¿Es posible evitar que el agua se enfríe manteniéndola en un contenedor rígido?

Question

Si usted llena una suave botella de agua de plástico con agua caliente, cierre la tapa, a continuación, enfriar el agua, la botella contrato. Cuando se abre, se expande de nuevo.

Por el contrario, si se utiliza un duro botella de agua de plástico en su lugar, no habría contrato. Supongo que habría algún tipo de presión dentro de la botella, aunque.

Es posible crear una situación similar en la que el agua no es capaz de enfriar hasta cierto punto, porque en el recipiente que necesitaría contrato, y el material es demasiado fuerte para hacerlo? Posiblemente en una escala mucho más grande?

Estoy bastante seguro de que la respuesta es no, pero soy curioso en cuanto a por qué.

Answer 1

respuesta corta, no hay ecuaciones:

La única manera de mantener la energía térmica (calor) que fluyen en/fuera de un objeto es aislar; de lo contrario, el calor será el flujo de calor a frío. Así que su hipotético contenedor de líquido caliente le eventualmente llegar a la temperatura exterior, incluso si el recipiente es lo suficientemente fuerte como para resistirse a cualquier cambio en el volumen. ¿Qué será diferente sobre el líquido es bajo considerable presión negativa; en otras palabras, va a ejercer una contratación de la fuerza en las paredes de su contenedor, y usted podría obtener energía de esta situación al permitir que una de las paredes del contenedor para mover (como un pistón, por ejemplo).

con las ecuaciones:

La primera ley de la termodinámica es:

$$ Q = \Delta E + W $$ Donde $E$ es la energía interna del sistema, $W$ es el trabajo realizado por el sistema, y $Q$ es el calor agregado (positivo) o retirado (negativo) del sistema. El sistema es el líquido más contenedor. Cuando se coloca un líquido caliente en un recipiente y deje que se enfríe, se toma el calor del sistema y $Q$ es negativo. La primera ley dice que puede cambiar la energía interna $E$, hacer el trabajo $W$, o alguna combinación de ambos.

1. El contenedor puede cambiar el volumen. Si esto es cierto, entonces que puede ser hecho por el líquido, y esto significa que los contratos (es decir, hace Trabajo negativo): $-Q = -W$. El cambio en la energía interna después de que el líquido llegue a la temperatura de la habitación será de cero (no hay energía almacenada).
2. El contenedor no puede cambiar el volumen. Si esto es cierto, entonces no se puede hacer trabajo ($W=0$) por el líquido. Cualquier pérdida de calor debe ser acompañada por una pérdida de la energía interna: $-Q = -\Delta E$. Ya que esta es la energía almacenada, se puede volver por permitir que el recipiente para cambiar el volumen. El trabajo sería entonces de hacer, y usted podría terminar en el mismo estado final (1).

Answer 2

Para una sensación suave, térmicamente la realización de la botella, el volumen de los contenidos pueden cambiar, pero la presión se mantiene constante - que debe ser igual a la presión de la sala de la botella. Así como la temperatura del contenido disminuye, también lo hace el volumen.

Para un duro, térmicamente la realización de la botella, el volumen de los contenidos no puede cambiar, pero la presión puede. En este caso, como la temperatura del contenido disminuye, también lo hace la presión.

Esto es cierto para las situaciones comunes, sea líquido o un gas, siempre y cuando el contenido no ir a través de un cambio de fase a medida que la temperatura cambia.

Para responder a tu pregunta, no, no podemos impedir que la temperatura descienda por el uso de un recipiente duro - el contenedor todavía lleva a cabo de la temperatura. La presión cae en lugar del volumen.

Answer 3

El enfriamiento causa la contracción, no al revés. De hecho, la contracción contrarresta parcialmente el enfriamiento. Esto se debe a que cuando la botella se contrae, se trabaja en la botella, lo que aumenta su energía interna. Entonces en un contenedor rígido, el líquido se enfriará más rápido.

Answer 4

El calor fluye de caliente a frío (a menos que tengas aislamiento infinito). El agua alcanzará la temperatura exterior.

Suponga que el agua comenzó a 1 atm y 100 F. Si se enfría a 80 F, el volumen de agua disminuirá (muy levemente). El vacío se llenará con vapor de agua. La presión será la presión de vapor de agua a 80 F. El gas será 80 F.

No se realiza trabajo en la botella.

Answer 5

Si encierra un volumen de agua por completo con un flexible (perfecto flexibily no existe), el calor de la realización de material, el agua no va a aumentar mucho con el aumento de la temperatura. Si usted pone caliente(es decir, justo debajo del punto de ebullición) de agua en un suave botella y deje que se enfríe del todo se enfríe (digamos a cero grados Celsius), la botella de "seguir" el volumen de agua encerrada. Por debajo de alrededor de cuatro grados Centígrados, la botella se expanda de nuevo (porque de la única propiedad que tiene el agua un mínimo de volumen no al punto de congelación, pero unos cuatro grados por encima de ella). La reducción de la temperatura más (por debajo de cero) se congela el agua y el material que encierra el agua se expanda porque el hielo tiene un volumen mayor que el agua.

Si el agua está rodeada por un rígido (perfectamente material rígido no existe), el calor de la realización material de la misma que va a ocurrir como en el caso con el material flexible (perfecto flexible) de material flexible, pero la presión en el interior del material se muestran un diferente comportamiento de la presión (con respecto a la temperatura; véase, por ejemplo, aquí). el agua no se congele exactamente a cero grados (como es el caso con el material flexible, pero en este caso, el efecto es más pronunciado).

De hecho, la respuesta es no.