Работа льда

[amon]

В пирамидах известняк-песчаник, а у Маннергейма - гранит рапакиви. Прочность существенно разная, да и зимы в Египте ждать долго.

[Munin]

amon в сообщении #1068835 писал(а):

да и зимы в Египте ждать долго

Вот и я про то же.

[communist38]

amon в сообщении #1068593 писал(а):

Munin в сообщении #1068476 писал(а):

Древесина (ранее высушенная) разбухает и ломает камень.

Не ломает. Надо заморозить. Почему так - вопрос интересный, надо подумать, но это - экспериментальный факт. Узнал я об этом, когда поинтересовался как строили линию Маннергейма.

(Оффтоп)

Перепутал Линию Мажино с Линией Маннергейма....позор. Это к моему предыдущему комментарию

[it12345]

Вот график изменения внутренней энергии нанокластера, полученный путём численного моделирования. Нанокластер сначала нагревают с некоторой постоянной скоростью (нижняя ветвь графика), а затем - с той же скоростью охлаждают (верхняя ветвь). При некоторых температурах Tпл и Tкр происходит скачок внутренней энергии нанокластера, связанный со скачкообразным изменением его структуры.

[druggist]

it12345 в сообщении #1071495 писал(а):

При некоторых температурах Tпл и Tкр происходит скачок внутренней энергии нанокластера, связанный со скачкообразным изменением его структуры.

Тут интересный момент. Вроде бы, перегреть кристалл нельзя; начнется поверхностное плавление при температурах несколько меньших чем "объемная" температура плавления и график, вроде бы, это подтверждает ( более пологая и плавная нижняя ветвь по ср. с верхней).

[DimaM]

druggist в сообщении #1071599 писал(а):

Тут интересный момент. Вроде бы, перегреть кристалл нельзя; начнется поверхностное плавление при температурах несколько меньших чем "объемная" температура плавления

У нанокластеров понятие поверхности несколько размазано (как и "температура плавления" на графике). А еще у них бывает квазиплавление - когда часть времени частица проводит в твердом состоянии, а часть - в жидком.
"В мире науки" статья про это была: Берри Р.С. Когда температура плавления не равна температуре замерзания. // В мире науки.-1990, №10, с.46-52.

[druggist]

DimaM в сообщении #1071607 писал(а):

У нанокластеров понятие поверхности несколько размазано (как и "температура плавления" на графике).

И тем не менее уже для нанокластеров из графика видно, что в т. Tкр имеется более явственный резкий скачок, для макроскопических объемов это эффект более выражен; перегреть кристалл нельзя, переохладить жидкость можно.

[DimaM]

druggist в сообщении #1071622 писал(а):

И тем не менее уже для нанокластеров из графика видно, что в т. Tкр имеется более явственный резкий скачок, для макроскопических объемов это эффект более выражен; перегреть кристалл нельзя, переохладить жидкость можно.

Наверно, вы правы.
Кстати, при моделировании у кластеров при нагревании часто наблюдается несколько скачков, соответствующих плавлению слоев, начиная с поверхностного.

[Osmiy]

communist38 в сообщении #1068291 писал(а):

Лед может совершать работу. Вы наверное оставляли стеклянные(или алюминиевые ) бутылки в морозилке, забывали о них, а потом видели что они разбиты. Лед может рвать трубы и приносить огромный вред.
Есть ли в истории примеры того, что свойство расширения воды(льда) при заморозке использовали во благо человека? Ледяные двигатели? Толкатели и т.п., возможно ли это вообще? Кто-нибудь знает примеры?

Давно тоже заинтересовало как то. Делал расчеты. В общем получилась маленькая полезная энергоёмкость. Давление более менее приличное, но слишком малое расширение.

[it12345]

На приведённом графике - скорость изменения температуры - огромна: порядка 1 теракельвина в секунду. Самое непонятное - это несовпадения температуры плавления и кристаллизации (гистерезис плавления). Если уменьшать скорость изменения температуры - то гистерезис плавления начнёт уменьшаться, а отрезок, отвечающий плавлению - будет становиться более вертикальным.
Вроде бы интуитивно кажется, что при стремлении скорости изменения температуры к нулю гистерезис плавления должен полностью исчезать, но вроде бы считается, что это не так.

Если же скорость изменения температуры ещё более увеличить, то и отрезок, отвечающий плавлению, также станет наклонным, и при охлаждении будут образоваваться нанокристаллы икосаэдрического строения (с осью C5). А если ещё увеличить скорость - то и вовсе аморфные нанокластеры.

DimaM в сообщении #1071607 писал(а):

А еще у них бывает квазиплавление - когда часть времени частица проводит в твердом состоянии, а часть - в жидком.

К компьютерных экспериментах тоже такое наблюдается: можно подобрать такую температуру, при которой нанокластер 50% времени будет жидким и 50% времени - кристаллическим. И переходы между состояниями осуществляются скачкообразно. Наверное, эту температуру и можно считать температурой плавления=температуруй кристаллизации для данного нанокластера.

[DimaM]

it12345 в сообщении #1071710 писал(а):

На приведённом графике - скорость изменения температуры - огромна: порядка 1 теракельвина в секунду. Самое непонятное - это несовпадения температуры плавления и кристаллизации (гистерезис плавления). Если уменьшать скорость изменения температуры - то гистерезис плавления начнёт уменьшаться, а отрезок, отвечающий плавлению - будет становиться более вертикальным.
Вроде бы интуитивно кажется, что при стремлении скорости изменения температуры к нулю гистерезис плавления должен полностью исчезать, но вроде бы считается, что это не так.

Я выше ссылку на статью Берри привел, не смотрели?

it12345 в сообщении #1071710 писал(а):

К компьютерных экспериментах тоже такое наблюдается: можно подобрать такую температуру, при которой нанокластер 50% времени будет жидким и 50% времени - кристаллическим. И переходы между состояниями осуществляются скачкообразно. Наверное, эту температуру и можно считать температурой плавления=температуруй кристаллизации для данного нанокластера.

50% - это чистой воды волюнтаризм. Критерий Линдемана - и то лучше.
Мне именно кажется правильным, что температура "плавления" и температура "кристаллизации" друг другу не равны (да и сами не слишком хорошо определены).
Еще статья на эту тему: Б.М. Смирнов, Р.С. Берри "Фазовые переходы и сопутствующие явления в простых системах связанных атомов", УФН 175(4) 2005, С. 367-411.

[it12345]

Загрузил отсюда:
http://publ.lib.ru/ARCHIVES/V/''V_mire_nauki''/_''V_mire_nauki''.html

В этом компьютерном эксперименте использовался критерий фазового
перехода - вид функции радиального распределения. Можно было выбрать другую температуру, при которой кластер, например, находится 99% времени в одном и 1% - в другом состоянии. Но отношении 50%/50% представляется особенным. И вроде бы эта температура совпадает с температурой плавления кластера, вычисленной по формуле Томсона.

По Берри, как я понял, Tпл - это когда 100%/0%, а Tкр -
это когда 0%/100%. (стр.49) При таком определении, конечно,
температуры плавления и кристаллизации не совпадают.

В компьютерном эксперименте, про который я говорю, использовался
критерий фазового перехода - скачок внутренней энергии.
Также использовались другие критерии - скачок плотности, изменение
координационного числа и особенно - изменение функции радиального
распределения.

[it12345]

Вывод Берри о том, что существует температура, ниже которого устойчива только твёрдая фаза, и определённую температуру плавления, выше которой устойчива только жидкая фаза, представляется спорным. Известен же шутливый пример, что даже не нано-, а макрокластер в виде чайника с водой на раскалённой плите, может замёрзнуть.
Представляется более правильным определения температуры плавления/кристаллизации как параметра равновесия. При температуре плавления=кристаллизации кристалл в его расплаве не растёт и не уменьшается. То есть если мы выделим на границе кристалл-расплав атомы, которые в данный момент принадлежат кристаллу, и атомы, которые в данный момент принадлежат расплаву и проследим за их судьбой в течении некоторого времени, то обнаружим, что в среднем эти атомы половину времени проводят в кристалле, и половину - в расплаве.

[Munin]

it12345 в сообщении #1071803 писал(а):

Известен же шутливый пример, что даже не нано-, а макрокластер в виде чайника с водой на раскалённой плите, может замёрзнуть.

В чём смысл этого примера?

[it12345]

Ну а в чём тогда смысл утверждения, что в каком-то диапазоне температур устойчива и жидкая, и кристаллическая фаза? Они переходят одна в другую - где же тут устойчивость?

Как я понимаю, есть два подхода к определению температуры плавления - кинетический (константы скоростей прямой и обратной реакции равны) и термодинамический (изменение свободной энергии равно нулю). И если для объёмной фазы эти два подхода дают один и тот же результат, то для нанокластеров - нет.