Dichte von Eis < Wasser?

In der Situation eines Eiswürfels, der in Wasser gelegt wird und schließlich schmilzt, wird angenommen, dass natürliche Konvektion der Prozess ist, bei dem Wärmeübertragung von Wasser auf Eis stattfindet.

Die natürliche Konvektion in dieser Situation erfordert jedoch einen kontinuierlichen Austausch von Wasserpartikeln in der Nähe des Eiswürfels, um Energie auf die Eispartikel zu übertragen, da die Wasserpartikel, die Energie übertragen, ihre Energie verlieren und dabei an Dichte zunehmen. Oder so, dachte ich.

Da die Dichte von Eis jedoch geringer ist als die von Wasser, bedeutet dies, dass die energieerschöpften Partikel in der Nähe des Eiswürfels tatsächlich an Dichte abnehmen.

Meine Frage ist also, wie ist in diesem Fall eine natürliche Konvektion möglich?

Bewegen sich die Wasserteilchen in diesem Fall nach oben, statt abzusinken?

Kann ich einen Link oder Simulationsdaten vom Schmelzen eines Eiswürfels in Wasser sehen?
Die Wärmeübertragung von Flüssigkeit zu Eis hängt nicht direkt von der Konvektion ab. Siehe meine Antwort auf Ihre vorherige Frage zum Mechanismus der Wärmeübertragung.
Ubaid, wenn die Wassermoleküle neben dem Eis 4 Grad C erreichen, werden sie so dicht wie möglich und sinken auf den Boden des Behälters. An ihre Stelle tritt wärmeres Wasser. Beachten Sie auch, dass alle drei Formen der Wärmeübertragung immer gleichzeitig stattfinden: Konvektion, Wärmeleitung und Strahlung.

Antworten (2)

Wasser ist am dichtesten bei T = 4 ∘ C .

  1. Wenn das Wasser kälter ist als 4 ∘ C , die kleinen Wassermengen, die bis abkühlen 0 ∘ C um das Eis, dehnen sich aus und ihre Dichte nimmt ab und geht über die Dichte des umgebenden Wassers hinaus, daher bewegen sie sich nach oben.
  2. Wenn das Wasser wärmer ist als 4 ∘ C , die kleinen Wassermengen, die bis abkühlen 0 ∘ C , kann dichter oder spärlicher sein, je nachdem wie warm und spärlich das Wasser ist. Aber die Wassermengen bei 0 ∘ C wird sich aufwärmen 4 ∘ C , was bedeutet, dass sie die dichtesten Volumina sind, und beginnen zu sinken.

In beiden Fällen liegt eine dünne Wasserschicht an 0 ∘ C die sich nach oben bewegen kann. Aber im zweiten Fall kann sich eine andere, äußere Schicht über den Eiswürfel hinaus nach unten bewegen und den führenden Effekt liefern.

Nun, das ist es, schätze ich, haben Sie übrigens die Information von Wasser mit unterschiedlicher Dichte bei unterschiedlichen Temperaturen aus einer Gleichung erhalten?
Es ist eine harte physikalisch-chemische Berechnung, um zu beweisen, dass Wasser am dichtesten ist 4 ∘ C , und es stützt sich sogar auf tiefere empirische Parameter. Ich glaube nicht, dass es ab initio bewiesen ist, das heißt, von der Grundlage der Quantenmechanik her. (Übrigens, es ist Wissenschaft, also sollte ich Ihnen Referenzen geben, anstatt zu raten.)
Eine Schätzung von 4 Grad C ist gut genug, aber für andere Dinge über Wasser ist dies eine großartige Online-Referenz: www1.lsbu.ac.uk/water/density_anomalies.html#density

Damit diese Frage sinnvoll ist, muss das Eis auf dem Wasser schwimmen. Die wichtigen Dichteunterschiede bestehen zwischen einer kalten flüssigen Wasserschicht unmittelbar unter dem schwimmenden Eis und dem flüssigen heißen Hauptwasser unter dieser Schicht. Die kalte Flüssigkeit ist dichter als die heiße Flüssigkeit. Da es oben (in der Schwerkraft) ist, wird es fallen. Die heiße Flüssigkeit fließt nach. Das heiße Wasser interagiert durch Leitung (molekulare Kollisionen) mit dem kalten Eis. Das heiße Wasser wird kälter (weil es Wärme verliert) und das Eis schmilzt (weil es Wärme gewinnt). Der Kreislauf der konvektiven Flüssigkeitsströmung wird fortgesetzt.

Siehe meine Antwort in diesem Beitrag für Kommentare zu den Bedenken, wann das Eis unter Wasser liegen würde.

Dichte von Eis < Wasser?
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