为什么在我的后院池塘不冻结在-15°C (5°F)外面?

Question

今天我在O ' fallon、密苏里州和-15°C (5°F)。我学会了水在0°C结冰(32°F)。我完全能理解如果是0°C (32°F),水可能不会变成冰,但是怎么会有15°C (27°F)低于水的冰点,仍然是液体水吗?水还在动是因为风,我认为这表明它没有冻结计划。这怎么可能?

我的问题可能过于广泛,因为可能有多个原因不是冻结,但我不知道的。我试图缩小它给予我的确切位置和温度。这是一个池塘在我家后院。我所看到通过谷歌,这可能与结晶率?提前谢谢。

Answer 1

水是一个相当奇怪的物质。与固相的密度比大多数物质是液相。这不是水的情况。冰的密度小于水的密度。这种效应的一个副作用是液体水非常接近冰点比略暖水密度较低。非常酷的水下沉。

液态淡水达到其最大密度的温度4°C (40°F)。这意味着一个池塘或湖泊不能冻结,直到整个水体是冷却到4°C。才可以上表面水的冷却至低于4°C,然后最终冻结。

除了水本身需要冷却到4°C冻结开始之前,被水浸透的地下池塘必须冷却。到那时,温暖地将热量转移到池塘,防止冻结。

多久之前的身体开始冻结的水取决于许多参数。这包括身体的大小和深度的水,地面水体下的性质,天气寒冷的天气,有风。没有提到的问题的深度池塘,但只有在O ' fallon低于冰点,密苏里州大约24小时,,之前一直很温和的温度。24小时的低于冰点天气才起作用超过足够的时间冻结一个小水坑,但肯定不是一个湖,可能没有一个池塘。

问题还提到它是多风的。身体的水冻结,它需要一个冷却器层的水在4°C温跃层。风使水混合行动。

Answer 2

水融化在0°C (32°F)但冷冻是一个更复杂的事情。可以肯定的说水冻结在0°C的能力,但它也能获得更多冷却器之前确实导致过冷水。水在这种状态下能快速固化当合适的冰核。例如,在对流云中液态水可以观察到温度低至-40°C。然而,池塘中的水并不是过冷。

你说空气是5°F,但什么是水的温度(可能高于0°C) ?最终是需要低于冰点的水成冰作用发生。在你的后院池塘有多深?水与空气相比,有更好的能力保留热量和水的体积越大,越多的热源处理。冻结本身是一个放热过程和冰的形成会加热周围的水。池塘可能不是纯水和完整的离子(如盐)从地上捡起,这降低了水的熔点。所有的这些影响在你的池塘水使它更难以实际冻结,这就解释了你看到的。

这些影响,热容的底层池塘水和地面的温度可能是主要的贡献者。下面的池塘是地面,它也是一个热源。两者都可能比水的熔点温度虽然气温比较冷。如果从上面流体冷却,冷却液水槽底部。如果液体从下面温暖,温暖的液体上升。只有其中一个需要开始发生对流,但很可能地上池塘比池塘温暖温暖的地面和清凉的空气将驱动对流在池塘里。反过来,这意味着你的池塘混合,您将需要从系统中提取足够的能量冷却的水和冷却地面池塘给冰表面形成的机会。这需要时间(天/周)的持续低于冰点气温完成才起作用。你就会拥有一个比一个大容易冻结你的池塘湖,但它仍然不会在一夜之间成为一个过程。

Answer 3

由于对流(冷水下沉而温暖的水上升),整个池塘需要带到冰点温度前表面可以冻结。只有池塘的顶部接触寒冷的空气,这需要很长时间。

此外,地面(这是没有对流的冷却)需要更长时间来冷却,这意味着将温暖的池塘的底部。温水将上升到顶部,延长冻结过程。

需要时间冻结的事情。上述条件导致池塘慢慢冻结,但如果空气永远低于冰点,最终整个池塘将冻结(从顶层开始,沿着——当顶部变成冰不再下沉,因为冰比水的密度较低)。

这就是为什么,如果你旅行北明尼苏达州冰上钓鱼是很常见的,他们会告诉你天气需要(大部分)零度以下几个星期前湖是安全/开车走。

Answer 4

池塘里的水接触地面,地面甚至没有接近冻结,即使气温是27°低于冰点。

Answer 5

这可能是因为空气冷却和加热速度比水。空气较低比热比水。它可能需要一些时间水冻结。

Answer 6

没有人提到的鱼。你有鱼的池塘或其他动物吗?它们不仅提供少量的变暖,他们的抗议运动能够帮助防止冰的形成。

Answer 7

你需要考虑的变量理解问题是池塘的深度。我打赌相比你的池塘,周围的水洼里冻结。

水的密度在4°C,所以冻结整个池塘表面需要冷却到4°C。否则,当水在表面冷却4°C,它会下沉,取而代之的将是温暖的水从下面,如果水被冷却到4°C又沉,取而代之的将是温暖的水,等等。只有一次整个池塘在4°C,下面的水在表面可以降温,温度和仍然更轻,下面的水,因此它将留在表面,可以保持冷却,直到它结冰表面产生一层冰。

下图从这个问题在“科学问题以惊人的答案”显示了暖池的温度分层差异(夏天图),和一个足够冷开始形成表面的冰层(冬天图)。

所需的时间冷却整个身体的水然后与深度成正比。浅水体将冻结容易,和深度的需要长时间低于冰点的温度开始生成一个冰冻的地壳。

Answer 8

除了接受了来自凯西的答案,很可能太阳变暖池的一天比它变暖温度计用于你引用的温度,温度计是保持在一个史蒂文森的屏幕。

Answer 9

空气温度是5度。水温。同样的原因一碗汤或一杯咖啡保持温度比室温之前一段时间冷却到室温。把这碗或杯子,扩大它的大小湖泊。

Answer 10

没有说如果池塘的问题是美联储。如果是地下水美联储——它将需要更长时间冻结,由于地下水运动通过一个绝缘的身体(地面)和不断地增加了系统的温水。这将大多数总是被注意到在一个池塘边,从未冻结或需要更长的时间和冷的温度冷却才能冻结。

Answer 11

纯水冻结在0°C (32°F)和大多数时候纯水很少在池塘和其他开放水体中找到。当杂质混合水的冰点下降。

Answer 12

是否需要多长时间一个池塘或其他身体的水冻结取决于几个因素。空气压力,TDS(总溶解固体,或盐),运动水本身和周边环境的温度。

空气压力——主要是高度的函数,空气的压力影响的压力水,与水在较高压力下需要低温冻结。https://physics.stackexchange.com/questions/60170/freezing-point-of-water-with-respect-to-pressure

TDS -总溶解固体,主要是盐和其他离子在一定程度上降低水的冰点,根据特定的化学物质和溶解浓度。在淡水池塘,这也不意味着超过1或2度的差异。https://www.troublefreepool.com/threads/17456-Quantifying-TDS-constituents-affect-on-freezing-point-of-H20

运动的水。流动的水会抑制冰晶的形成和延缓冻结。https://www.physicsforums.com/threads/temperature-needed-to-freeze-moving-water.515414/

周围环境的温度。一般户外水池塘和湖泊一样,下面的地面水体仍将接近平均气温。池塘上方的空气必须把足够的热量从池塘克服所有这些因素。

水也有独特的(?)在密度降低冻结的财产。这意味着冰,形成表面将形成的水往往是温暖的。液体部分的池塘,池塘下对流将热量从地球表面,延误成冰作用。冷水移动调整底部受到increasign压力,lowerign冰点,所以一旦reqaches冰点的表面,它不会冻结下向温暖的地球。

这一切的净效应是整个身体的水必须达到能够结冰之前冰点。池塘湖/越深,时间越长,足够深的水域在地球正常条件下不会完全冻结。当冰层形成表面上,它使下面的水,减少空气的热量可以删除,但不结冰的池塘底部,所以它接收热量从地球。所以池塘从未完全冻结如果足够深,冬季足够短。

Answer 13

考虑热堆肥桩可以(热得足以着火)。基本上是发生在池塘的底部在更长一段时间夏天的腐烂的物质分解为甲烷消化池。

同时,周围的冰(雪)形成顶部的边缘作为绝缘体。由于冰漂浮,它创建了一个负面反馈循环冷却,这就是为什么许多湖泊冻结,但仍低于冰液体层(除了生物热生产)。

Answer 14

池塘中的水已经降低到零度以下。需要时间水的热量转移到环境。地上水下面可能也不是零度以下,所以它将热量转移到水在同一时间。看温度历史时间的问题,所有周围的天的高温是零上和平均气温接近或高于冰点。需要超过一天大量的水失去热量对环境温度附近时。

你可以做你自己的实验得到不同大小的瓶子的水,看到花多长时间每一个在相同的条件下冻结。变化需要更多的能量损失的水从液体到固体状态。4200 J /升/度(C)来改变温度的水,333000 J结晶一公升的水。所以完全冻结池塘,环境就会吸收的能量是一样的,因为它会降低温度接近80摄氏度。