Beim Ausgießen wird das Wasser sofort zu einem Smoothie. Hier ist ein Trick, um Smoothie-Getränke zu Hause zuzubereiten.

Revisionsexperte: Meng Meng

Assoziierter Forscher, Institut für Physik, Chinesische Akademie der Wissenschaften

Zauberei hat den Menschen schon immer unendliche Geheimnisse beschert, insbesondere die Straßenzauberei, die sogar ohne Requisiten ausgeführt werden kann, wie zum Beispiel das sofortige Gefrieren eines Glases Wasser.

Quelle: Siehe Wasserzeichen

Viele Menschen haben die Magie gesehen, mit der man Wasser augenblicklich gefrieren lässt, und alle sind sehr neugierig, wie der Zauberer das macht und was das Geheimnis ist. Lassen Sie es uns heute herausfinden!

Tatsächlich ist es nicht schwierig, Wasser sofort gefrieren zu lassen. Alles was Sie brauchen ist eine Tasse unterkühltes Wasser. Was also ist das sogenannte unterkühlte Wasser?

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Was ist unterkühltes Wasser?

Beim Kondensationsprozess bei sinkender Temperatur fehlen im Wasser feste, flüssige und gasförmige Aerosolpartikel, die als Kondensationskerne wirken, d. h. es fehlen Kondensationskeime, oder aus anderen Gründen wird Wasser, das unter 0 °C flüssig bleibt, als unterkühltes Wasser bezeichnet. Die Temperatur von unterkühltem Wasser ist niedriger als die Sättigungstemperatur (die Temperatur, bei der Flüssigkeit und Dampf im dynamischen Gleichgewicht sind), die Temperatur von gesättigtem Wasser, nassem Sattdampf und trockenem Sattdampf ist gleich der Sättigungstemperatur und die Temperatur von überhitztem Dampf ist höher als die Sättigungstemperatur.

Im Gegensatz zum obigen Konzept wird in der technischen Thermodynamik von unterkühltem Wasser gesprochen, wenn die Wassertemperatur niedriger ist als die Sättigungstemperatur (0 °C unter Normaldruck).

Quelle: Baidu Enzyklopädie

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Unterkühltes Wasser gefriert nicht?

Das Ungleichgewicht zwischen Wasserkondensation und -verdampfung kann lange anhalten. Damit Wasser zu Eis gefriert, muss eine kondensierende Flüssigkeit vorhanden sein und diese muss rein genug sein. Solange die Bedingungen erfüllt sind, kristallisiert das Wasser und wird zu im Wasser schwimmendem Eis oder es kann an der Behälterwand kondensieren. Ohne diese Bedingungen gefriert flüssiges Wasser jedoch nicht und bleibt lange Zeit unter dem Gefrierpunkt. Dringt zu diesem Zeitpunkt plötzlich ein Kondensationskern ein, gefriert dieser sofort. Da jedoch im Wasser keine Kondensationskerne vorhanden sind und Zeit und Temperatur nicht den Anforderungen entsprechen, kann Wasser unter 0 °C im flüssigen Zustand bleiben.

Unterkühltes Wasser ist eigentlich flüssiges Wasser, das zu rein ist und beim Erstarren keine „Kristallkerne“ aufweist. Wenn Sie auch nur eine kleine Menge Feststoff hinzufügen oder eine Flüssigkeit schütteln, wird diese schnell fest.

Warum gefriert Wasser? Denn Verunreinigungen im Wasser können für Kristallisation sorgen. Unterkühltes Wasser ist sehr instabil. Wenn Sie das unterkühlte Wasser also schütteln, steigt die Temperatur und das unterkühlte Wasser gefriert!

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Ist Wasser, das bei Temperaturen unter Null nicht gefriert, unterkühlt?

Nach einem kurzen Verständnis von superkaltem Wasser werden viele Leute denken, dass es sich um Kühlwasser handelt, solange es nicht gefriert, wenn es bei Temperaturen unter Null stehen gelassen wird. Aber ist das wirklich der Fall?

Dies ist nicht der Fall, zumindest ist gereinigtes Wasser ein Gegenbeispiel, und die Gründe, warum beide bei Minustemperaturen nicht gefrieren, sind völlig unterschiedlich!

Wenn die Temperatur des gereinigten Wassers unter Null liegt, ist der Bewegungszustand der Wassermoleküle so, dass sich die Wassermoleküle vollständig bewegen. Zwei Wassermoleküle können nur dann eine Wasserstoffbrücke bilden, wenn sie sich nahe kommen oder miteinander kollidieren. Doch schon bald wirkt der Impuls der beiden Wassermoleküle auf die Wasserstoffbrücke. Bei 0 °C oder -40 °C ist die Energie einer Wasserstoffbrücke nicht gleich der kinetischen Energie zweier Wassermoleküle, daher ist Wasser immer noch flüssig.

Während des Kristallisationsprozesses von unterkühltem Wasser ist die tatsächlich erforderliche Kristallisationstemperatur niedriger als die theoretische Kristallisationstemperatur. Unter einem bestimmten Druck, wenn die Temperatur einer Flüssigkeit niedriger ist als der Erstarrungspunkt der Flüssigkeit unter Druck, erstarrt die Flüssigkeit nicht und befindet sich in einem thermodynamisch instabilen Zustand. Unter dem Einfluss verschiedener äußerer Faktoren kann es jedoch schnell erstarren, wodurch die Temperatur ansteigt.

Darüber hinaus ist auch die Reinheit der Flüssigkeit ein sehr wichtiger Faktor, der den Grad der Unterkühlung bestimmt. Studien haben gezeigt, dass hochreines Wasser bei -40 °C zu gefrieren beginnt. Dies liegt daran, dass die Flüssigkeit zu rein ist und nicht genügend Kristallkeime zum Erstarren besitzt. Wenn Wasser gefrieren soll, muss es daher während der Keimbildungsphase den „Widerstand“ der Eis-Wasser-Grenzfläche überwinden, was nicht spontan geschehen kann. Kondensationskerne müssen eine bestimmte Größe erreichen, bevor sie zu Eis werden können.

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Kondensationskerne von unterkühltem Wasser

Die Kondensationskerne des unterkühlten Wassers haben während der Entstehungsphase einen Schwellenwert. Sobald es hindurchfließt, gefriert das unterkühlte Wasser sofort; wenn es die Schwelle nicht passieren kann, friert es nicht ein; Wenn die Temperatur genau dem Gefrierpunkt entspricht, friert es nicht ein, da der Schwellenwert nicht überschritten werden kann.

Bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt kommt es zu lokalen Temperaturänderungen, die zu lokaler Keimbildung führen. Wenn der Kristallkeim eine bestimmte Größe erreicht hat, müssen Sie sich um den Rest keine Sorgen mehr machen, er kann automatisch wachsen und schnell gefrieren. Sind die durch die Veränderungen entstehenden Kristallkeime allerdings zu klein und überschreiten die Gefrierschwelle nicht, schmelzen die Kristallkeime automatisch und es bildet sich kein Eis. Darüber hinaus ist es auch wichtig zu verstehen, dass die Schwelle umso höher ist, je höher die Temperatur ist, und dass es umso schwieriger ist, genügend Atomkerne zu erzeugen und zu züchten.

Der Grund für die Entstehung von unterkühltem Wasser liegt hauptsächlich darin, dass die Schwelle umso niedriger ist, je niedriger die Temperatur ist, und dass es umso einfacher ist, wirksame Atomkerne zu erzeugen. Nachdem der Kristallkern gebildet wurde, heften sich die verbleibenden Wassermoleküle an den Kern und wachsen schnell. Aus diesem Grund gefriert unterkühltes Wasser plötzlich. Tatsächlich ist die Bildung von Kristallisationskeimen bei unterkühltem Wasser von Schwankungen abhängig, sodass eine ungleichmäßige Wasserströmung das Wachstum von Kristallisationskeimen sogar begünstigt.

Warum gefriert kaltes Wasser dann sofort? Dies liegt daran, dass die Eis-Wasser-Grenzfläche stark reduziert ist und auch die Schwelle stark gesenkt wird. Unterkühltes Wasser befindet sich in einem metastabilen Zustand. Schütteln Sie den Becher und stecken Sie einen Glasstab hinein, damit das Wasser sofort gefriert und sich schnell Eis bildet!

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Gewinnung von unterkühltem Wasser

Stellen Sie das gereinigte Wasser in das Gefrierfach des Kühlschranks und frieren Sie es bei -24 °C ein. Zu diesem Zeitpunkt liegt die Temperatur des Wassers unter dem Gefrierpunkt von null Grad, es gefriert jedoch nicht und das Ergebnis ist unterkühltes Wasser. Entfernen Sie anschließend vorsichtig das unterkühlte Wasser aus dem Kühlschrank. Wenn Sie danach auf die Flasche klopfen oder sie schütteln, werden Sie sehen, dass sich eine Flasche mit klarem Wasser sofort in durchsichtige Eiswürfel verwandelt und das Wasser in der Flasche schnell gefriert. Denn das sogenannte reine Wasser kann nicht vollkommen rein sein, das heißt, es sind nur sehr wenige Kondensationskeime in seinem Inneren vorhanden. Sinkt die Temperatur weiter, gefriert es.

Natürlich kann man auch die Außenwelt eingreifen lassen und durch Schütteln friert es ein. Denn die Kristallkeime sind auf Schwankungen angewiesen, weshalb man beim Entnehmen einer Wasserflasche aus dem Kühlschrank sehr vorsichtig sein sollte. Alternativ können Sie eine saubere Tasse sehr vorsichtig mit unterkühltem Wasser füllen, dann ein kleines Stück Eis hineingeben und zusehen, wie das Wasser um das Eis herum schnell gefriert.

Quelle: Internet

Wenn Sie dieses Experiment zu Hause durchführen möchten, müssen Sie die Temperatur Ihres Kühlschranks und die Gefrierzeit gut kennen. Gießen Sie kochendes Wasser in die Flasche und stellen Sie sie für zwei bis drei Stunden in den Kühlschrank. Denken Sie daran, Temperatur und Zeit zu kontrollieren. Wenn sich die Temperatur nicht leicht kontrollieren lässt, können Sie die Flasche in ein Handtuch oder eine Isolierbox wickeln, ein Thermometer in die Mitte der Flasche stecken und sie herausnehmen, wenn die Temperatur 0 °C erreicht. Achten Sie darauf, sie nicht zu schütteln. Wenn Sie das Wasser ausgießen, werden Sie sehen, dass es sofort gefriert. Probieren Sie es aus!

Quelle: Digital Beijing Science Center