Hipotermia (termodynamika)

Spontaniczna krystalizacja przechłodzonej cieczy w przypadku awarii

W termodynamice hipotermia odnosi się do niestabilnego stanu po spadku temperatury , jeśli w rzeczywistości jest to przejście fazowe spowodowane chłodzeniem , np. B. krzepnięcie powinno nastąpić, ale jest zahamowane. Istnieje kilka typów dochładzania, opóźnienia zamarzania, opóźnienia kondensacji i opóźnionej przemiany fazowej ciało stałe-ciało stałe. Czasami przesycenie , które jest spowodowane ochłodzeniem, jest również liczone jako hipotermia.

Zamrażania opóźnienie chłodzenie cieczy pod zamarzanie bez tego zestalania . Ogólnie ten efekt jest również znany jako przechłodzony stop . Zatem przechłodzona ciecz lub stop ma niższą temperaturę przy danym ciśnieniu, niż odpowiada jej stanowi fizycznemu . Zaszczepianie najmniejszymi zarazkami , ewentualnie także przenoszenie impulsów w postaci drgań, prowadzi do samoistnej krystalizacji z uwolnieniem entalpii topnienia . Dlatego hipotermia nazywana jest metastabilnąStan substancji. Obszar ten nazywany jest również obszarem Ostwald-Miers .

Substancja (przeważnie bardzo czysta), która pozwala na stan przechłodzonego stopu, a tym samym umożliwia magazynowanie energii w postaci ciepła ( magazynowanie ciepła utajonego ). Efekt ten stosowany jest między innymi w ogrzewaczach dłoni .

powód

Przyczyną tego efektu jest to, że do zmiany stanu fizycznego często konieczne jest podejście krystalizacyjne. Na przykład kryształki lodu rosną tylko na kryształkach lodu i niektórych innych układach. Jeśli te podejścia do krystalizacji nie są obecne, wówczas krystalizacja, a tym samym zmiana stanu agregacji, nie może wystąpić, nawet jeśli byłaby możliwa ze względu na temperaturę.

Historyczny

Odkrywcą hipotermii jest Israel Conradi (1634–1715), lekarz medycyny i znany gdański przyrodnik . W 1677 roku zgłosił dużą liczbę eksperymentów na zimno, w których odkrył również hipotermię. Daniel Gabriel Fahrenheit opisał w 1724 roku, że mógł schłodzić przegotowaną wodę w wciąż stojących naczyniach około czterech stopni poniżej punktu zamarzania bez jej krzepnięcia. W przypadku wibracji dochodziło jednak do nagłego częściowego zamarznięcia, a woda wnikała igłami lodu. Charles Blagden opisał swoje badania nad opóźnieniem zamarzania wody w 1788 roku i odkrył, że czystsza woda ma tendencję do większej hipotermii. Joseph Louis Gay-Lussac schłodził wodę pokrytą warstwą oleju do -12 stopni bez zamarzania.

linki internetowe

Indywidualne dowody

  1. ^ Gabriel O. Gomes, H. Eugene Stanley, Mariano de Souza: Enhanced Grüneisen Parameter in Supercooled Water . W: Scientific Reports . taśma 9 , nie. 1 , 19 sierpnia 2019, ISSN  2045-2322 , s. 1-8 , doi : 10.1038 / s41598-019-48353-4 ( nature.com [dostęp 4 stycznia 2020]).
  2. ↑ a b Ludwig Darmstaedter, René Du Bois-Reymond, Carl Schaefer (red.): Podręcznik Ludwiga Darmstaedtera o historii nauk przyrodniczych i technologii . W ujęciu chronologicznym. Julius Springer, Berlin 1908, rozdz. 1788 , s. 143 ( online w Internet Archive [dostęp 7 maja 2017 r.]): „Hipotermia po raz pierwszy zaobserwowana przez J. Conradiego (patrz 1677 C.)”
  3. ↑ Ludwig Darmstaedter, René Du Bois-Reymond, Carl Schaefer (red.): Podręcznik Ludwiga Darmstaedtera o historii nauk przyrodniczych i technologii . W ujęciu chronologicznym. Julius Springer, Berlin 1908, rozdz. 1788 , s. 249 (dostępne online w Internet Archive [dostęp 7 maja 2017 r.]): „1677 Israel Conradi [...] po raz pierwszy opisuje hipotermię wody”
  4. ^ Hans-Jürgen Kämpfert: Conradi, Karl Friedrich Freiherr von. Darczyńcy szkolni. W: Biografia NRD. Kulturportal West Ost, dostęp 4 maja 2017 .
  5. ↑ Christian Freiherr von Wolff (red.): Wszystkie przydatne próby . W efekcie droga do dokładniejszego poznania przyrody i sztuki jest utorowana. taśma 2 . Renger, Halle 1747, VIII Od upałów i zimna, s. 345 ( ograniczony podgląd w wyszukiwarce książek Google [dostęp: 4 maja 2017 r.]): „Uczony lekarz z Gdańska Israel Conradi, który A. 1677 miał dużą liczbę eksperymentów wydrukowanych na zimno”
  6. ↑ Abraham Gotthelf Kästner (red.): Biblioteka fizyczna . w którym prezentowane są najwybitniejsze prace przyrodnicze, z wieloma dodatkami i ulepszeniami. Johann Wendlern, Lipsk 1754, 7. Z powietrza. §12, s. 193 ( ograniczony podgląd w wyszukiwarce książek Google [dostęp 4 maja 2017 r.]): „Israel Conradi zebrał niektóre informacje o naturze i skutkach zimna w 1677 r. W specjalnych dysertacjach”.
  7. ^ Israel Conradi: Dissertation medico-physica de frigoris natura et effectibus . Monastery of Oliva (monasterii Olivensis) 1677 (łacina, ograniczony podgląd w Google Book Search [dostęp: 4 maja 2017 r.] MDCLXXVII = 1677).
  8. ↑ a b Ernst Mach : Zasady teorii ciepła . Historycznie i krytycznie rozwinięte. Johann Ambrosius Barth, Lipsk 1896, Historyczny przegląd rozwoju kalorymetrii, s. 163 (dostępne online w Internet Archive [dostęp: 4 maja 2017 r.]).
  9. ^ A b Daniel Gabriel Fahrenheit : Experimenta & Observationes De Congelatione Aquae in Vacuo . Factae a DG Fahrenheit, RSS In: Philosophical Transactions . taśma 33 , nie. 381-391 , 1724, ISSN  0261-0523 , s. 78–84 , doi : 10.1098 / rstl.1724.0016 (łac. Royalsocietypublishing.org [dostęp 7 maja 2017]).
  10. ^ Charles Blagden : Eksperymenty z chłodzeniem wody poniżej jej punktu zamarzania . Przeczytaj 31 stycznia 1788. W: Royal Society (red.): Philosophical Transactions of the Royal Society of London . taśma 78 . Londyn 1788, s. 125–146 , doi : 10.1098 / rstl.1788.0011 , JSTOR : 106652 (angielski, Blagden używa skali Fahrenheita , tj. Temperatura zamarzania wody wynosi 32 °): „woda destylowana łatwo toną o wiele stopni poniżej 32 °, nadal trwa płyn [...] największe ochłodzenie następowało zwykle wtedy, gdy woda była najbardziej przejrzysta ”
  11. ↑ Rudolf Plank : Podstawy termodynamiki (=  Handbuch der Kältetechnik . Tom 2 ). Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 1953, ISBN 978-3-642-88487-0 , The Thermal quantities in the wet steam area, s. 105 , doi : 10.1007 / 978-3-642-88486-3 ( ograniczony podgląd w Google Book Search [dostęp 7 maja 2017 r.]).