Водный лед, полученный из пресной и морской воды, используют для охлаждения, хранения и транспортирования продуктов питания.
Широкое применение льда в качестве охлаждающей среды объясняется прежде всего его физическими свойствами, а также экономическими факторами. Температура плавления водного льда при атмосферном давлении 0°С, удельная теплота плавления 334,4 Дж/кг, плотность 0,917 кг/м3, удельная теплоемкость 2,1 кДж/(кг*К), теплопроводность 2,3 Вт/(м*К). При переходе воды из жидкого состояния в твердое (лед) происходит увеличение объема на 9%.
Естественный лед заготавливают путем вырезания или выпиливания крупных блоков изо льда, образовавшегося на естественных водоемах, послойного намораживания воды на горизонтальных площадках, наращивания сталактитов в градирнях. (Особым спросом для пищевых целей пользуется гренландский и антарктический лед как наиболее чистый. Возраст гренландского льда более 100 000 лет.) Лед хранят на площадках в буртах, укрытых насыпной изоляцией, и в льдохранилищах с постоянной и временной теплоизоляцией.
Искусственный водный лед получают с помощью льдогенераторов трубчатого типа, где лед образуется внутри труб вертикального кожухотрубного испарителя, в межтрубном пространстве которого кипит жидкий аммиак. Вода поступает в трубы испарителя сверху через водораспределительное устройство, в которое она подается насосом из бака, смонтированного под кожухом аппарата. В отверстия труб вставляют насадки, благодаря которым вода, поступающая в трубы, закручивается и пленкой стекает по их внутренней поверхности, частично замерзая. Не замерзшая вода собирается в бак, откуда опять подается в водораспределительное устройство. Благодаря непрерывной циркуляции из воды удаляется воздух, поэтому лед получается прозрачным. Когда стенки ледяных цилиндриков достигают толщины 4-5 мм, намораживание прекращают, насос останавливают, испаритель отключают от всасывающей стороны машины и соединяют с ее нагнетательной стороной, в результате чего в испаритель поступают горячие пары аммиака при давлении конденсации. Эти пары вытесняют из испарителя жидкий аммиак в ресивер (сборник аммиака), прогревают стенки труб, намороженный лед отделяется от стенок и под действием силы тяжести сползает вниз. При выходе из труб ледяные цилиндрики попадают под вращающийся нож, который разрезает их на части определенной высоты. Готовый лед падает в бункер и дальше по льдоскату выводится из льдогенератора.
Искусственный лед получают путем замораживания чистой пресной или морской воды в льдогенераторах. Качество льда, его форма, размер и способ получения, хранения и доставки потребителю обусловлены назначением и спецификой применения.
Матовый лед изготавливают из питьевой воды без какой-либо ее обработки в процессе замораживания. В отличие от естественного он имеет молочный цвет, обусловленный наличием большого количества пузырьков воздуха, которые образуются в процессе превращения воды в лед. Пузырьки уменьшают проницаемость льда для световых лучей, и он становится непрозрачным.
Прозрачный лед по виду напоминает стекло. Для его получения в форму наливают воду и при помощи форсунок продувают через нее сжатый воздух. Проходя через замораживаемую воду, oн захватывает и увлекает за собой пузырьки воздуха. Прозрачный лед изготавливают в виде кусков небольших размеров и используют для охлаждения напитков.
Лед с бактерицидными добавками предназначен для охлаждения рыбы, мяса, птицы и некоторых видов овощей путем непосредственного соприкосновения с ними. Бактерицидные добавки снижают обсеменённость продуктов микроорганизмами.
В зависимости от формы и массы искусственный лед бывает блочный (5-250 кг), чешуйчатый, прессованный, трубчатый, снежный.
Блочный лед дробят на крупный, средний и мелкий.
Чешуйчатый лед получают путем напыления воды на вращающийся барабан, плиту или цилиндр, являющиеся испарителями хладагента. Вода на поверхности барабана быстро замерзает, а образовавшийся лед при его вращении срезается фрезами или ножом. Льдогенераторы производят от 60 до 5000 кг/сут такого льда. Чешуйчатый лед эффективен при охлаждении рыбы, мясных изделий, зеленых овощей, некоторых плодов. Наибольший коэффициент теплоотдачи достигается, когда при охлаждении продукты плотно сопри-касаются со льдом.
В результате смешивания дробленого водного льда с различными солями помимо теплоты таяния льда поглощается теплота растворения соли в воде, что позволяет существенно понизить температуру смеси. Раствор может быть охлажден до криогидратной точки.
Использование льда в технике.
Ледяная гидросмесь. В конце 1980-х годов лаборатория Аргонн разработала технологию изготовления ледяной гидросмеси (Ice Slurry), способной свободно течь по трубам различного диаметра, не собираясь в ледяные наросты, не слипаясь и не забивая системы охлаждения. Солёная водяная суспензия состояла из множества очень мелких ледяных кристалликов округлой формы. Благодаря этому сохраняется подвижность воды и, одновременно, с точки зрения теплотехники она представляет собой лёд, который в 5--7 раз эффективнее простой холодной воды в системах охлаждения зданий. Кроме того, такие смеси перспективны для медицины. Опыты на животных показали, что микрокристаллы смеси льда прекрасно проходят в довольно мелкие кровеносные сосуды и не повреждают клетки. «Ледяная кровь» удлиняет время, в течение которого можно спасти пострадавшего. Скажем, при остановке сердца это время удлиняется, по осторожным оценкам, с 10--15 до 30--45 минут.
Использование льда в качестве конструкционного материала широко распространено в приполярных регионах для строительства жилищ -- иглу. Лёд входит в состав предложенного Д. Пайком материала Пайкерит, из которого предлагалось сделать самый большой в мире авианосец. Использование льда для постройки искусственных островов описывается в фантастическом романе Ледяной остров.
Новые исследования формирования водяного льда на ровной поверхности меди при температурах от -173 °C до -133 °C показали, что сначала на поверхности возникают цепочки молекул шириной около 1 нм не гексагональной, а пентагональной структуры.
Учёные, анализирующие данные с Красной планеты, утверждают: есть все основания считать, что Phoenix раскопал то, зачем летел — водяной лёд под тонким слоем грунта. Доказательство — сублимация яркого материала, который оказался открыт при удалении верхнего пласта почвы.
Последние дни на Марсе для американского зонда сложились непросто. Исследователи приступили к анализу образцов грунта. Причём им пришлось преодолеть ряд трудностей. О частично заклинившей дверце печки мы рассказывали . Но это было только начало.
Когда пробы всё же высыпали в щель, оказалось, что почва Марса какая-то слипшаяся. Большие крупинки цепляются друг за друга, и ни одна не желает попадать в печь. Дело в том, что отверстие печки прикрыто защитной сеткой с отверстиями по одному миллиметру. Исследователи рассчитывали нагревать (чтобы выполнить анализ образовавшихся газов) именно такие небольшие песчинки.
Позже был придуман способ «переупрямить» грунт. Ковш робота заставили вибрировать над открытой печкой, так, чтобы самые мелкие частицы марсианской породы понемногу ссыпались в печь. Аналогично образцы песка были доставлены и в микроскоп.
Кстати, слипание грунта учёные объясняют присутствием очень мелких частиц, заполняющих промежутки между более крупными гранулами, возможно, вместе с неким компонентом, играющим роль цемента.
Образец марсианского песка в микроскопе. Масштабная линейка - один миллиметр (фото NASA/JPL-Caltech/University of Arizona).
Проба, попавшая в микроскоп, продемонстрировала около тысячи отдельных частиц, многие из которых — в десять раз меньше диаметра человеческого волоса.
Исследователи говорят, что увидели тут, по меньшей мере, четыре разных минерала. К примеру, там есть большие чёрные стекловидные частицы и маленькие красные.
Эксперты полагают, что этот набор отражает историю грунта — кажется, что первоначальные частицы вулканического происхождения за счёт выветривания сократились в размерах до крупинок с более высокой концентрацией железа.
Теперь относительно льда. "Подозрения" у учёных появились ещё в начале июня. Но нагрев первой пробы в печке признаков водяного пара не выявил.
Зато исследователи Марса получили доказательства присутствия льда благодаря снимкам траншеи «Додо-Златовласка» (Dodo-Goldilocks), вырытой роботом ранее (вернее, это сначала были две соседние траншеи, которые позже соединили в одну, отсюда и двойное имя). Несколько светлых комочков почвы, присутствующих вначале, исчезли на более поздних кадрах.
«Это должен быть лёд, - заявил научный руководитель миссии Питер Смит (Peter Smith) из университета Аризоны (University of Arizona, Tucson). — Эти комки практически полностью исчезли в течение нескольких дней, что есть идеальное доказательство того, что это — лёд. Ранее высказывалась идея, что яркие материалы — это соль. Но соль испариться не может».
Вверху: траншея Dodo-Goldilocks, отснятая 13 июня. Ширина этой выемки составляет 22, а длина 35 сантиметров. Наибольшая глубина (участок в нижней части кадра) достигает 8 сантиметров. Внизу: кадры, снятые уже 15 и 18 июня (20-й и 24-й сол миссии). Светлые участки становятся меньше, а в левом нижнем углу траншеи исчезает несколько гранул светлого материала (фотографии NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Texas A&M University).
Также при рытье ряда траншей вокруг аппарата рука робота наткнулась на жёсткий грунт под сравнительно тонким слоем мягкого. Причём примерно на одной и той же глубине во всех траншеях.
Лёд – это хорошо известное, для большинства из нас, твердое состояние воды, которое мы можем встретить в естественных природных условиях. В быту мы часто пользуемся его уникальными свойствами.
Он образуется при понижении температуры воды ниже 0 градусов по Цельсию. Эта температура называется температурой Кристаллизации воды. лёд, как и снег, состоит из кристаллов льда, с формами которых вы можете ознакомиться в нашей статье .
Приведем несколько точных определений.
Большой Энциклопедический словарь
Лед — вода в твердом состоянии. Известны 11 кристаллических модификаций льда и аморфный лед. В природе обнаружена только одна форма льда — с плотностью 0,92 г/см³, теплоемкостью 2,09 кДж/(кг.К) при 0°C , теплотой плавления 324 кДж/кг, которая встречается в виде собственно льда (материкового, плавающего, подземного), снега и инея. На Земле ок. 30 млн. км³ льда. Используется для хранения, охлаждения пищевых. продуктов, получения пресной воды, в медицине.
Большой Энциклопедический словарь. 2000
Морской словарь
Лёд имеет меньшую плотность, чем жидкая вода, поэтому он и не тонет. Это свойство аномальное, как правило, большинство веществ, в твердом состоянии имеет большую плотность. Меньшая плотность льда говорит о том, что вода при замерзании увеличивается в объеме. Этот факт необходимо учитывать в быту. Например, если замерзнет водопровод, то образовавшийся в процессе этого лёд может «порвать» трубы, что, в принципе, всем хорошо известно.
Перечислим наиболее значимые свойства льда (некоторые их них мы уже описали выше).
Свойства льда
- Температура образования льда — 0°C;
- Объем льда больше объёма жидкой воды, т. е. плотность льда меньше плотности жидкой воды, удельный вес льда при 0° = 0,917 и соответственно удельный вес воды при 0° = 0,9999;
- При дальнейшем понижении температуры, лёд сжимается, чем и объясняются трещины на больших лёдовых пространствах;
- Теплоемкость льда ниже, чем у воды практически в 2 раза;
- Температура замерзания морской воды выше чем пресной и равняется ~ 1,80С (при условии солености воды на уровне средне-взвешенного уровня по мировому океану) .
Лёд и его разновидности
- Почвенный лёд – лёд, образовавшийся в границах земной коры;
- Речной лёд;
- Льды, образовавшиеся при замерзании озер;
- Морские льды.
Применение льда
Лёд имеет большое хозяйственное применение. Он используется для понижения температуры продуктов питания, что существенно повышает срок их хранения. Вполне очевидно, что в этом контексте особое значение имеет производство искусственного льда, или если можно так сказать искусственного холода. Также лёд широко используется в медицине, для обеспечения и проведения ряда некоторых специфических процедур. Широко используют кубики льда в косметических процедурах и в кулинарии, особенно при приготовлении напитков.
Лёд является строительным материалом для таких важных для нашей планеты объектов как ледники, которые являются индикаторами и регуляторами многих процессов происходящих на нашей планете. Ледникам посвящена наша публикация –
Ученые окончательно доказали наличие водяного льда на поверхности Луны. Впервые это удалось установить не косвенными, а прямыми наблюдениями с окололунной орбиты.
Лед на Луне нашли в приполярных районах в так называемых холодных ловушках - постоянно затемненных областях вокруг полюсов, где царят крайне низкие температуры. Корреспондент.net рассказывает подробности.
Вода на Луне
Астрономы впервые нашли прямые доказательства присутствия слоя водяного льда на поверхности в приполярных районах Луны, говорится в статье , опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Небольшой наклон оси вращения Луны, Меркурия и Цереры по отношению к плоскости эклиптики давно наталкивал ученых на мысль о том, что в полярных областях этих тел Солнечной системы могут существовать особенности рельефа, образующие вечно затененные места, в которые никогда не попадает солнечный свет.
Как следствие, температура в таких местах должна быть очень низкой и определяться лишь потоками тепла из недр и отраженным от соседних стенок светом.
Считается, что такие места, как правило это кратеры, должны выступать ловушками для летучих веществ, и в первую очередь, для воды, которая может накапливаться там в течение долгого времени.
"Большая часть льда находится в тени кратеров рядом с полюсами, где температура не поднимается выше -156,5 градуса по Цельсию. Солнечный свет никогда не поступает в эти части поверхности из-за небольшого наклона оси вращения Луны", - говорится в заявлении NASA об открытии.
Ранее свидетельства присутствия водяного льда на Луне находил зонд Lunar Reconaissance Orbiter и станция Lunar CRater Observation and Sensing Satelli. Однако они могли указывать и на другие соединения, например, на гидроксильные группы.
Прямые доказательства были получены при помощи инструмента Moon Mineralogy Mapper на борту индийского зонда Чандраян-1. Исследователи анализировали спектры отраженного от поверхности Луны излучения.
Главное достоинство этого метода заключается в том, что он позволяет напрямую измерить колебания молекул и отличить водяной лед от других похожих соединений или воды в любой другой форме (жидкая, поглощенная поверхностью или в составе гидратированных минералов).
Исследователи изучали области между регионами, на которые падает прямое солнечное излучение, и постоянно затемненными зонами.
Водяной лед на Луне
Проанализировав этот спектр, астрономы обнаружили достоверные признаки присутствия водяного льда прямо на лунной поверхности - на глубине менее нескольких миллиметров.
"Мы нашли прямое и решающее доказательство наличия обнаженного водяного льда в лунных полярных областях. Избыток и распределение льда на Луне отличаются от ситуации на других безатмосферных тел Солнечной системы, таких, как Меркурий и Церера, что может быть связано с уникальным формированием и эволюции нашей Луны", - говорится в исследовании.
Исследователи сделали вывод, что лед на Луне не чистый - его массовая доля может составлять 30 процентов или выше, если он перемешан только с реголитом (поверхностный слой сыпучего лунного грунта), или около 20 процентов, если лед встречается в виде отдельных участков в реголите.
Эти данные говорят о том, что на Луне не так много льда, как предполагалось раньше. В 2009 году NASA заявило, что в полученных в ходе миссии Apollo в 1970-х годах образцов лунной поверхности было обнаружено присутствие воды. Тогда ученые подсчитали, что в одной тонне поверхности Луны может находиться до 946 миллилитров воды.
Кроме того, накопление реголита в кратерах, вероятно, происходит достаточно быстро. Считается, что Луна сохраняет современный наклон оси вращения вот уже 2-3 миллиарда лет, поэтому обнаруженный лед, как предполагают астрономы, может быть очень древним.
Его источником могут быть кометы - однако симуляции показывают, что занесенные ими запасы должны иссякнуть уже спустя 20 миллионов лет. Тем не менее, ученые не могут однозначно сказать, как именно влияют солнечный ветер, галактические космические лучи и межпланетная среда на его убегание с поверхности.
Ученые считают, что открытие залежей водяного льда на Луне может в будущем помочь в ее освоении пилотируемыми экспедициями.
Жизнь на Луне
В статье, опубликованной в журнале Astrobiology 1 августа, говорится, что на Луне как минимум дважды создавались условия, пригодные для зарождения жизни.
Астробиологи Дирк Шульц-Макух из Университета штата Вашингтон и Йен Кроуфорд из Лондонского университета пишут, что такие условия появились вскоре после образования Луны и затем во время пика вулканической активности на ней (4 и 3,5 миллиарда лет назад).
В эти периоды происходили выбросы сильно нагретых летучих газов и водяного пара, которые могли привести к образованию кратеров с жидкой водой и формированию плотной атмосферы. Такие условия могли сохраняться на протяжении миллионов лет.
Предположения ученых основаны на на результатах недавних космических миссий и анализе образцов лунных пород и почвы, которые показывают, что Луна не настолько сухая, как считалось ранее.
Наукой также предполагается, что у юного земного спутника могло быть магнитное поле, защищающее возможные формы жизни от смертоносного влияния открытого космоса.
Жизнь на Луне могла зародиться таким же образом, как и на Земле, но более вероятно, что ее мог занести метеорит, считают исследователи.
Первые доказательства жизни на Земле, окаменелости, содержащие следы цианобактерий, относятся к периоду 3,5-3,8 млрд лет назад. В это время Солнечная система переживала бомбардировку гигантскими метеоритами. Не исключено, что простейшие микроорганизмы вроде цианобактерий могли попасть с Земли на Луну с их помощью.
Новости от Корреспондент.net в Telegram. Подписывайтесь на наш канал
