежный ком, содержащий определенное количество воды, после чего устанавливалась определенная положительная температура.	Уравнение теплового баланса: Q1+Q2+Q3=0 cvm1(t−tv1)+cvmv2(t−0)+λml+cvml(t−0)=0
Для достижения определенной положительной температуры воды используют горячую воду и лед с отрицательной температурой.	Уравнение теплового баланса: Q1+Q2=0 cvmv(t−tv)+clml(0−tl)+λml+cvml(t−0)=0
Раскаленное твердое вещество бросают в воду комнатной температуры, в результате чего часть воды испаряется.	Уравнение теплового баланса: Q1+Q2=0 ctmt(100-tt)+cvmv(100-tv)+rmp=0
Воду комнатной температуры нагревают до кипения введением пара при t = 100 °С.	Уравнение теплового баланса: Q1+Q2=0 −rmp+cvmv(100−tv)=0
Лед с температурой плавления нагревают до положительной температуры введением пара при t = 100 °С.	Уравнение теплового баланса: Q1+Q2=0 −rmp+cvmp(t−tкип.)+λml+cvml(t−tpl)=0

Пример №2. В кастрюлю с 2 литрами воды при температуре 25 °С налили 3 л кипятка, какова температура воды?

2 л = 2 кг

3 л = 3 кг

Количество теплоты, отдаваемое кипящей водой, равно количеству теплоты, поглощаемому более холодной водой. Следовательно:

см1(t−t0)=−cm2(t−tkoke)

Или же:

m1(t−t0)=−m2(t−tkoke)

m1t+m2t=m1t0+m2tbp

(m1+m2)t=m1t0+m2tкок

t=m1t0+m2tкип.m1+m2..

t=2 25+3 1002+3..=3505..=70 (°С)