Вода в реках и озерах подо льдом

[druggist]

К своему стыду понял, что не совсем понимаю, почему не замерзает вода в реках и озерах при сильных морозах. Единственное, что приходит на ум: поскольку плотность льда ниже, соответственно, удельный объем выше, то при увеличении толщины льда он начинает "поддавливать" нижележащие слои воды, давление в воде повышается. В соответствие с кривой фаз. равновесия плавление-кристаллизация для воды температура плавления понижается. Вода остается в жидком состоянии. С другой стороны, если просверлить лунку во льду, то никакого фонтана из-за перепада давлений не наблюдается. Может любители подледного лова могут прояснить ситуацию:)?

[DimaM]

druggist в сообщении #817787 писал(а):

К своему стыду понял, что не совсем понимаю, почему не замерзает вода в реках и озерах при сильных морозах.

В глубоких просто не успевает (тепло наружу уходит теплопроводностью через нарастающий слой льда). При постоянной разнице тепмератур и приближении установившегося распределения температуры в слое льда получается решение $H\sim\sqrt{t/t_0}$.
А мелкие речки в морозы промерзают до дна.

[Ms-dos4]

В озёрах, пока вся вода не охладится до $\[ + 4\]$ (по Цельсию) она будет перемешиваться с более низкими слоями (хотя и медленно), а дальше ввиду того, что плотность с понижением температуры будет падать, вода на глубине будет более тёплая чем сверху. В реках свою роль играет течение (хотя в целом там вода будет холоднее, особенно на глубине). Лёд, покрывая поверхность воды, довольно сильно замедляет дальнейшее охлаждение(выше уже написали об этом). Т.е. толщина льда то нарастает, но медленно. Естественно стоит учесть температуру дна, которое обычно теплее, наличие солей, понижающих температуру кристаллизации, и очень большую теплоёмкость воды. Ну а в зонах, где потепления нет (вечная мерзлота), там озёра и промерзают до дна.

[druggist]

DimaM в сообщении #817798 писал(а):

тепло наружу уходит теплопроводностью через нарастающий слой льда

Да, пожалуй. В твердом теле конвекция несколько затруднена:)

[Xey]

Надо иметь в виду , что снизу идет тепло от мантии. Примерно 50 ват на квадратный метр.
Если сверху хорошая изоляция (в данном случае лед, снег) то этого тепла хватает на поддержание плюсовой температуры.

[druggist]

Почему бы этот перепад температур не использовать в практических целях? Как говорится, - у воды да не напиться:) Например, термоэлектричество, что там хорошо работает в данном диапазоне температур, медь-константан?

[Xey]

Так в современных домах (в проектах) отмостку делают не бетонную для отвода воды, а из пенопласта и широкую , для удержания геотепла под домом.

[druggist]

И еще в плане офф-топа. Слыхал, что на сильном морозе в смеси ацетона с водой промсходит интересный эффект, что-то вроде временной самоорганизации: вначале на поверхности смеси появляется ледяная корка, через несколько минут она растворяется, затем появляется снова, процесс повторяется с неизменной переодичностью. Может, кто-нибудь слышал о таком эффекте?

[Skeptic]

Из верхних слоёв смеси ацетона и воды ацетон испаряется. Верхний слой обедняется ацетоном, его недостаток восполняется из нижних слоёв. Если ацетон испаряется быстрее, чем пополняется, и то при соответствующей температуре он может замёрзнуть. Замёрзший слой (лёд) прерывает испарение ацетона, он постепенно накапливается по льдом и растворяет его. Процесс повторяется циклически до понижения концентрации ацетона до критической.
Может ли это происходить, надо уточнить по справочникам, или провести опыт, тем более, что сейчас за окном крепкий мороз.

[GraNiNi]

Skeptic в сообщении #817861 писал(а):

Из верхних слоёв смеси ацетона и воды ацетон испаряется.

Ацетон с водой образует азеотропную смесь содержащую 12% воды, поэтому он (азеотроп) и будет испаряться в первую очередь.
Если в исходной смеси было меньше 12 % воды, то при испарении азеотропа ее количество, наоборот, будет уменьшаться.

[Skeptic]

Я и говорю, что справочник уточнит картину явления.

[druggist]

druggist в сообщении #817816 писал(а):

Например, термоэлектричество, что там хорошо работает в данном диапазоне температур, медь-константан?

Да, похоже медь-константан, судя по справочным данным, вполне приемлимый вариант: при температуре воды +4 градуса цельсия и приличном морозе(<-20 градусов) с одного спая можно получить 1,5mB. Это, конечно, маловато но при стандартном диаметре лунки 150мм от рыбацкого ледобура вполне можно соорудить батарею элементов Пельтье, которая будет давать 1,5-2В при мощности 10-15Вт. Интересно, что в интернете описано множество термогенераторов примерно с такими же параметрами. Но все они используют дополнительное тепло для нагрева спая, например огнем керосиновой лампы, костра, геотермальными источниками и пр.

[druggist]

Как это часто бывает, при более пристальном рассмотрении "овчинка" оказалась не стоящей "выделки". Средняя толщина льда в Подмосковье 15см, соответственно, длина термопары должна быть не меньше. Как оказалось, наибольшее значение термо -э.д.с в данном температурном диапазоне(+4 : -20-30 градусов цельсия) имеет имеет не медь -константановая, а термопара хромель-копель.: 1,5mВ при -20 и 2.09 при -30 градусах соответственно. К большому сожалению, электросопротивление этих сплавов(у константана и копели одинаковое удельное сопротивление) очень высокое(0,68 и 0,50 мкОм*м у хромели и копели соответственно, для сравнения у меди 0,018), и для получения тока порядка 100мА понадобится батарея из тысячи вмороженных в лед прутков из соответствующих сплавов диметром порядка сантиметра и длиной 15см. При ценах ок.2 000р/кг стоить такой источик(2В, 100мА) будет ок. 400 000р.

[Ismatulla]

druggist в сообщении #819916 писал(а):

и для получения тока порядка 100мА понадобится батарея из тысячи вмороженных в лед прутков из соответствующих сплавов диметром порядка сантиметра и длиной 15см. При ценах ок.2 000р/кг стоить такой источик(2В, 100мА) будет ок. 400 000р.

По сей день все виды получения энергий, кроме АЭС, ГЭС и ТЭС, оказались дорогостоящими. Все нетрадиционные ЭС строятся, или из-за давления гринписцов, или ради науки.

[druggist]

Ismatulla в сообщении #819920 писал(а):

По сей день все виды получения энергий, кроме

Похоже, направление Energy Harvesting (http://www.energyharvesting.net/) вполне рентабельно. Правда, там природные источники энергии используются для питания электроники: элементов управления, сенсоров и т.п.