¿Cómo podría explicar científicamente el aliento helado?

Yo no usaría nitrógeno líquido. Yo usaría dióxido de carbono líquido, CO2 . Hay algunas razones para esto.

Físico

El CO2 puede existir como líquido a temperatura ambiente bajo suficiente presión. El nitrógeno no puede ya que su temperatura crítica es mucho más baja. En términos sencillos, a cualquier temperatura por encima de 126 K (-147 C), la densidad (y otras propiedades) del nitrógeno gaseoso y el nitrógeno líquido se vuelven idénticas, por lo que no hay distinción entre gas y líquido y no se produce enfriamiento por vaporización cuando se libera la presión. Entonces, si usa nitrógeno, su dragón necesitará una forma de almacenar nitrógeno líquido y un medio para generarlo.

El CO2, por otro lado, puede existir como líquido a temperatura ambiente si se le aplica suficiente presión (56 atm a 20C). Cuando se libera la presión a través de una válvula simple, las moléculas se liberan de las fuerzas de atracción en el líquido, lo que requiere energía y, por lo tanto, provoca el enfriamiento. Esto es exactamente lo que sucede cuando se utiliza un extintor de incendios de CO2. (aunque la idea es sofocar el fuego, un efecto secundario es la producción de hielo seco).

Diversión con extintores (¡no intentes esto en casa!) https://www.youtube.com/watch?v=Z3xyqfCZmSU

Cuando el CO2 se vaporiza requiere 3 veces más energía por unidad de masa que el nitrógeno líquido, por lo que su efecto refrigerante a temperatura ambiente sería mayor. Irónicamente, es precisamente por esto que tiene una temperatura de punto de ebullición más alta que el nitrógeno líquido: -78C a presión atmosférica en lugar de -195C. (Como complicación adicional, el punto de congelación del CO2 es superior a -78 °C, por lo que solo puede existir como líquido cuando su punto de ebullición aumenta debido a la alta presión).

http://www.engineeringtoolbox.com/fluids-evaporation-latent-heat-d_147.html

Químico / bioquímico

¿De dónde saca el dragón su gas? Si es nitrógeno, tendrá que obtenerlo de la atmósfera y licuarlo de alguna manera, ya sea mediante un expansor o mediante un ciclo de refrigeración separado, los cuales parecen biológicamente imposibles.

Si usa CO2, puede generarlo químicamente, y es posible que ya esté bajo presión. Ella puede hacer esto de varias maneras:

1. Utilice el metabolismo normal. Sin embargo, es poco probable que sea posible acumular altas presiones de CO2 de esta manera, sin hacer que la sangre se vuelva demasiado ácida.
2. Usa el CO2 de su aliento de fuego, si lo hay. Esto sería altamente ineficiente y nuevamente tendría el problema de generar CO2 a temperatura ambiente.
3. Ve a un páramo congelado y come CO2

4. Come tiza y úsala para generar CO2, a través de la reacción CaCO3 + Ácido = Sal de Ca + CO2. El ácido podría provenir del metabolismo normal.

5. En cuanto a 4, excepto que el ácido proviene de una fuente externa. Por ejemplo, el dragón puede ir a un volcán y darse un festín con azufre (azufre) que luego puede quemar (produciendo un aliento ardiente sin el inconveniente de tener que generar grandes cantidades de combustible a través del metabolismo). Cuando no respira fuego, el dragón puede convertir lentamente el azufre en SO3 y H2SO4 en su vientre, y hacerlos reaccionar con tiza para producir CO2 bajo presión. Esta es una forma completamente realista para que un dragón produzca un aliento helado sin problemas de metabolismo o ingeniería mecánica. El único problema que queda son los materiales, que siempre han sido un problema con los dragones que escupen fuego de todos modos.

Otros gases

Otros gases adecuados incluyen el propano (nuevamente, requiere más energía por unidad de masa que el nitrógeno para la vaporización que el nitrógeno, y puedo decir por experiencia que una salpicadura de propano "se siente" más fría que el nitrógeno). El dragón podría optar por respirar propano helado, o en su lugar enciéndelo y exhala fuego.

El monóxido de carbono, CO es otra posibilidad (altamente tóxico y moderadamente inflamable además de ser un gas) pero su punto crítico está muy por debajo de la temperatura ambiente, como el nitrógeno. Varios organismos existentes utilizan ácido fórmico como arma, y ​​el ácido fórmico se descompone catalíticamente en monóxido de carbono y agua.

El dióxido de azufre encaja con la idea del azufre. Tiene un punto de ebullición de -10C, que es quizás un poco alto, y es tóxico y corrosivo. Generar SO2 químicamente bajo presión sería difícil debido a la necesidad de oxígeno atmosférico, a menos que el dragón respirara el aire y se sumergiera a grandes profundidades como un cachalote para comprimir el oxígeno.

El enfriamiento adiabático podría funcionar para esto . Entre otras cosas, el principio general se usa en la creación de nitrógeno líquido, por lo que ciertamente puede enfriar las cosas lo suficiente.

En este escenario, el dragón respira un vórtice de aire a una presión extremadamente alta, similar a un tubo de vórtice de aire . A medida que el vórtice sale de la boca del dragón, se expande y, al hacerlo, enfría el espacio por el que fluye. Si se enfría ese espacio lo suficiente, el vapor de agua debería condensarse rápidamente; si se enfría más, el vapor de agua debería congelarse rápidamente. Combinado con el viento del aliento del dragón, tienes algo que parece respirar hielo y proyectarlo hacia adelante, aunque el dragón en realidad solo respira aire.

Esto requiere que el dragón pueda producir presiones extremadamente altas en sus pulmones y resistir el calor generado al comprimir el aire a tales temperaturas, por lo que el dragón (o al menos su sistema respiratorio superior) no podría ser "débil contra el fuego". como se ve en algunas historias y videojuegos. El dragón también necesitaría poder liberar el gas a través de su boca con estas fantásticas presiones sin romperse los huesos de la cara. Pero no requiere que el dragón contenga o genere sustancias exóticas.

Puedes crear una versión mucho menor de este efecto tú mismo, simplemente soplando. Trate de expulsar aire a un ritmo constante, pero altere la apertura de la boca. A medida que tu boca se hace más grande, el aire que estás soplando debería sentirse más cálido. Encoge tu boca muy pequeña y el aire se vuelve más frío: no vas a hacer hielo de esta manera, pero deberías poder sentir la diferencia de temperatura. Mi sugerencia es esencialmente este efecto, escrito muy grande.

Una forma específica en que un dragón podría lograr esto sería a través de la reacción endotérmica del cloruro de amonio, que se encuentra en la naturaleza (en las regiones volcánicas) y el hidróxido de bario, que se puede sintetizar a partir de la naturaleza. El hidróxido de bario se puede formar agregando agua al óxido de bario , que se forma calentando carbonato de bario .que también se encuentra en la naturaleza (aunque ciertamente no en las regiones volcánicas). Incluso si el dragón tuviera dificultades para calentar el carbonato de bario a la temperatura adecuada, podría forzar la reacción mediante el uso de catalizadores/enzimas y eliminando constantemente el dióxido de carbono de la vejiga (un proceso biológico estándar) que contiene el carbonato de bario, desplazando el equilibrio hacia el estado de óxido de bario. El óxido de bario resultante podría filtrarse lavando la vejiga con algo como etanol que disuelve el óxido de bario, pero no el carbonato de bario. El dragón también puede proporcionar calor a la mezcla al ingresar a una fuente termal u otra sutileza volcánica.

El cloruro de amonio no es particularmente venenoso e incluso a veces se usa como saborizante de alimentos. El óxido de bario es un problema mayor, ya que es bastante venenoso; sin embargo, si se digiere como carbonato de bario y se procesa en una vejiga separada, no veo por qué sería un problema.

El dragón podría almacenar el óxido de bario disuelto en etanol hasta que estuviera listo para liberar su aliento helado, momento en el que bombearía agua al óxido de bario, que se precipitaría rápidamente del etanol a medida que se convertía en hidróxido de bario, que es principalmente insoluble en etanol. El hidróxido de bario octahidratado es un cristal, por lo que el etanol restante y la mezcla de agua en exceso ayudarían a enjuagar la suspensión en la vejiga de cloruro de amonio. Esta mezcla sería luego expulsada rápidamente a la atmósfera. La mezcla se enfriará a ~-20°C (dependiendo de los volúmenes), lo cual es suficiente para congelar a la mayoría de los animales. Como beneficio adicional, también obtienes un fuerte olor a amoníaco, que es muy atmosférico (sin juego de palabras).

El nitrógeno líquido parece ser la respuesta obvia. Es inerte, el nitrógeno crudo está disponible en abundancia en nuestra atmósfera y producirlo no es totalmente imposible.

Todo lo que necesita es que el dragón tenga algún tipo de vejiga de nitrógeno, donde acumula nitrógeno de la atmósfera (esto es bastante factible mediante procesos biológicos).

Cuando está lo suficientemente llena, la vejiga se contrae para aumentar significativamente la presión. Esto calienta el gas, por lo que necesita un sistema de enfriamiento (es decir, flujo de sangre) para eliminar el calor, luego continúa el proceso (opcionalmente agregando más nitrógeno) hasta que se vuelve líquido.

Sabemos que algunas formas de vida (como los camarones pistola ) pueden usar procesos biológicos para crear brevemente presiones impresionantemente altas; la parte problemática probablemente sería mantener la presión (lo que también evita que el dragón se congele desde adentro), pero dado que aparentemente ya tienes dragones voladores, esto solo requiere un pequeño movimiento manual adicional.

Cuando el dragón quiera usar su "aliento", expulsará el nitrógeno como una corriente de alta presión. Dependiendo de la dispersión de esta corriente, puede tener un largo alcance y cubrir un objetivo distante con el líquido súper frío, o puede esparcirse, de modo que el nitrógeno se evapore, enfriando un volumen relativamente mayor.

Realmente hay dos posibilidades que puedo ver de improviso:

1. Reacciones químicas endotérmicas . Esta es una reacción química en la que se toman dos reactivos y, cuando se juntan, consumen calor como parte de la reacción. Entonces tu dragón podría almacenar los dos por separado, y el "aliento" sería donde los dos se cruzan y golpean, consumiendo calor y congelando el área.

2. Cambios de presión. Piense en los diagramas de fase : básicamente, a medida que aumenta la presión, el punto de congelación de los líquidos disminuye. Lo que esto significa para usted es que un animal con un área de almacenamiento de alta presión podría tener, digamos, agua sobreenfriada almacenada en forma líquida por debajo de lo que normalmente se congela. Luego podría liberar el agua como arma de aliento, e inmediatamente se cristalizaría y se convertiría en hielo debido a la menor presión, congelando al enemigo.

Creo que los productos químicos endotérmicos son su mejor apuesta, aunque presumiblemente hay alguna razón por la que las criaturas no los han desarrollado en la Tierra.

1. Reacción endotérmica , o al menos espero que se llame así: así como hay algunas reacciones exotérmicas (que producen calor), también hay reacciones endotérmicas que obtienen todo el calor de la reacción, congelándola efectivamente.

Entonces, además:

2. No sería aliento, sino saliva . En alguna parte escuché que el veneno de las serpientes evolucionó a partir de saliva realmente amarga. Aceptándolo como verdad, habría especies de dragones con muy (???) escupitajos que causarían un poco de reacción endotérmica en la piel de la presa.

3. Funcionará solo específicamente Usando mi escaso conocimiento básico de biología y la sabiduría de videos divertidos de Internet, supondría que tales dragones solo podrían congelar animales (peludos): su saliva causaría una reacción endotérmica en el cuerpo de su presa, haciendo que se congele hasta la parálisis o la muerte. No sugeriría que un dragón así pueda congelar todo .

4. Haz dragones que escupan lejos para tener éxito Tiene sentido evolutivo. Cuanto más lejos puedas escupir, más fácil tendrás a tu presa.

5. Conecte el escupir con el sonido Para que parezca que realmente exhalan el "invierno" (los escupitajos azules podrían funcionar).

Aquí tienes. No es sólido como una roca, pero creo que es una teoría plausible con la que trabajar.

Creo que el nitrógeno líquido es una opción viable por todas las razones mencionadas por Mike L. Este enlace también brinda una explicación sobre cómo el tejido vivo podría sobrevivir a la congelación: puede meter la mano de forma segura en nitrógeno líquido, que se evapora. al efecto Leidenfrost

*Acabo de agregar un comentario, pero necesito más representantes.

¿Supongo que su dragón es del molde convencional y, por lo tanto, puede volar? Entonces, él/ella simplemente necesita volar a una altitud decente (entre los cirros, tal vez) donde la temperatura está naturalmente por debajo de la congelación, y luego respirará cristales de hielo sin necesidad de trucos adicionales.

Creo que el animal requeriría:

1. La capacidad de soportar temperaturas bajo cero dentro de su cuerpo. Quizás con mucho aislamiento interno y un fuerte sistema de calor interno, esto sería factible.

2. Necesitaría una glándula que produzca químicos que puedan congelar rápidamente objetos. El nitrógeno líquido es el producto químico aquí. Su animal tendría que poder producir y almacenar mucho para poder usarlo como arma principal en la batalla.