Welche Auswirkungen hat die Erzeugung von Eis aus Wasserdampf im großen Maßstab?

Nehmen wir die berühmteste Szene aus „ Frozen “ , in der Elsa ihren Eispalast in den eiskalten Bergen errichtet. Stellen Sie sich nun Elsa vor, die dasselbe im Sommer auf Meereshöhe macht, wo die Bedingungen ungefähr SATP (dh 25 °C und 100 kPa) sind. Nehmen Sie an, dass die wissenschaftliche Grundlage ihrer Macht die Fähigkeit ist, die Temperatur lokal bis zu dem Punkt zu verändern, an dem sich Wasserdampf als Eis ablagert. Meine Fragen sind: Gibt es irgendwelche Konsequenzen (außer der Eiserzeugung selbst), wenn so viel Wasserdampf in der Atmosphäre in Eis umgewandelt wird? Wird das zum Beispiel eine große Änderung des Luftdrucks verursachen? Wie genau könnten diese Effekte durch Elsas Standort (und damit die thermodynamischen Bedingungen um sie herum) verändert werden?

BEARBEITEN: Mir ist bewusst, dass ein enormes Maß an Luft erforderlich wäre, um eine beträchtliche Menge Eis zu erzeugen. Angenommen, Elsa hat die Fähigkeit, diese Luftmenge zu sammeln – was wären dann die atmosphärischen oder thermodynamischen Folgen?

Inwiefern widersprechen sich wissenschaftsbasierte und magische Tags nicht?
Bitte beachten Sie folgendes: a) Da normalerweise nicht so viel Wasser in der Luft ist, kann es von Vorteil sein, wenn sie zuerst die Luft- und Wasserquelle aufheizt. Ich denke, das ist logischer, als irgendwie Luft zu holen. b) Ich denke, Sie sollten angeben, wie hoch diese Berge sein sollen. c) Es wird noch komplizierter, da durch das Ausfrieren der Luft keine festen Eisbrocken (oder Berge) entstehen, sondern so etwas wie Schnee. Ich denke, Sie sollten genau angeben, was passiert, um eine Antwort zu erhalten. Willst du Schneeberge? d) Kann sie Temperaturänderungen räumlich eingrenzen?
@Raditz_35 sie muss die Luft nicht aufheizen. Wenn sie Wasser aus gekühlter Luft bekommt, wird eine frische Portion Luft von einem Wind ankommen. Der Wind geht aufgrund des Druckunterschieds automatisch. Es ist ein üblicher Prozess, wie Luft aus dem Meer Schnee in die Berge fallen lässt
@ADS Wenn es das ist, was der Autor will und er sagt, dass er einen anderen Plan hat. Ich glaube, das würde ich nicht wollen. Deshalb frage ich. Es gibt zu viele Möglichkeiten, dies zu tun, und ich denke, das Sammeln von Luft wie angegeben ist nicht das Beste. Sicher, es gibt Alternativen ... aber Ihr Vorschlag würde höchstwahrscheinlich die Dinge wirklich durcheinander bringen
@JDługosz, Magie wird zu oft als folgenlos betrachtet, aber die wissenschaftlichen Konsequenzen einer solchen Situation können weitaus interessanter sein als die Magie selbst.
@ Raditz_35 Ich gebe zu, dass dies möglicherweise nicht der beste Weg ist, aber ich interessiere mich insbesondere für die Konsequenzen, wenn man es so macht .
@lightweaver Ich denke immer noch, dass Sie dann auf diese Weise angeben sollten - es sei denn, die Antworten sind das, wonach Sie suchen. Vielleicht verstehe ich deine Frage völlig falsch, in diesem Fall macht das nichts. Ich denke, es gibt eine beliebige Anzahl legitimer Antworten auf Ihre Frage (was nicht bedeutet, dass ich auf jeden Fall beabsichtige, eine zu schreiben).

Antworten (3)

Um Eis aus Luft zu erzeugen, sind diese Schritte notwendig:

  1. den Dampf zu Flüssigkeit kondensieren
  2. die Flüssigkeit abkühlen
  3. friere die Flüssigkeit zu Eis ein

Jeder dieser Schritte setzt eine beträchtliche Menge an Wärme frei. Nehmen wir an, dass Elsa zum Üben 1 Gramm Eis erzeugen wird (für die Waage würde das Eis, das durch Kondensieren eines Wasserwürfels mit einer Seitenlänge von 2 cm gebildet wird, 8 Gramm wiegen); dies würde freigeben (Rückseite einer Hüllkurvenberechnung):

  • Kondensation: 2272 J
  • Abkühlung von 100 C auf 0 C: 418 J
  • Einfrieren: 333,5 J

Gesamt = 3023 J, was ungefähr der Energie einer Masse von 1 kg entspricht, die mit 77 m/s gestartet wird.

Die Erzeugung von 1 Tonne Eis impliziert daher die Entfernung und Freisetzung von 3 GJ, was dem entspricht, was Sie beim Verbrennen von 88 kg Koks (der Kohle, nicht der Cola) erhalten.

Ich denke, Elsa leitet diese Wärme besser vom Eis weg, wenn das Schloss stehen muss.

Die resultierende trockene Luft, die dichter als feuchte Luft ist, würde dann dazu neigen, nach unten zu fließen, was zu einem Abwärtswind ähnlich dem Phön führen würde.

Da Sie an anderer Stelle mit vierstelliger Genauigkeit arbeiten, haben Sie die Dichte des Eises leicht falsch angegeben. Es ist weniger als 1 g pro cm^3, oder Eis würde nicht schwimmen.
@om du hast recht, ich dachte an das Wasser in einem Würfel dieser Größe, aber in der Eile des Tippens habe ich es vergessen. Bearbeitet, um es zu beheben
Die Umgebungsluft würde also immens heiß werden? Ist die Temperatur das Einzige, was sich in der Luft ändert?
Ich bin etwas verwirrt. Um Dampf zu kondensieren, müssen Sie das Luftvolumen abkühlen, aus dem Sie Wasser gewinnen. Um Eis zu bekommen, muss man dieses Wasser anblasen. Natürlich sollte nach dem Energieerhaltungssatz irgendwo etwas aufgewärmt werden. Aber ... das ist eine Magie, und wahrscheinlicher wäre die freigesetzte Energie zu weit vom Eispalast entfernt (nur um sein Schmelzen zu verhindern). [Vielleicht wird ein neuer Stern in der galaktischen Ferne leuchten]. Ich nehme an , die Luft um den Palast herum würde abgekühlt werden . Aus Ihrer Antwort geht das nicht hervor, da Sie sich darauf konzentriert haben , Energie freizusetzen
@ADS du hast Recht, wenn der Magier geschickt ist, sollte er die überschüssige Wärme woanders abführen (ich denke, es wird in den Grundlektionen des Zauberunterrichts gelehrt)
Sie müssen nicht ganz von 100 ° C herunterkühlen, Wasserdampf ist viel kühler als das.

Der Druck um das Eis würde zweifellos abnehmen, da das Wasser kondensiert und ein Vakuum hinterlässt. Aber dieses Vakuum würde sich schnell aufsaugen und den Umgebungsdruck wieder auf den vorherigen Wert bringen. Offensichtlich wäre es in wärmeren Klimazonen schwieriger, den Wasserdampf zu Eis abzukühlen. Außerdem wäre es in trockeneren Klimazonen schwieriger, Eis zu erzeugen, da die Luft weniger Wasser enthält (Orte wie die Wüste im Gegensatz zum Regenwald). Schließlich wäre es einfacher, Eis dort zu erzeugen, wo ein höherer Druck herrscht (z. B. auf dem Meeresspiegel im Gegensatz zu Elsas Bergen). Dies liegt daran, dass der Gefrierpunkt mit zunehmender Temperatur steigt und der Wasserdampf daher weniger gekühlt werden muss.

Um aus Dampf Wasser zu gewinnen, muss die Umgebungsluft abgekühlt werden. Um Wasser zu Eis zu gefrieren braucht man zusätzliche Kühlung. Natürlich sollte etwas aufgewärmt werden, um die Energie auszugleichen. Aber dieses Etwas ist weit, weit weg und außerhalb des Bereichs. Konzentrieren wir uns auf den Palast und die Umgebung.

Da die Luft in der Nähe des Palastes gekühlt wurde, laufen Prozesse wie ein Schneesturm ab [Kalte Luft geht nach unten, warme und feuchte Luft strömt nach draußen und kühlt dann ab und setzt Dampf frei. Der Wind ist aufgekommen.] Wir konnten abschätzen, wie groß er sein würde. Laut Antwort von L.Dutch braucht man 3×10 6 Joule um 1 Tonne Eis zu bekommen. Der Palast ist groß und könnte aus Hunderten und Tausenden Tonnen bestehen. Nehmen wir 100.000 Tonnen. Wir brauchen 3 x 10 6 x 10 5 = 3 x 10 11 J Energie. Nach dieser Schätzung ist dies 10 6 Mal kleiner als „ein erwachsener Hurrikan“, also könnten wir einen wirklich winzigen Blizzard erwarten.

Beachten Sie, dass der Hurrikan von Link einen Radius von 60 km hat und 1 Tag dauert. Aufgrund des sehr schnellen Prozesses können Sie einen mäßigen Schneesturm erwarten, aber in einem sehr kleinen Gebiet .

Welche Auswirkungen hat die Erzeugung von Eis aus Wasserdampf im großen Maßstab?
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