Ученые из Амстердамского университета раскрыли истинный механизм, по которому бутылки лопаются в морозильной камере. Исследование, опубликованное в журнале Scientific Reports под руководством Менно Деммени, опровергает распространенное мнение о том, что причиной является простое расширение воды при замерзании.
Оказывается, процесс гораздо сложнее. Сначала замерзает верхняя поверхность воды, контактирующая с воздухом. Затем лед формируется от внешних стенок контейнера к центру. В результате внутри образуются карманы с жидкой водой. Когда эти изолированные карманы начинают замерзать, они создают колоссальное давление — до 260 мегапаскалей. Это давление в четыре раза превышает то, что могут выдержать стеклянные сосуды, и способно деформировать даже высокопрочную сталь.
Для наблюдения за процессом замерзания исследователи использовали метиленовый синий краситель, который растворяется в воде (придавая ей синий цвет), но становится прозрачным, когда вода замерзает. Эксперименты проводились при температуре -30°C и фиксировались на видео.
Ученые предложили два эффективных способа предотвращения взрыва бутылок в морозильной камере. Первый — добиться переохлаждения воды. Переохлажденная вода может оставаться жидкой при температуре ниже 0°C и замерзает иначе: образуются пальцеобразные ветви (дендриты), создающие более темный синий оттенок перед полным замерзанием. В этом процессе формируются мелкие пузырьки воздуха, которые снижают давление. Меньшие бутылки способствуют переохлаждению благодаря более быстрому охлаждению и большему соотношению поверхности к объему.
Второй способ — контролировать направление замерзания. Если дно замерзает раньше верхней поверхности, лед может расширяться в свободное пространство. Форма поверхности влияет на характер замерзания: в гидрофильных (притягивающих воду) контейнерах вода изгибается вверх по краям и замерзает там в первую очередь. В гидрофобных (отталкивающих воду) контейнерах поверхность воды остается плоской, что повышает вероятность замерзания снизу вверх.
Для практического применения исследователи рекомендуют использовать бутылки меньшего размера и выбирать контейнеры с водоотталкивающими поверхностями. Многие пластики более гидрофобны, чем стекло, например, ПЭТ-бутылки (для безалкогольных напитков) или ПП (бутылки Dopper).
Открытия ученых имеют значение не только для бытового использования морозильных камер. Они помогают понять и предотвратить повреждения от мороза в зданиях, дорогах и исторических артефактах, что делает исследование важным для различных областей науки и практики.
Изображение носит иллюстративный характер
Оказывается, процесс гораздо сложнее. Сначала замерзает верхняя поверхность воды, контактирующая с воздухом. Затем лед формируется от внешних стенок контейнера к центру. В результате внутри образуются карманы с жидкой водой. Когда эти изолированные карманы начинают замерзать, они создают колоссальное давление — до 260 мегапаскалей. Это давление в четыре раза превышает то, что могут выдержать стеклянные сосуды, и способно деформировать даже высокопрочную сталь.
Для наблюдения за процессом замерзания исследователи использовали метиленовый синий краситель, который растворяется в воде (придавая ей синий цвет), но становится прозрачным, когда вода замерзает. Эксперименты проводились при температуре -30°C и фиксировались на видео.
Ученые предложили два эффективных способа предотвращения взрыва бутылок в морозильной камере. Первый — добиться переохлаждения воды. Переохлажденная вода может оставаться жидкой при температуре ниже 0°C и замерзает иначе: образуются пальцеобразные ветви (дендриты), создающие более темный синий оттенок перед полным замерзанием. В этом процессе формируются мелкие пузырьки воздуха, которые снижают давление. Меньшие бутылки способствуют переохлаждению благодаря более быстрому охлаждению и большему соотношению поверхности к объему.
Второй способ — контролировать направление замерзания. Если дно замерзает раньше верхней поверхности, лед может расширяться в свободное пространство. Форма поверхности влияет на характер замерзания: в гидрофильных (притягивающих воду) контейнерах вода изгибается вверх по краям и замерзает там в первую очередь. В гидрофобных (отталкивающих воду) контейнерах поверхность воды остается плоской, что повышает вероятность замерзания снизу вверх.
Для практического применения исследователи рекомендуют использовать бутылки меньшего размера и выбирать контейнеры с водоотталкивающими поверхностями. Многие пластики более гидрофобны, чем стекло, например, ПЭТ-бутылки (для безалкогольных напитков) или ПП (бутылки Dopper).
Открытия ученых имеют значение не только для бытового использования морозильных камер. Они помогают понять и предотвратить повреждения от мороза в зданиях, дорогах и исторических артефактах, что делает исследование важным для различных областей науки и практики.
