¿Cuáles son los efectos de generar hielo a partir de vapor de agua a gran escala?

Tomemos la escena más famosa de Frozen , donde Elsa crea su palacio de hielo en las heladas montañas. Ahora imagina a Elsa haciendo lo mismo al nivel del mar, en verano, donde las condiciones son aproximadamente SATP (es decir, 25 °C y 100 kPa). Suponga que la base científica de su poder es la capacidad de alterar localmente la temperatura hasta el punto de que el vapor de agua se deposite como hielo. Mis preguntas son: ¿Hay alguna consecuencia (además de la propia generación de hielo) de convertir en hielo tanto vapor de agua en la atmósfera? Por ejemplo, ¿eso causará un gran cambio en la presión del aire? Además, ¿exactamente cómo podrían verse alterados estos efectos por la ubicación de Elsa (y, por lo tanto, las condiciones termodinámicas a su alrededor)?

EDITAR: Soy consciente de que se necesitaría una enorme cantidad de aire para generar una cantidad sustancial de hielo. Suponga que Elsa tiene la capacidad de reunir esa cantidad de aire, ¿cuáles serían entonces las consecuencias atmosféricas o termodinámicas?

¿Cómo no se contradicen las etiquetas mágicas y basadas en la ciencia juntas?
Tenga en cuenta lo siguiente: a) debido a que generalmente no hay tanta agua en el aire, podría ser beneficioso si primero calentara el aire y la fuente de agua. Creo que esto es más lógico que juntar aire de alguna manera. b) Creo que deberías especificar qué tan altas se supone que son esas montañas. c) Se vuelve aún más complicado ya que congelar el aire no creará trozos sólidos (o montañas) de hielo, sino algo así como nieve. Creo que debería especificar exactamente lo que sucede para obtener una respuesta. ¿Quieres montañas nevadas? d) ¿Es capaz de confinar espacialmente los cambios de temperatura?
@Raditz_35 no necesita calentar el aire. Cuando obtiene agua del aire enfriado , una porción fresca de aire llegará del viento. El viento irá automáticamente debido a la diferencia de presión. Es un proceso común como el aire del mar cae nieve en las montañas
@ADS Si esto es lo que quiere el autor y dice que tiene otro plan. Creo que no querría eso. Es por eso que estoy preguntando. Hay demasiadas posibilidades para hacer esto y creo que recolectar aire como se especifica no es lo mejor. Seguro que hay alternativas... pero lo más probable es que tu sugerencia realmente arruine las cosas.
@JDługosz, la magia se considera con demasiada frecuencia sin consecuencias, pero las consecuencias científicas de una situación como esta pueden ser de mucho más interés que la magia misma.
@ Raditz_35 Reconozco que esta puede no ser la mejor manera de hacerlo, pero estoy interesado en las consecuencias de hacerlo de esta manera en particular.
@lightweaver Sigo pensando que debería especificar de esta manera, a menos que las respuestas sean lo que está buscando. Tal vez estoy malinterpretando completamente tu pregunta, en este caso no importa. Creo que hay un número arbitrario de respuestas legítimas a su pregunta (lo que no significa que tenga la intención de escribir una en cualquier caso)

Respuestas (3)

Para crear hielo a partir del aire, se necesitan estos pasos:

  1. condensar el vapor a liquido
  2. enfriar el líquido
  3. congelar el líquido en hielo

Cada uno de estos pasos libera una cantidad sustancial de calor. Digamos que para practicar Elsa va a crear 1 gramo de hielo (para escala, el hielo formado al condensar un cubo de agua de 2 cm de lado pesaría 8 gramos); esto liberaría (reverso de un cálculo de sobre):

  • condensación: 2272 J
  • enfriamiento de 100 C a 0 C: 418 J
  • congelación: 333,5 J

Total = 3023 J, que es aproximadamente la energía de una masa de 1 kg lanzada a 77 m/s.

Crear 1 tonelada de hielo implica por tanto la extracción y liberación de 3 GJ, lo que corresponde a lo que se obtiene quemando 88 kg de coque (el carbón, no la cola).

Supongo que es mejor que Elsa libere ese calor lejos del hielo, si el castillo tiene que mantenerse en pie.

El aire seco resultante, al ser más denso que el aire húmedo, tendería a fluir hacia abajo, lo que daría como resultado vientos descendentes similares al phoen.

Como está utilizando una precisión de cuatro dígitos en otro lugar, obtuvo la densidad del hielo un poco mal. Es menos de 1 g por cm ^ 3, o el hielo no flotaría.
@om tienes razón, estaba pensando en el agua en un cubo de ese tamaño, pero en la prisa de escribir lo olvidé. Editado para arreglarlo
Entonces, ¿el aire circundante se volvería inmensamente caliente? ¿Es la temperatura lo único que cambia en el aire?
Estoy un poco confundido. Para condensar el vapor, debe enfriar el volumen de aire del que obtiene el agua. Para obtener hielo hay que soplar esta agua. Por supuesto, de acuerdo con la ley de conservación de la energía, algo debe calentarse en alguna parte. Pero... esto es magia, y lo más probable es que la energía liberada esté demasiado lejos del palacio de hielo (solo para evitar que se derrita). [Quizás una nueva estrella brillará en el muy, muy lejano galáctico]. Supongo que el aire que rodea el palacio se enfriaría . No es obvio por tu respuesta ya que te enfocaste en liberar energía .
@ADS tienes razón, si el mago es hábil debería descargar el exceso de calor en otro lugar (creo que se enseña en las lecciones básicas de las clases de magia)
No tendrá que enfriarse completamente desde 100C, el vapor de agua es mucho más frío que eso.

La presión alrededor del hielo sin duda disminuiría a medida que el agua se condensa dejando un vacío. Pero este vacío absorbería rápidamente y restauraría la presión circundante a lo que era antes. Obviamente, en climas más cálidos sería más difícil enfriar el vapor de agua en hielo. Además, en climas más secos sería más difícil crear el hielo ya que hay menos contenido de agua en el aire (lugares como el desierto en comparación con la selva tropical). Por último, sería más fácil crear hielo donde hay mayor presión (como el nivel del mar en lugar de las montañas de Elsa). Esto se debe a que el punto de congelación aumenta con el aumento de la temperatura y, por lo tanto, el vapor de agua tendrá que enfriarse menos.

Para obtener agua del vapor, debe enfriar el aire circundante. Para congelar el agua en el hielo, necesita enfriamiento adicional. Por supuesto, algo debe calentarse para equilibrar la energía. Pero ese algo está muy, muy lejos y fuera de alcance. Concentrémonos en el palacio y sus alrededores.

Dado que el aire cercano al palacio se ha enfriado, se ejecutan procesos como la ventisca [El aire frío baja, el aire cálido y húmedo sale y luego se enfría y libera vapor. El viento se ha levantado.] Podríamos estimar qué tan grande sería. De acuerdo con la respuesta de L.Dutch, necesita 3 × 10 6 julios para obtener 1 tonelada de hielo. El palacio es grande por lo que podría constar de cientos y miles de toneladas. Consigamos 100.000 toneladas. Necesitamos 3×10 6 ×10 5 = 3×10 11 J de energía. Según esta estimación , esto es 10 6 veces más pequeño que 'un huracán maduro', por lo que podríamos esperar una ventisca realmente pequeña.

Tenga en cuenta que el huracán del enlace tiene un radio de 60 km y dura 1 día. Debido al proceso muy rápido, se podría esperar una ventisca moderada pero en un área muy pequeña .

¿Cuáles son los efectos de generar hielo a partir de vapor de agua a gran escala?
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