Работа льда

[communist38]

Я не знаю, куда этот вопрос больше годиться. Сюда или в раздел "Помогите решить/разобраться". Но мне кажется больше сюда.
Вопрос по термодинамике:
$dO=dU+A$
Классическая формула термодинамики. Мы подводим тепло - объект накапливает энергию или расширяется(тем самым совершая работу).
Теперь вопрос: В случае заморозки воды. $dQ$ будет отрицательным. Т.к. мы забираем тепло. Но однако замораживаясь вода расширяется и совершает работу. Если на воду положить деревянный брусок, то он поднимется и совершит работу. Это же значит, что $ \left\lvert dU\right\rvert>\left\lvert dQ\right\rvert$ так как работа положительна. Но за счет чего изменение внутренней энергии больше, чем изменение тепла, если единственное что мы изменяем - температуру(т.е. тепловую энергию). Как это возможно? Мы изменяем только тепловую энергию, а вн. энергия изменяется больше, чем мы ее изменяем.
Второй вопрос связан же с этой темой(собственно из-за него я и включил вопрос в этот раздел).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?

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Дискуссионные темы (Ф)» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»
Причина переноса: для "дискуссионных тем" это все-таки слишком обычно.

-- 30.10.2015, 01:51 --

communist38 в сообщении #1068291 писал(а):

Но за счет чего изменение внутренней энергии больше, чем изменение тепла, если единственное что мы изменяем - температуру(т.е. тепловую энергию). Как это возможно? Мы изменяем только тепловую энергию, а вн. энергия изменяется больше, чем мы ее изменяем.

Теплота - это не "тепловая энергия". Вы, по-видимому, неявно предполагаете, что отбор теплоты должен происходить именно "из внутренней энергии", а это, вообще говоря, ниоткуда не следует.

communist38 в сообщении #1068291 писал(а):

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?

Мы, в общем-то, существуем благодаря этому обстоятельству. Если уж это - не польза... Из-за этой особенности воды моря океаны на Земле не промерзают до дна даже при сильных морозах, что, в частности, обеспечивает существование в них живых организмов во всех широтных поясах.

[communist38]

Pphantom в сообщении #1068293 писал(а):

Теплота - это не "тепловая энергия". Вы, по-видимому, неявно предполагаете, что отбор теплоты должен происходить именно "из внутренней энергии", а это, вообще говоря, ниоткуда не следует.

Откуда лед берет эту энергию? Если он совершает работу, значит она откуда-то берется (спасибо кэп). Откуда?

Pphantom в сообщении #1068293 писал(а):

Мы, в общем-то, существуем благодаря этому обстоятельству. Если уж это - не польза... Из-за этой особенности воды моря океаны на Земле не промерзают до дна даже при сильных морозах, что, в частности, обеспечивает существование в них живых организмов во всех широтных поясах.

Океаны не замерзают потому, что во-первых, вода соленная, а во-вторых при большем давлении температура замерзания - падает. И при чем тут вообще расширение льда? Я имел в виду, как человек обуздал(или может обуздать) лед для своих нужд, в плане расширения.

[Pphantom]

communist38 в сообщении #1068299 писал(а):

Откуда лед берет эту энергию? Если он совершает работу, значит она откуда-то берется (спасибо кэп). Откуда?

Очевидно, из потенциальной энергии взаимодействия молекул воды.

communist38 в сообщении #1068299 писал(а):

Океаны не замерзают потому, что во-первых, вода соленная, а во-вторых при большем давлении температура замерзания - падает. И при чем тут вообще расширение льда?

А подумайте. Что будет происходить с образовавшимся около поверхности льдом, плотность которого больше плотности воды?

[Munin]

Вообще ТС прав, в том смысле, что надо аккуратнее разделять понятия "тепловая энергия" и "внутренняя энергия". Для идеального газа - это одно, а для фазового перехода - это уже другое.

[amon]

communist38 в сообщении #1068291 писал(а):

Есть ли в истории примеры того, что свойство расширения воды(льда) при заморозке использовали во благо человека?

Так получали (и до сих пор получают) аккуратно отколотые большие каменные блоки. Сверлится шпур (маленькое отверстие) в скальном массиве, туда забивается мокрая палка и все это замораживается. Кусок аккуратно откалывается по линии шпуров. Взрыв раскрошит скалу, поэтому когда нужны большие аккуратные камни, пользуются этим способом.

[communist38]

amon в сообщении #1068335 писал(а):

communist38 в сообщении #1068291 писал(а):

Есть ли в истории примеры того, что свойство расширения воды(льда) при заморозке использовали во благо человека?

Так получали (и до сих пор получают) аккуратно отколотые большие каменные блоки. Сверлится шпур (маленькое отверстие) в скальном массиве, туда забивается мокрая палка и все это замораживается. Кусок аккуратно откалывается по линии шпуров. Взрыв раскрошит скалу, поэтому когда нужны большие аккуратные камни, пользуются этим способом.

Как называется этот процесс?

-- 30.10.2015, 16:09 --

Pphantom в сообщении #1068301 писал(а):

Очевидно, из потенциальной энергии взаимодействия молекул воды.

Так потенциальная энергия молекул, уменьшается, т.к. скорость молекул уменьшается. Энергия прямопропорциональна температуре.

Цитата:

А подумайте. Что будет происходить с образовавшимся около поверхности льдом, плотность которого больше плотности воды?

При чем тут вообще океаны? Я же про обуздание спрашиваю.
Лед будет всплывать. И как я уже сказал, океаны не мерзнут по трем причинам, которые не связанны с этим вопросом.

[Munin]

amon в сообщении #1068335 писал(а):

Так получали (и до сих пор получают) аккуратно отколотые большие каменные блоки. Сверлится шпур (маленькое отверстие) в скальном массиве, туда забивается мокрая палка и все это замораживается.

Мне это кажется путаницей. Замораживать мокрые палки неудобно (можно полагаться на естественное падение температуры). Зато есть другой способ: забить в отверстие палку, и поливать её водой. Древесина (ранее высушенная) разбухает и ломает камень.

[YuraOkhotin]

communist38 в сообщении #1068291 писал(а):

Теперь вопрос: В случае заморозки воды. $dQ$ будет отрицательным. Т.к. мы забираем тепло. Но однако замораживаясь вода расширяется и совершает работу.

А про уменьшение энергии взаимодействия между молекулами при фазовом переходе (кристаллизация воды) не слышали?
Так что можете подать заявку на изобретение двигателя внутреннего замерзания. Только не думайте, что получится какой-нибудь "перпетроль".

[Munin]

YuraOkhotin в сообщении #1068552 писал(а):

А про уменьшение энергии взаимодействия между молекулами при фазовом переходе (кристаллизация воды) не слышали?

А вот кстати, откуда оно берётся?

[amon]

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.

[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)

Наверное поэтому ее так быстро и проломили. Шутка конечно

[druggist]

communist38 в сообщении #1068291 писал(а):

Но за счет чего изменение внутренней энергии больше, чем изменение тепла, если единственное что мы изменяем - температуру(т.е. тепловую энергию). Как это возможно? Мы изменяем только тепловую энергию, а вн. энергия изменяется больше, чем мы ее изменяем.

А мы и температуру тоже не изменяем при фп (первого рода), т.е., в точке фазового перехода происходит скачок внутренней энергии и энтропии (т.н. скрытая теплота кристаллизации). Если удельные объемы фаз различаются, то кроме температуры точка фп определяется еще и давлением, поскольку как правильно было сказано, при замерзании суммарный объем изменяется (для воды увеличивается, см. кривую фазовых равновесий) и надо учитывать работу, положительную или отрицательную. Формально для скачка энергии можно в формуле для изменения внутренней (тепловой) энергии $dU$ положить $dT=0$, а теплоемкость - бесконечности. Мы не отбираем тепло от объекта за счет контакта с более холодным телом, это сам объект выделяет тепло в точке замерзания за счет скачкообразного перехода в более низкое энергетическое состояние. Почему для воды при этом уд.объем увеличивается, надеюсь, кто-нибудь пояснит.

[YuraOkhotin]

druggist в сообщении #1068610 писал(а):

Почему для воды при этом уд.объем увеличивается, надеюсь, кто-нибудь пояснит.

Пояснять долго, по крайней мере мне, так как ещё не освоил написание формул на сайте. В общих чертах, это происходит не только с водой. Чтобы понять, откуда что берётся, надо записать полное выражение для $dU$, куда в общем случае может входить много составляющих энергии и работа многих сил. Проще всего прочитать это вот тут, например: "Румер, Рывкин. Термодинамика, статистическая физика, кинетика" Там есть глава "Термодинамика воды". Написано подробно и легко для понимания.

[Munin]

amon в сообщении #1068593 писал(а):

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

Ясно. Я больше про пирамиды читал. Там ломает. Тоже экспериментальный факт.