{"id":135018,"date":"2015-10-22T09:01:29","date_gmt":"2015-10-22T06:01:29","guid":{"rendered":"http:\/\/www.fyysika.ee\/?p=135018"},"modified":"2015-10-22T09:06:41","modified_gmt":"2015-10-22T06:06:41","slug":"pakatavad-rahasalved-ehk-jaa-ja-vee-struktuur","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.fyysika.ee\/?p=135018","title":{"rendered":"Pakatavad rahasalved ehk j\u00e4\u00e4 ja vee struktuur"},"content":{"rendered":"

Carl Barksi klassikalises koomiksis \u201eSuur rahasalv Seisaku m\u00e4el\u201c [1] t\u00e4idab Onu Robert, j\u00e4rgides Piilupart Donaldi n\u00f5uannet, oma rahasalve veega, et seda Penipoiste eest kaitsta. Kahjuks juhtub see olema \u00fcks Pardilinna k\u00fclmemaid \u00f6id. Vesi j\u00e4\u00e4tub ja l\u00f5hub varasalve kolme meetri paksused seinad. Selle tulemusel p\u00e4\u00e4seb valla hiiglaslik rahaga t\u00e4idetud j\u00e4\u00e4kamakas, mis libiseb m\u00e4est alla otse Penipoiste hoovi.<\/strong><\/p>\n

Franco Bagnoli (franco.bagnoli@unifi.it \u2013 DOI: 10.1051\/epn\/2015301,\u00a0F\u00fc\u00fcsika ja astronoomia osakond ning kompleksse d\u00fcnaamika teaduskeskus Firenze \u00dclikool, Itaalia \u2013 Via G. Sansone, 150019 Sesto Fiorentino (FI) Itaalia<\/em><\/p>\n

J\u00e4\u00e4tuva vee paisumine on k\u00f5igile teada-tuntud fakt. Just see n\u00e4htus p\u00f5hjustab s\u00fcgavk\u00fclma j\u00e4etud \u00f5llepudelitega tihti palju pahandust. Aga miks vesi niimoodi k\u00e4itub? Ja mis veel keerulisem, kuidas seda n\u00e4htust lihtsalt ja arusaadavalt selgitada?<\/p>\n

K\u00f5igepealt tuleb meeles pidada, et temperatuur on seotud molekulide kineetilise energiaga. Molekulid aga eelistavad p\u00fcsida miinimumenergia seisundis. Kui v\u00f5tta aluseks lihtne palli mudel, siis on aatomid miinimumenergia seisundis paigutunud kompaktsemalt kui rohkem energiat n\u00f5udvas (korrap\u00e4ratus) struktuuris. See seadusp\u00e4rasus ei kehti vee puhul.<\/p>\n

\"36293_7793s\"<\/a>

Joonis 1<\/p><\/div>\n

Veemolekulid meenutavad kujult Miki Hiire pead (vt joonis 1), kellel on k\u00f5rvadeks kaks vesinikuaatomit. Et vee kristalli struktuur on olemuselt kolmem\u00f5\u00f5tmeline, on seda keeruline joonistada. Siinkohal on hea kasutada Mercedes-Benzi mudelit [2].<\/p>\n

\"36294_7794s\"

Joonis 2<\/p><\/div>\n

Selles mudelis kujutatakse veemolekule kuulsa Mercedes-Benzi s\u00fcmbolina (vt joonis 2) ning miinimumenergia seisund saavutatakse kahe teraviku \u00fchinemisel (suunamata vesinikside). Mercedes-Benzi molekule on \u00fcsna lihtne papist valmistada, et inimesed saaks nendega n\u00e4htuse l\u00e4bi m\u00e4ngida.<\/p>\n

Selle mudeli abil on kerge selgitada miinimumenergia seisundiga kaasnevat t\u00fchimikku j\u00e4\u00e4 struktuuris (vt joonis 3, parempoolne osa) ja p\u00f5hjendada j\u00e4\u00e4 v\u00e4iksemat tihedust veega v\u00f5rreldes. Samuti v\u00f5ib selle abil n\u00e4itlikustada taasj\u00e4\u00e4tumise n\u00e4htust (j\u00e4\u00e4 sulab r\u00f5hu all ja j\u00e4\u00e4tub uuesti, kui r\u00f5hku v\u00e4hendada). P\u00fcsiva j\u00e4\u00e4 struktuuri saamiseks tuleb k\u00f5igepealt v\u00e4hendada veemolekulide kineetilist energiat. Seej\u00e4rel tuleb \u00fcletada van der Waalsi j\u00f5ust tulenva seose ja vesiniksideme energeetiline erinevus, st soojus peab eralduma. Makrok\u00e4sitluses nimetatakse esimest vee soojusmahtuvuseks (vee erisoojus: c<\/em> = 4,187 kJ\/kg\u00b7K) ja teist j\u00e4\u00e4 sulamissoojuseks (\u03bb<\/em>\u00a0= 334 kJ\/kg). Kui tahta veel j\u00e4\u00e4 temperatuuri alandada, tuleb eraldada energiakogus, mis vastab j\u00e4\u00e4 erisoojusele (2,108\u00a0kJ\/kg\u00b7K).<\/p>\n

\"36295_7795s\"

Joonis 3<\/p><\/div>\n

Carl Barksi koomiksis \u00fctleb Onu Robert korduvalt, et tema rahasalve maht on kolm kuupaakrit, mis ilmselgelt ei vasta t\u00f5ele, sest aaker on pindala \u00fchik. Kui oletada, et kuubi iga k\u00fclg on aakri suurune (umbes 4000 m2<\/sup>), on serv umbes 60 m ja maht V<\/em> ligikaudu 200 000 m3<\/sup>. Mul ei \u00f5nnestunud leida andmeid korrap\u00e4ratult pakitud m\u00fcntide kohta (paistab, et selles valdkonnas on uuritud ainult kerasid ja M&Mi komme [3]), seega tegin ma ise 174 k\u00fcmnesendise m\u00fcndiga v\u00e4ikse katse. Pakkimistiheduse tulemus oli umbes 0,55, mis on palju v\u00e4iksem kui keradel (0,64), kuid n\u00e4ha on piiratud ruumala m\u00f5ju1<\/sup>. Seega on vee koguhulk m\u00a0<\/em>= 0,45\u00b72\u00b7105<\/sup>\u00b7103<\/sup> = 9\u00b7107<\/sup>kg. Oletades, et algul on rahasalv (ja selles olev vesi) temperatuuril t<\/em> = 10\u00b0C, tuleb 0\u00b0C temperatuuriga j\u00e4\u00e4 saamiseks eraldada soojushulk m<\/em>\u00b7(c<\/em>\u00b7t+k)<\/em> = 3,4\u00b71013<\/sup> J. Arvestamata j\u00e4\u00e4b m\u00fcntide soojusmahtuvus (vasel v\u00f5i messingil vaid 0,4 kJ\/kg\u00b7K) ja seinte soojusmahtuvus (umbes 0,8 kJ\/kg\u00b7K). Kui j\u00e4\u00e4tumine toimub n\u00e4iteks 5 tunni jooksul, on jahutusv\u00f5imsus umbes 2 GW! Vee k\u00fclmutamine pole t\u00f5epoolest kerge \u00fclesanne. Seet\u00f5ttu pannaksegi viljapuude l\u00e4hedusse veet\u00fcnnid, et neid k\u00fclma eest kaitsta. L\u00f5petame nuputamis\u00fclesandega: milline on veetemperatuur merep\u00f5hjas?2<\/sup><\/p>\n

Viited<\/strong><\/p>\n

[1]\u00a0\u00a0 http:\/\/coa.inducks.org\/story.php?c=W+WDC+135-02<\/a> (1951). Internetis k\u00e4ttesaadav lehek\u00fcljel http:\/\/it.paperpedia.wikia.com\/wiki\/File:-Big_bin_on_killmotor_hill.pdf<\/a><\/p>\n

[2]\u00a0\u00a0 K.A.T. Silverstein, A.D.J. Haymet, K.A. Dill, J. Am. Chem. Soc. <\/em>120, 3166 (1998).<\/p>\n

[3]\u00a0\u00a0 A. Donev, I. Cisse, D. Sachs, E.A. Varano, F.H. Stillinger, R. Connelly, S. Torquato, P.M. Chaikin, Science <\/em>303, 990 (2004).<\/p>\n

1<\/sup>Selle abil saame v\u00e4lja arvutada, kui rikas on Onu Robert. \u00dchedollarilise m\u00fcndi maht on umbes 1,1 cm3 <\/sup>ja pakkimistiheduse 0,55 juures v\u00f5tab see enda alla ligikaudu 2 cm3<\/sup>. Jagades V selle arvuga, saame tulemuseks umbes 1011 <\/sup>dollarit, sada tuhat miljonit ehk sada miljardit.<\/p>\n

2<\/sup>Anal\u00fc\u00fcsime seda olukorda k\u00f5igepealt magevee tingimustes (s\u00fcgava j\u00e4rve puhul). Meie mudeli j\u00e4rgi on vee tihedus suurim temperatuuril veidi \u00fcle nulli (reaalsel puhtal veel on see umbes 4\u00b0C). Madalamal temperatuuril tekivad vees tihti j\u00e4\u00e4sarnased struktuurid, kus on rohkelt vesiniksidemeid. Need muudavad tiheduse v\u00e4iksemaks, j\u00e4\u00e4 tiheduse suunas. K\u00f5rgema temperatuuri korral domineerivad van der Waalsi j\u00f5ud ja vesi k\u00e4itub rohkem tavavedeliku moodi. Soolasisaldus veidi muudab olukorda, tahkumistemperatuur on seal madalam ja vee maksimumtihedus samuti v\u00e4iksem. Seega on ookeanip\u00f5hjas veetemperatuur umbes 3\u00b0C.<\/p>\n

Artikkel on originaalis saadaval aadressil http:\/\/www.europhysicsnews.org v\u00f5i\u00a0http:\/\/dx.doi.org\/10.1051\/epn\/2015301<\/a><\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Carl Barksi klassikalises koomiksis \u201eSuur rahasalv Seisaku m\u00e4el\u201c [1] t\u00e4idab Onu Robert, j\u00e4rgides Piilupart Donaldi n\u00f5uannet, oma rahasalve veega, et seda Penipoiste eest kaitsta. Kahjuks juhtub see olema \u00fcks Pardilinna k\u00fclmemaid \u00f6id. Vesi j\u00e4\u00e4tub ja l\u00f5hub varasalve kolme meetri paksused seinad. Selle tulemusel p\u00e4\u00e4seb valla hiiglaslik rahaga t\u00e4idetud j\u00e4\u00e4kamakas, mis libiseb m\u00e4est alla otse Penipoiste […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":135021,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_genesis_hide_title":false,"_genesis_hide_breadcrumbs":false,"_genesis_hide_singular_image":false,"_genesis_hide_footer_widgets":false,"_genesis_custom_body_class":"","_genesis_custom_post_class":"","_genesis_layout":"","footnotes":""},"categories":[3],"tags":[],"class_list":{"0":"post-135018","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-opetamine","8":"entry"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/135018","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=135018"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/135018\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/media\/135021"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=135018"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=135018"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.fyysika.ee\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=135018"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}