Led - problem za penzioniste

[ivans]

Nekje sem prebral tole vprašanje, ki mi dela sive lase:

Stekleno flaško napolnimo z vodo in jo zamašimo. Nato flaško, damo v hladilnik, da voda zmrzne. Led, ki bo nastal iz vode bo flaško raznesel.
In sedaj vprašanje:
Od kje je led dobil ENERGIJO, da je raznesel flaško?

Danes sem cel dan belil stanovanje in razmišljal o tem problemu. Brez uspeha. Sedaj zvečer sedim pred računalnikom, poslušam nostalgične pesmi, pijem Teran....in spil sem ga že ohoho... ...problem ostaja nerešen
Če je še kakšna sorodna penzionistična duša bi jo prosil, da mi pomaga razvozlati ta problem.

Lep pozdrav,
Ivan

(P.S. Teran je najbolše vino v tem božjem stvarstvu. Malo čudno pa se mi zdi, da v Svetem pismu nič ne piše o tem kakšnega dne ga je Bog ustvaril, ko je delal svet )

[Žerjavar]

Tekočina (tudi voda) se strdi, če ji odvzamemo energijo, ki jo ima zaradi gibanja molekul.
Led je kristalni razpored molekul, kjer je povprečna razdalja med molekulami večja, kot pri vodi v tekočem stanju = volumen ledu je večji kot volumen vode.
Takole po domače: ko se molekule drenjajo, da se razporedijo v kristalno tvorbo, čedalje bolj zadevajo v stene posode.
Malo bolj strokovno: Za povečanje volumna vode ob strjevanju se mora led nekoliko stisniti, posoda pa raztegniti. Steklo ni ravno elastično in nastane dovolj velik pritisk (energija gibajočih molekul), da steklo poči. Če daš vodo v plastenko in izmeriš premer (obseg) boš pri ledu izmeril povečanje obsega (večji volumen), plastenka ne poči, ker je dovolj elastična.

[ivans]

Žerjavar, hvala za odgovor. Strinjam se s tem kar si povedal.

Toda še vedno ostaja odprto vprašanje kje molekule vode dobijo energijo, da se razporedijo v kristal ledu, ki zahteva za 1/10 večji volumen kot ga je imela prej voda - oziroma, če ostanemo pri enakem volumnu se bo povečal tlak. S tem, ko vodi (ledu) nižamo temperaturo sistemu jemljemo energijo in ne dodajamo.
S tem ko je led raznesel flaško je moral porabiti določeno delo. Torej, od kod je prišla ta energija, ki je omogočila ledu, da je porabil delo za raznesti flaško. Še enkrat: ko sistem ohlajamo mu jemljemo energijo in NE dodajamo.
Voda je vsebovala več energije kot jo je kasneje vseboval led in kljub temu flaške ni raznesla.

[Demz]

Saj ko bi meril temperaturo ledu v flaši pred in po poku flaše, bi opazil v tistem hipu padec temperature zaradi hipnega znižanja tlaka (flašo razneslo).

Drugače pa tako kot je Žerjavar opisal: trdno agregatno stanje pomeni, da so atomi organizirani v kristalno rešetko, ki ima med atomi nek točno določen razmak. Pri tekočem agregatnem stanju tako kot je to primer terana ki ga imaš pravkar v roki, so pa atomi tekočine eden do drugega, brez nekega opaznega reda. Tako kot špageti v kartonasti škatli. Zato tekočina kot drugo agregatno stanje ni stisljiva.

Energija ki jo pa ti omenjaš zaradi ohlajanja, se pa vidi v hitrosti kroženja elektronov okoli jedra atoma.

Ko je dosežena abs. nula ( - 273,15 °C ) , je hitrost elektronov 0 (atom "zmrzne).
Ko atom greješ, torej dodajaš energijo, mu bo v nekem trenutku odneslo elektrone ven iz orbital in ostanejo samo še prosta jedra in prosti elektroni - to je "plazma", četrto agregatno stanje.

[vili]

demz:
daj razloži še anomalijo vode (heba), ko ima voda največjo gostoto pri 4 st c, potem se pa volumen zopet veča / gostota manjša, od kod to in, ko zmrzne v led, ogromen preskok cca10%, ta na vodi plava, ha ..., ja ta anomalija, kot so nas učili je omogočila življenje na zemlji..., dobro kaj vem no...
ivo penzionist, če se ti da, poglej tole, fazni diagram vode:
https://www.google.si/search?q=voda+led ... 6400582120

če boš kaj ugotovil javi, jaz nimam časa..., lp...

[reber]

In vino veritas

Tekoča faza vode ima višjo interno energijo kot trdna faza. Ko tekočina zmrzne, oziroma ko se tekočina spremeni v trdno stanje (menja se agregatno stanje), se sprosti energija. Razlago bi našel v intermolekularnih silah (Intermolecular force).

Res je, ko vodo ohlajamo, voda oddaja energijo oziroma to energijo z ohlajanjem odvzemamo vodi. Voda menja agregatno stanje pri 0°C (pri točno določenem tlaku), sprememba temperature v točki ledišča je v bistvu nič ali skoraj nič, zanemarljivo.

Kljub zanemarljivi spremembi temperature, torej zanemarljivemu odvzetju energije, se v točki spremembe agregatnega stanja sprosti ali sprošča kar velik del energije, potencialna energija shranjena v vodi se spremeni v kinetično energijo. Ta pojav se zgodi le ob spremembi agregatnega stanja. Glej: termodinamična faza in energija fazne pretvorbe.

Energija za uničenje flaške (led) izhaja torej iz interne energije vode.

V točkah sprememb agregatnega stanja funkcija ni linearna.

[ivans]

Vili, Reber, hvala za detajlne odgovore.
Očitno se stvari v naravi ne dogajajo po taki preprosti logiki kot sem jo jaz imel tedaj, ko še nisem pil Terana...

Demz, ti pa si me malo zmedel.
Do sedaj sem bil prepričan, da se z večanjem temperature tekočini (plinu) veča povprečna hitrost molekulam in ne hitrost vrtenja elektronov okrog jeder atomov.
Pri segrevanju kristalov pa sem mislil, da se z večanjem temperature veča frekvenca vibriranje celotne kletke.

Tako "sliko" toplote sem imel do sedaj. Bom pa vse skupaj še enrat natanko premislil.

[Demz]

Gibanje molekul je tudi pogojeno s temperaturo, res. To je kinetična energija snovi, opisuje jo Brownovo gibanje. Že Einstein se je mučil s tolmačenjem tega efekta, ko še ni bil znan (pojasnjen) model atoma.

Toda to je na molekularni ravni. Energijo snovi (sistema) je treba opazovati na atomski ravni in tam se odraža kot hitrost gibanja elektronov v orbitalah.

Samo mimogrede, naslednji efekt gibanja elektronov je magnetizem, kjer imajo elektroni (ki so v parih) enak spin. Potem imaš še energijske preskoke, ko elektronu dodaš energijo tako da ga odnese v višjo orbitalo, potem ko se vrača nazaj v svojo lastno, pa zasveti (zaradi viška energije , tako kot Spaceshuttle, ko se vrača nazaj na zemljo) - fluorescenca in laserska svetloba.

@Vili: Anomalija vode je pa malce bolj zahtevna lekcija in jo pojasnjujejo (v onih časih ko sem jaz hodil v šole ) z vodikovo vezjo. To je šibka vez med molekulami vode (pa še pri nekaj sorodnih molekulah, npr. amonijaku itd).

Voda je sestavljena iz OH- in H+, med njima je močna kovalentna vez. Toda H+ v tej molekuli se lahko rahlo veže tudi proti sosednjemu OH- ionu, s t.i. "vodikovo vezjo", ker ima vsak kisik na razpolago dva elektronska para. Tako se lahko kar štiri vodne molekule vežejo med seboj s to šibko vodikovo vezjo, in to se zgodi ravno pri 4 °C. Z naraščanjem temperature je energija sistema višja in število teh vodikovih vezi pada. Zato je voda pri teh famoznih 4°C najgostejša oz. z naraščanjem proti 100°C gostota pada.

Nekaj podobnega se dogaja tudi z menoj, verjamem pa, da nisem edini grešnik na tem svetu. Poročen sem namreč z mojo drago (močna vez), pa me skoz nekaj mika in vleče še proti sosedovi Marjanci, pa k Micki na drugi strani vasi, pa Pepca je tudi kar dobra za pogledat, ...

Ko vodo ohlajamo od najgostejših 4°C proti nuli, se pa začne redčiti, ker se pri ravno tej temperaturi začne struktura vode urejati v kristalno rešetko ledu - kar se dokončno zgodi pri 0°C .

Tale vodikova vez je kar zanimiva, ja, pri @Ivans-u teran ni čisto dobro prijel, morda bi bolje zagrabil, če bi še nas povabil zraven. Ni vrag da ne bi razdrli resnice, ko pa pravijo, da leži točno tam noter, na samem dnu flaše ...

[igorb]

Mogoče whisky z ledom da si bližje materiji.

[Demz]

Eh, ti še nisi penzionist, zato nikar tako hitro proti materiji.