¿Densidad del hielo < agua?

En la situación de un cubo de hielo colocado en agua y eventualmente derritiéndose, se supone que la convección natural es el proceso en el que ocurre la transferencia de calor del agua al hielo.

Sin embargo, la convección natural en esta situación requiere un reemplazo continuo de partículas de agua cerca del cubo de hielo para transferir energía a las partículas de hielo, ya que las partículas de agua que transfieren energía pierden su energía y en el proceso aumentan de densidad. O eso pensé.

Pero en realidad, dado que la densidad del hielo es menor que la del agua, esto significa que las partículas agotadas de energía cerca del cubo de hielo en realidad disminuyen en densidad.

Entonces mi pregunta es, ¿cómo es posible la convección natural en este caso?

¿Las partículas de agua se mueven hacia arriba en este caso en lugar de hundirse?

¿Puedo ver un enlace o datos de simulación de un derretimiento de un cubo de hielo en agua?
La transferencia de calor de líquido a hielo no depende directamente de la convección. Vea mi respuesta a su pregunta anterior sobre el mecanismo de transferencia de calor.
Ubaid, cuando las moléculas de agua junto al hielo alcanzan los 4 grados C, se vuelven tan densas como pueden y se hunden hasta el fondo del recipiente. El agua más caliente toma su lugar. Además, tenga en cuenta que las tres formas de transferencia de calor siempre tienen lugar al mismo tiempo: convección, conducción y radiación.

Respuestas (2)

El agua es más densa en T = 4 ∘ C .

  1. Si el agua está más fría que 4 ∘ C , los pequeños volúmenes de agua, que se enfrían hasta 0 ∘ C alrededor del hielo, se expanden y su densidad disminuye y van más allá de la densidad del agua circundante, por lo tanto, se mueven hacia arriba.
  2. Si el agua está más caliente que 4 ∘ C , los pequeños volúmenes de agua, que se enfrían hasta 0 ∘ C , puede ser más denso o más escaso, dependiendo de qué tan cálida y escasa sea el agua a su alrededor. Pero los volúmenes de agua en 0 ∘ C se calentará hasta 4 ∘ C , lo que significa que son los volúmenes más densos y comienzan a hundirse.

En ambos casos hay una fina capa de agua en 0 ∘ C que puede moverse hacia arriba. Pero en el segundo caso, otra capa exterior puede moverse hacia abajo, más allá del cubo de hielo, proporcionando el efecto principal.

Bueno, eso es todo, supongo, por cierto, ¿obtuviste la información de las aguas que varían en densidad a diferentes temperaturas de una ecuación?
Es un cálculo físico-químico duro para demostrar que el agua es más densa en 4 ∘ C , e incluso se basa en parámetros empíricos más profundos. No creo que esté probado ab initio, es decir, desde la base misma de la mecánica cuántica. (Por cierto, es ciencia, así que en lugar de adivinar, debería darte referencias).
Una estimación de 4 grados C es lo suficientemente buena, pero para otras cosas sobre el agua, esta es una excelente referencia en línea: www1.lsbu.ac.uk/water/density_anomalies.html#density

Para que esta pregunta tenga sentido, el hielo tiene que estar flotando sobre el agua. Las diferencias de densidad que son importantes son entre una capa de agua líquida fría inmediatamente debajo del hielo flotante y el agua caliente líquida a granel debajo de esa capa. El líquido frío es más denso que el líquido caliente. Como está arriba (en gravedad), caerá. El líquido caliente fluirá por detrás. El agua caliente interactuará por conducción (colisiones moleculares) con el hielo frío. El agua caliente se enfriará (porque pierde calor) y el hielo se derretirá (porque gana calor). El ciclo de flujo de fluido convectivo continuará.

Consulte mi respuesta en esta publicación para obtener comentarios sobre las preocupaciones sobre cuándo se colocaría el hielo debajo del agua.

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