[natuurkunde] bevroren tank

[EmilioS]

Hallo,
Ik ben erg benieuwd naar de druk in een bevroren waterkolom of tank.
Bovenin zit nog lucht, de tank is niet elastisch en open van boven (voor het gemak).
Zal bij bevriezing het water uitzetten alleen naar boven toe of zal de zijwaartse druk op de wand ook toenemen?

Bij een regenton wordt vaak gezegd helemaal of bijna helemaal leeghalen in de winter.
Zal het water niet alleen naar boven toe uitzetten of zet het ook altijd zijwaarts naar de wand uit (aangenomen deze is recht en niet elastisch)?

[Jan van de Velde]

Opmerking moderator

Verplaatst naar Praktische wetenschappen

Water in zo'n tank (of emmer) bevriest altijd van boven naar onder(en van de tankwand naar binnen). Gevolg is dat zich een deksel/zuiger van ijs bovenin je tank vormt, vastgevroren aan de tankwand. En dat is een recept voor ellende.

[boertje125]

Als de wand volledig star is zal het water naar boven uitzetten als het bevriest.
de kracht daarvan is zo groot dat de ijs deksel omhoog wordt gedrukt
(ijs krimpt weer gewoon als het nog kouder wordt)

als de wand flexibel is zal het ijs naar alle kanten uitzetten

[Xilvo]

Met een zeer sterke starre tank of juist een elastische heb je geen probleem.
Maar een niet heel sterke tank kan inelastisch, dus blijvend, vervormen of scheuren/barsten.

Verder, om misverstanden te voorkomen, ook bij heel lage temperaturen blijft ijs meer volume innemen dan toen het water was.

[HansH]

Met een zeer sterke starre tank of juist een elastische heb je geen probleem.

ik was op zoek naar gegevens om via de samendrukbaarheid van ijs en de uitzetting van water naar ijs uit te rekenen hoeveel druk je daarvoor nodig hebt om het ijs in hetzelfde volume te houden als het water dat het eerst was. Nog niet geonden maar ik denk dat je dan over een enorme hoge druk praat.

[Xilvo]

... uit te rekenen hoeveel druk je daarvoor nodig hebt om het ijs in hetzelfde volume te houden als het water dat het eerst was.

Ik weet wel zeker dat je dan gigantische drukken nodig hebt.

Het is een ander verhaal als je een tank hebt waar een laag water in staat, een kuip zo je wil.
Wat gebeurt precies tijdens het bevriezen, wanneer vormt het zich nog naar de tank, wanneer is het te star geworden.

Interessant probleem waar ik niet direct een antwoord op heb.

[HansH]

Er is een significant verschil tussen vervormen en samendrukken. Vergelijk het maar met een stuiterbal. die kun je met 2 vingers indrukken vanaf de zijkant. maar om het volume van de stuiterbal met 1% te verkleinen zal niet lukken met 2 vingers, waarschijnlijk ook niet met een hydrolische pers. Vandaar dat je zelfs een rotsblok kunt splijten door er water in op te sluiten en dat te bevriezen.

[boertje125]

ijs heeft het grootse volume als het net van water naar ijs is overgegaan.
het is dan nog relatief flexibel
bij nog kouder worden krimpt het weer zoals een normale vaste stof

een bevriezende massa water is dus een heel complex iets.
water opsluiten en dan bevriezen kan niet
er zijn dan twee mogelijkheden je constructie scheurt open of je water wordt geen ijs maar blijft onderkoeld water
de eerste is het meest waarschijnlijk als je koud genoeg gaat

[tempelier]

Dit verhaal hoor je veel en berust op een misvatting.

Vroeger toen de singels in de winter nog bevroren werden de kanten er van echt niet weggedrukt.

Dat komt omdat de ijslaag van onderen aangroeit.
Het ijs wordt dus dikker maar niet breder.

Pas als het ijs moet stijgen maar dat niet kan gaat het fout.
Ook als het heel snel gebeurd omdat dan ijsvorming door het geheel plaats vind.

[boertje125]

ijs in de sloot kan ruimte maken door hol of bol te gaan staan.
verder vriest het bijna nooit overal tegelijk dicht zodat het water wordt weggedrukt opzij of de bodem in
opzij drukken van de walkanten is niet aan de orde (de wal is ook bevroren)
als vorst de wal beschadigd wordt de wal de sloot in gedrukt door het uitzettende water in de grond

[tempelier]

Ik heb in mijn kinderjaren op heel wat ijs gelopen, maar nooit stond het hol of bol.

[HansH]

ik heb in mijn kinderjaren wel eens een bolstaand plastic regenton gezien die helemaal bevroren was met een bol staande bodem. lijkt overigens wel alsof vorst en veel ijs op die manier iets is geworden van heel lang geleden.

[boertje125]

ik wel
soms werd het aan de kanten los van het water gedrukt en zakt je er daar nog ff door.

[Xilvo]

bij nog kouder worden krimpt het weer zoals een normale vaste stof

Uiteraard. Maar "normaal", hexagonaal, ijs krimpt nooit meer tot het de dichtheid van water heeft.

[HansH]

ijs heeft ook stromingseigenschappen (net zoals glas), zie bv hoe dat werkt bij gletsjers. Dus dat het zich zet in een sloot naar de ruimte die er is verbaast me niet. zolang er maar ruimte is.