Eduscience

Eduscience

Niemal każdy wie, że woda zamarza w temperaturze 0°C. Aby zmienić wodę w stanie ciekłym w ciało stałe, zwykle wystarczy obniżyć temperaturę cieczy poniżej zera stopni Celsjusza. Jest jednak łatwy sposób na „oszukanie” natury i schłodzenie zwykłej wody do niższej temperatury, korzystając jedynie ze sprzętów dostępnych w każdym domu.

W fizyce istnieje pojęcie cieczy przechłodzonej, czyli cieczy, której temperatura została obniżona poniżej temperatury zamarzania. Ciecz przechłodzoną możemy otrzymać na dwa różne sposoby:

a) Poprzez powolne obniżanie temperatury cieczy pozbawionej zanieczyszczeń, znajdującej się w pojemniku o gładkich ścianach przy braku drgań mechanicznych i gwałtownych wstrząsów.

b) Poprzez bardzo szybkie ochładzanie cieczy.

 

Sposób drugi wiąże się z wykorzystaniem np. ciekłego azotu i w warunkach domowych jest trudny do przeprowadzenia. Do otrzymania cieczy przechłodzonej metodą pierwszą wystarczy nam butelka wody mineralnej (najlepiej niegazowanej) i działający zamrażalnik. Eksperyment rozpoczynamy od włożenie butelki wody do zamrażalnika i odczekania, aż temperatura wody w butelce obniży się poniżej 0°C.

Nie można z góry określić jak długo trzeba schładzać wodę. Każda lodówka mrozi inaczej, a woda może mieć różną temperaturę początkową, więc niezbędny do uzyskania najlepszego efektu czas trzeba określać metodą prób i błędów. Aby ułatwić sobie życie, możemy do zamrażalnika włożyć dwie IDENTYCZNE butelki wody. Z doświadczenia wiem, że jedna z butelek zamarza nieco szybciej, temperatura drugiej jest zwykle idealna do zakończenia eksperymentu. Musimy kontrolować stan obu butelek co np. 5 minut, gdy woda w jednej zamarzła, natychmiast wyciągamy z zamrażalnika drugą butelkę. Kontrolowanie stanu zamarzania i wyciąganie butelek musimy robić bardzo ostrożnie, ponieważ gwałtowny wstrząs może doprowadzić do przedwczesnego zamarznięcia wody.

Jeśli udało się nam stworzyć ciecz przechłodzoną, możemy przystąpić do ostatniej fazy eksperymentu. Wstrząsamy gwałtownie butelką wody (jak to jest pokazane na dołączonym filmiku) i podziwiać zamarzanie wody odbywające się na naszych oczach w ciągu dosłownie kilku sekund.

Przeprowadzenie tego eksperymentu nie jest proste, może się zdarzyć, że przegapimy odpowiedni moment i woda w butelce zamarznie już w zamrażalniku lub wyjmiemy wodę za szybko i jej temperatura będzie zbyt wysoka, by mogła ona zamarznąć po wstrząśnięciu. Niemniej opłaca się przeprowadzać próby do uzyskania powodzenia, ponieważ widok gwałtownie zamarzającej wody z pewnością wynagrodzi nam poniesiony trud.

 

Piotr Michałek

Centrum Badań Kosmicznych PAN


Film prezentujący zjawisko zamarzania cieczy przechłodzonej.