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Natuurondernemer
    November 5, 2020 by admin

    Time required for water to freeze

    Time required for water to freeze
    November 5, 2020 by admin

    Ja, es ist möglich, wenn auch meist kompliziert.

    Wenn Sie eine Kugel aus Wasser bei 0ºC haben und sie bei einer Temperatur T, die unter Null liegt, in einen Gefrierschrank legen, dann wird die Rate des Wärmeflusses aus der Kugel ungefähr durch das Newtonsche Gesetz der Abkühlung gegeben sein. Wenn die Abkühlungsrate langsam ist und Sie die Näherung machen können, dass die Temperatur innerhalb des Wassers konstant ist, dann wird der Wärmestrom pro Flächeneinheit konstant sein, während das Wasser gefriert. Die Zeit bis zum Gefrieren wäre die gesamte latente Schmelzwärme geteilt durch den Wärmestrom pro Flächeneinheit geteilt durch die Gesamtoberfläche.

    Allerdings kennen wir selbst in dieser vereinfachten Situation die Proportionalitätskonstante des Newtonschen Gesetzes nicht, und diese hängt von den Details der Umgebung ab, z. B. von der Geschwindigkeit der Luftströmungen. Das Beste, was wir tun können, ist, Schlussfolgerungen zu ziehen, wie zum Beispiel, dass die Gefrierzeit proportional zum Kugelradius ist, weil sie proportional zum Volumen geteilt durch die Fläche ist. Wir sollten auch feststellen, dass die Zeit umgekehrt proportional zur Temperaturdifferenz ist.

    Komplizierter wird es, wenn die Abkühlungsrate zu schnell ist, so dass wir keinen Temperaturgradienten im Wasser annehmen können. Zum Beispiel würde sich an der Außenseite eine Eishaut bilden, und Eis ist ein besserer Isolator als Wasser (weil man im Wasser Konvektionsströme bekommt). In diesem Fall wäre die Geschwindigkeit des Wärmeflusses (und damit des Gefrierens) umgekehrt proportional zur Dicke der Eisschicht.

    Eine letzte Komplikation ist, dass Wasser leicht unterkühlt. Man kann nur annehmen, dass das Wasser bei genau 0ºC gefriert, wenn es keine Barriere für die Keimbildung von Eiskristallen gibt.

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