質問: 水の膨張 水を凍らした時の膨張量、圧力を知りたい 水は凍らせば、約4°C以下で体積膨張する事は、調べてなんとなくわかりました。 では、密閉容器(絶対変形しない=容積一定)に水を空気の隙間もなくいれ、 凍らしたとき、容器に加わる圧力はどのように計算できますか? また、0°Cから、だんだん温度が下がっても、体積膨張は起こるのですか? その際の圧力はどうなるのでしょうか? もしくは凍らないのでしょうか? まったく素人ですみませんが、教えてください。 自社製品の品質異常で困っております。
回答: 氷の圧縮率は、0[°C]付近で10^(-10)[pa^(-1)]程度です。 http://www.metro-u.ac.jp/~suzukitr/mec21.pdf 0[°C]で水が凍ると約10[%]の体積膨張になります。 この膨張を抑えるための圧力は、圧縮率が圧力によらないとして、 δp=0.1/10^(-10)=10^9[pa] 実際は、圧縮するほど圧縮されにくくなる(圧縮率が小さくなる)ので、これよりずっと大きくなるでしょう。 「密閉容器(絶対変形しない=容積一定)」の容器はできないでしょうが、これくらいの圧力を閉じ込める容器は実現できるでしょう。簡単には器壁を厚くすればいい。 また、水の状態図では、氷は0[°C]付近で圧力が高くなると融点が下がって解けますが、さらに高圧では、結晶構造が変わった氷になります。ちょうどこのあたりの圧力で、氷viになるような感じですね。 http://www.sci.osaka-cu.ac.jp/~yoshino/edu/water/chapter10.pdf また、氷も氷になってしまえば普通の個体と同じで、温度が下がれば、体積は縮み、温度が上がれば膨張します。氷の線膨張率は0[°C]で50.7×10^(-6)[/°C]だから、体積膨張率はこの3倍でしょうか。 http://ja.wikipedia.org/wiki/%e7%86%b1%e8%86%a8%e5%bc%b5%e7%8e%87