eksperiment sa prehlađenom vodom pokazuje kako zakoni fizike objašnjavaju pojave koje svakodnevno posmatramo. Kada razumemo sile, energiju, kretanje i talase, ono što deluje neobično postaje jasno i predvidivo.
Tečna voda hladnija od nule
Providna voda može ostati tečna i kada joj temperatura padne malo ispod 0 °C. Dovoljan je udar, kristal leda ili hrapava površina da se pred očima naglo pretvori u led.
Fizičko objašnjenje
Za kristalizaciju nije dovoljna samo niska temperatura; potreban je i centar nukleacije od kojeg kristalna rešetka počinje da raste. Veoma čista voda u mirnoj, glatkoj posudi može ostati u metastabilnom prehlađenom stanju. Kada se pojavi početni kristal, oslobađa se latentna toplota i front zamrzavanja brzo napreduje.
Toplota pri očvršćavanju: Q = m·L; promena temperature: Q = m·c·ΔT.
Veličine i jedinice:
Q – toplota (J), m – masa (kg), L – specifična latentna toplota topljenja (J/kg), c – specifični toplotni kapacitet, ΔT – promena temperature.
Kako pojava nastaje – korak po korak
- Čista voda se pažljivo hladi bez potresanja.
- Temperatura može pasti ispod tačke mržnjenja, a voda ostaje tečna.
- Dodir sa kristalom leda ili udar pokreće nukleaciju.
- Kristalna struktura se širi kroz vodu i ona se brzo zamrzava.
Primer iz prakse
Mala prehlađena kap može biti providna sve dok je ne dodirne komadić leda. Tada se kroz nju gotovo trenutno proširi neprovidna kristalna struktura.
Od čega zavisi rezultat?
Uspeh zavisi od čistoće vode, temperature zamrzivača, vremena hlađenja, veličine posude, mirnoće i prisustva ogrebotina ili nečistoća. Zbog toga ogled ne uspeva svaki put iz prvog pokušaja.
Najčešća zabluda
Zabluda: Voda mora uvek trenutno da se zaledi čim temperatura padne ispod 0 °C.
Tačno objašnjenje: Tačka mržnjenja opisuje ravnotežu, ali stvarno stvaranje kristala zahteva nukleaciju. Bez pogodnog centra tečnost može privremeno ostati prehlađena.
Bezbedan ogled ili posmatranje
Koristite male kapi prečišćene vode prema postupku Exploratoriuma ili zatvorenu plastičnu flašicu, uz nadzor odrasle osobe. Ne koristite staklenu zatvorenu posudu jer širenje pri zamrzavanju može da je polomi.
Povezivanje sa školskim gradivom
Ogled povezuje temperaturu, agregatna stanja, latentnu toplotu, kristalizaciju, unutrašnju energiju i metastabilna stanja.
Pitanja za proveru znanja
- Kako se zove tečna voda ispod tačke mržnjenja?
- Šta pokreće naglo zamrzavanje?
- Da li se pri očvršćavanju oslobađa ili prima latentna toplota?
Odgovori
1) Prehlađena voda. 2) Nukleacija izazvana kristalom, udarom ili nečistoćom. 3) Oslobađa se.
Česta pitanja
Zašto ogled nekad ne uspe?
Voda se možda već zamrzla na nečistoći ili nije dovoljno ohlađena. Tačan prozor temperature i vremena zavisi od uslova.
Da li prehlađena voda postoji u prirodi?
Da. Prehlađene kapljice u oblacima mogu se zalediti pri dodiru sa avionom, drvetom ili tlom i stvoriti poledicu.
Zaključak
Trenutno zamrzavanje pokazuje da promena agregatnog stanja ne zavisi samo od temperature već i od načina na koji počinje uređivanje molekula u kristal.
Za dalje učenje pogledajte formule iz fizike i rešene zadatke na sajtu Fizičarenje.