| | Ученым удалось охладить воду до рекордно низкой температуры
Наука

Ученым удалось охладить воду до рекордно низкой температуры

Ученым удалось охладить воду до рекордно низкой температуры
Физики использовали метод быстрого вакуумного испарения

Физикам впервые удалось переохладить водные капли до -42,55 °C, что более чем на градус ниже предыдущего подтвержденного рекорда. Об этом сообщает пишет Киевские Ведомости со ссылкой на ЛІГА.net

Для охлаждения использовался метод быстрого вакуумного испарения, а температура определялась по данным комбинационного рассеяния света, исходя из размера капель, сообщают ученые в Physical Review Letters.

При охлаждении воды в неравновесных условиях, она может оставаться в жидком состоянии даже при температурах, значительно ниже температуры плавления (то есть нуля градусов Цельсия). Такая вода называется переохлажденной и для ее получения необходимо отсутствие в ней центров кристаллизации. Переохладить воду больше, чем на несколько градусов, достаточно сложно, поэтому все экспериментальные рекорды по получению самой холодной жидкой известны для очень чистых микрокапель, которые не контактируют с твердыми поверхностями.

К настоящему моменту самая низкая температура, при которой микрокапли воды удавалось сохранить в жидком состоянии и которую при этом удалось измерить достоверно, составляла примерно -41 °C (стоит отметить, что капли воды, переохлажденные до -39 °C можно встретить и в естественных условиях в облаках в верхних слоях атмосферы). При этом по результатам теоретического анализа и компьютерного моделирования известно, что минимальная температура, при которой вода все еще может существовать в метастабильном жидком состоянии, составляет около -45 °C, ниже которой переохлажденное состояние уже является неустойчивым.

Коллектив физиков из Германии, Франции, Испании и Италии под руководством Роберта Гризенти из Франкфуртского университета имени Гёте предложил использовать для переохлаждения микрокапель воды метод быстрого испарения в вакууме. Основной недостаток этого подхода состоит в том, что при таком охлаждении достаточно сложно точно определить температуру. Чтобы решить эту проблему, авторы работы предложили использовать метод комбинационного рассеяния света. Измерив смещение рамановского пика по частоте, можно с очень хорошей точностью определить распределение капель в струе по размеру, исходя из которого затем рассчитать потерю массы при испарении и после этого - температуру капли. Точность такого метода, по оценкам ученых, составляет около 0,5 °C.

С помощью предложенного подхода ученым удалось охладить капли, начальный размер которых составлял около около 6,3 микрон, до температуры -42,55 °C, что даже с учетом довольно большой погрешности примерно более чем на градус ниже предыдущего рекорда, определенного достоверным методом измерения. Авторы работы отмечают, что в одной из работ уже писали о переохлаждении капель даже большего размера до таких же температур, как и в данной работе, однако, по всей видимости, авторы предыдущего исследования не учли возможное нагревание капель в результате облучения. Надежность метода измерений температуры, предложенного в данной работе, еще предстоит проверить.

Ученые сообщают, что предложенный метод позволяет охлаждать и более крупные капли до достаточно низких температур. Кроме того, метод комбинационного рассеяния одновременно с размером капли дает возможность следить и за состоянием связи между кислородом и водородом внутри молекул и водородных связей между молекулами. Исходя из полученных данных, в будущем ученые надеются получить информацию об изменении структуры водородных связей в воде при переохлаждении до критически низких температур. По словам авторов исследования, результаты работы, в частности, помогут более детально изучить процессы, происходящие при кристаллизации льда в атмосфере, и построить более надежные климатические модели.

Читайте также: Физикам удалось охладить тело до рекордно низкой температуры

Поскольку скорость кристаллизации льда из переохлажденной воды очень велика, экспериментальное исследование этого процесса тоже довольно затруднительно. Чтобы наблюдать за фронтом кристаллизации, ученые, в частности, используют облучение короткими лазерными импульсами полутяжелой воды. С помощью такого метода американские физики описали кристаллизацию льда из воды, переохлажденной до температур от -90 до -10 °C и показали, что скорость роста кристалла в зависимости от температуры может отличаться на 11 порядков.

...

Еще по теме

Ученые переохладили воду до рекордно низкой температуры

Ученые переохладили воду до рекордно низкой температуры

7-01-2018, 00:12
Ученые создали экономный метод опреснения воды

Ученые создали экономный метод опреснения воды

5-01-2018, 13:56
Получено самое холодное вещество во Вселенной

Получено самое холодное вещество во Вселенной

31-08-2017, 15:50
Ученые: Вода состоит из двух разных жидкостей

Ученые: Вода состоит из двух разных жидкостей

27-06-2017, 23:37
Физикам удалось охладить тело до рекордно низкой температуры

Физикам удалось охладить тело до рекордно низкой температуры

14-01-2017, 14:55
Ученые из Тюмени научились контролировать левитирующие капли

Ученые из Тюмени научились контролировать левитирующие капли

10-11-2016, 14:41
Наука

Редактор раздела Наука
Написать на e-mail