מה העוצמה של ההתרחבות
מה העוצמה של ההתרחבות של הקרח? (כוונתי, בהנחה שהמים קופאים והופכים לקרח האם יש לחץ שניתן להפעיל על המים כדי למנוע מקרח להתרחב? אם כן מה הלחץ?)
שלום רב,
טבעו של תהליך הקפיאה גורם לשינוי פיזיקלי חשוב מאוד במבנה מולקולת המים (שתי אטומי מימן ואטום חמצן), מולקולות המים מסתדרות במבנה ארגוני דמוי טרפז ויוצרות (ברמת המאקרו) מבני גבישים, אם נביט במבנה המרחבי של המולקולות (h2o) בצורת הנוזל נראה (בהתאם לפיזיקת הנוזלים) מן שרשראות המחליקות אחת על גבי השנייה- במבנה זה המולקולות "צמודות" אחת לשנייה, בהשוואה למבנה הגבישים- המבנים לא בהכרח צמודים זה לזה נוצרים מרווחים הנובעים משינוי במבני הקשרים הפנימיים (נקרא בעגה המקצועית קשרים קוולנטים), זה הסיבה לגדילת נפחה של מאסת מים בעת הקפיאה,
עכשיו לגבי דחיסה- אם נשאלת את השאלה הזו במבחן הרי זו שאלה מכשילה מיסודה, לשם התחלה- לא ניתן (*) לדחוס נוזלים, רמת הדחיסה בעת הפעלת כוח מכאני על מאסת נוזל היא זניחה, עובדה המשמשת בתעשיית המכאניקה ההידראולית (למשל ג''ק להגבהת הרכב משתמש במנגנון תמסורת הידראולי-להעברת הלחץ אל המשטח מולו,
לגבי קרח- מכיוון שקרח (בעולם האמיתי לא בשאלת פיזיקה), אינו טהור- כלומר לא בנוי מולקולות h2o בלבד אלא ''מזוהם'' במומסים שונים, דוגמאת פחמן-דו-חמצני (הנמס ''בשמחה'' במים, גם בלחץ הסטנדרטי של אטמוספרה אחת), כמו גם חמצן, ותערובות גזים אחרות,
אם נביט גם בצורות התגבשות שונות של קרח ניתן להעריך שקרח "בעולם האמיתי" מגיע במגוון רחב של דחיסויות- הנה דוגמה לדחיסויות של סוגי קרח שונים:
קרח בעולם הפיזיקלי- רק h2o טהור- דחיסות הקרח 1.0 (100% שלנו)
קרח סטנדרטי ממים נקים לשתיה (אקוויפר החוף לדוגמה) 0.89,
קרח טבעי הנופל לקרקע בצורת ברד (לדוגמה) 0.55 (ממוסס גזים רבים ''בדרכו'' לארץ)
שלג 0.10- תהליך הקפיאה מואץ בשל לחץ אוויר נמוך, תנועת השלג בענן היוצרת חשמל סטטי רב- גורמים אלו מגבשים את המולקולות בצורה שונה (צורה טיפוסית של פתית שלג).
הסבר מסכם:
דחיסת קרח "בצורה התיאורטית- מבחינת עובדות פיזיקליות" אינה אפשרית (זניחה).
נקודה שצריך לשים לב אליה:
אם אנו מדברים על קרח טבעי- גז מומס בלחצים משתנים משתחרר כבועיות זעירות, אותן ניתן לדחוס, כך שהמאסה של המים ניתנת לדחיסה מעט יותר- גם היא ברמה זניחה.
מים מותססים או המכילים גז מומס והלחץ המופעל על המים (לחץ אטמוספרי לדוגמה) יורד יגרום לשחרור הגז המומס (בדר"כ) כבועיות בגדלים משתנים.
הסבר על ידי דוגמה:
מזגת כוס מים בתל אביב, החזקת אותה ביד, עלית על ההימלאיה (תיאורטית כמובן תוך מאית שנייה),
הלחץ האטמוספרי ירד, בועיות יתחילו להשתחרר לשטח הנוזל וידחו כלפי ראש הכוס-
אם הית מנסה לדחוס את המאסה (במערכת פיזיקלית סגורה) הית מצליח לדחוס את "שכבת הבועיות" במעט על השתוות הלחץ של הגז ללחץ המופעל מן המים חזרה (חוק שני של ניוטון)
ואל הלחץ המופעל מפני השטח (כנ"ל).
אם יש לך שאלות נוספות, או הבהרות אל תהסס לשלוח אלי שאלה חדשה נוספת.
בברכה,
אלעד קרקו.
התשובה ניתנה על ידי מומחה KOL מר אלעד ק
תיקון קטן בהמשך לתשובתי (אלעד קרקו) ממקודם-
נניח שאנו מדברים על קרח "טבעי" בטמפר'' של מינוס 20 (מצב יציב)
נגיד שהקרח דחוס (לפי מדד ה bulk modulus) שלו כך שהוא 8.8E9 פסקל,
כלומר אם היית רוצה לדחוס תיאורטית את הקרח חזרה למימדי המקוריים כמים (לאחר התפשטות של כ 9 אחוזים),
היית צריך לדחוף אותו ב 790 מגה-פסקל של כוח (8,800,000,000*0.09). שזה בערך 114,000 PSI.
דרך אגב זה בדיוק הכוח שיופעל בהתפשטות,
ניתן להשפיע, על קפיאה על ידי שינויי הלחץ על הנוזל.
התשובה ניתנה על ידי מומחה KOL מר אלעד ק
[28726] שלח לחבר:
הדפס:
הוסף תגובה:
