КАКОВА ТОЛЩИНА ФРОНТА ПЛАВЛЕНИЯ ЛЬДА?
https://doi.org/10.56304/S2079562924060411
EDN: QIMZCE
Аннотация
На основе измерений кинетики плавления ледяных шаров на воздухе при комнатной температуре (≈22°С) и в охлажденной (≲1∘{\CYRS}) воде с учетом измерений температуры как на поверхности шаров, так и внутри них, удалось оценить толщину фронта плавления льда. В обоих случаях входящий тепловой поток поглощается льдом в виде скрытой теплоты плавления внутри слоя, который мы называем фронтом плавления. Для описания кинетики таяния ледяных шаров построена модель этого процесса, учитывающая, что подвод тепла происходит через всю поверхность шара, причем площадь его поверхности уменьшается в ходе плавления. Измерения температуры на поверхности ледяных шаров и температуры внутри них дали ≈0.4 и 0°С соответственно. Модель имеет простое аналитическое решение. Рассмотрение кинетики плавления шаров на воздухе требует учета поправок, связанных с испарением воды. Измерение кинетики таяния в холодной воде производилось посредством измерения веса притопленного ледяного шара, внутрь которого вмораживался небольшой свинцовый шарик. Подгонка экспериментальных данных согласно предложенной модели позволила оценить толщину фронта плавления льда. В обоих случаях (таяние льда на воздухе и в воде) она оказалась равной примерно 3 мм.
При поддержке: Работа выполнена в рамках финансирования государственного задания НИЦ “Курчатовский институт”. Экспериментальная часть работы осуществлена при поддержке и с использованием оборудования Центра коллективного пользования КАМИКС (http://kamiks.itep.ru/; НИЦ “Курчатовский институт”).
Об авторах
И. С. Степанов
Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”
Россия
Россия
Л. И. Будаева
Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”
Россия
Россия
О. А. Разницын
Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”
Россия
Россия
М. В. Карпов
Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”
Россия
Россия
С. В. Степанов
Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”
Россия
Россия
Список литературы
1. Ubbelohde A.R. Melting and Crystal structure. 1965. London: Oxford Univ. Press.
2. Mazur P. “Life in the Frozen State” Principals of Cryobiology. Fuller B.J., N. Lane, Benson E.E. (Eds.). 2004. Boca Raton: CRC Press. https://doi.org/10.1201/9780203647073
3. Tikhonov A.N., Samarskii A.A. Equations of Mathematical Physics. 1963. New York: Pergamon Press.
4. Dash J.G., Rempel A.W., Wettlaufer J.S. // Rev. Mod. Phys. 2006. V. 78. P. 695. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.78.695
5. Stepanov I.S., Budaeva L.I., Stepanov S.V. // Colloid J. 2024. V. 86 (3). P. 488.
6. Bartels-Rausch T. // Nature. 2013. V. 494. P. 27. https://doi.org/10.1038/494027a
7. Maeno N. The Science of Ice. 1981. Sapporo: Hokkaido Univ. Press.
8. Fletcher N.H. // Philos. Mag. 1968. V. 18 (156). P. 1287. https://doi.org/10.1080/14786436808227758
9. Dzyaloshinskii I.E., Lifshitz E.M., Pitaevskii L.P. // Adv. Phys. 1961. V. 10. P. 165. https://doi.org/10.1080/00018736100101281
10. Wei W., Xiao S., Ni J. // Mol. Simul. 2010. V. 36 (11). P. 823. https://doi.org/10.1080/08927021003774287
11. Fitzner M., Sosso G.C., Cox S.J., Michaelides A. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2019. V. 116 (6). P. 2009. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1817135116
12. Mukherjee S., Bagchi B. // J. Phys. Chem. C. 2020. V. 124. P. 7334. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcc.0c02030
13. Mizuno Y., Hanafusa N. // Le J. Phys. Colloq. 1987. V. 48. P. C1-511. https://doi.org/10.1051/jphyscol:1987170
14. Kvlividze V.I., Kiselev V.F., Kurzaev A.B., Ushakova L.A. // Surf. Sci. 1974. V. 44. P. 60.
15. Asay D.B., Kim S.H. // J. Phys. Chem. B. 2005. V. 109 (35). P. 16760. https://doi.org/10.1021/jp053042o
16. Huang C., Wikfeldt K.T., Tokushima T., Nordlund D., Harada Y., Bergmann U., Niebuhr M., Weiss T.M., Horikawa Y., Leetmaa M., Ljungberg M.P., Takahashi O., Lenz A., Ojamae L., Lyubartsev A.P., Shin S., Pettersson L.G.M., Nilsson A. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2009. V. 106 (36). P. 15214. www.pnas.orgcgidoi10.1073pnas.0904743106.
17. Zemskaya L.I., Ilyukhina O.V., Karpov M.V., Stepanov S.V. // Phys. Wave Phenom. 2023. V. 31. P. 105. https://doi.org/10.3103/s1541308x23020115
18. Monserrat B., Brandenburg J.G., Engel E.A., Cheng B. // Nat. Commun. 2020. V. 11. P. 5757. https://doi.org/10.1038/s41467-020-19606-y
Рецензия
Для цитирования:
Степанов И.С., Будаева Л.И., Разницын О.А., Карпов М.В., Степанов С.В. КАКОВА ТОЛЩИНА ФРОНТА ПЛАВЛЕНИЯ ЛЬДА? Ядерная физика и инжиниринг. 2025;16(4):548-558. https://doi.org/10.56304/S2079562924060411. EDN: QIMZCE
For citation:
Stepanov I.S., Budaeva L.I., Raznitsyn O.A., Karpov M.V., Stepanov S.V. WHAT IS THE THICKNESS OF THE ICE MELTING FRONT? Nuclear Physics and Engineering. 2025;16(4):548-558. (In Russ.) https://doi.org/10.56304/S2079562924060411. EDN: QIMZCE
Просмотров:
16
Послать статью по эл. почте 