Et tysk eksperiment har satt ny rekord for temperaturen til underkjølt vann. Illustrasjonsfoto: COLOURBOX
Et tysk eksperiment har satt ny rekord for temperaturen til underkjølt vann. Illustrasjonsfoto: COLOURBOX

Underkjølt vann

Verdens kaldeste flytende vann har en temperatur på -42,55 grader celsius

Ny rekord.

Et tysk eksperiment har satt ny rekord for temperaturen til underkjølt vann. Det har blant annet betydning for forståelsen av dannelse av is i atmosfæren, og utvikling av mere nøyaktige klimamodeller.

At vann kan underkjøles til veldig langt under det normale frysepunkt er velkjent, og med ganske enkle metoder kan man underkjøle vann til omkring -38 grader celsius.

En internasjonal forskergruppe ledet av Robert Grisenti fra J.W. Goethe-Universität i Frankfurt har ved det tyske forskningssenteret GSI - Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung ved Darmstadt nå gjennomført et eksperiment som har satt ny verdensrekord for underkjølt vann. Denne er nå på -42,55 grader celsius.

De har beskrevet eksperimentet og resultatene sine i en artikkel i Physical Review Letters.

Eksperimentet

Forskerne sendte en jetstrøm av dråper med en diameter på 6,38 mikrometer ved romtemperatur inn i et vakuumkammer med en hastighet på 22,2 m/s.

Det skjer en fordampning fra dråpene når de beveger seg gjennom kammeret. Det får dråpene til å bli både mindre og avkjøles. Diameteren av dråpen blir dermed et mål for temperaturen i den.

Over en lengde på 28,4 mm reduseres diameteren til 6,14 mikrometer, og det tilsvarer ifølge en beregning som tar utgangspunkt i den danske fysikeren Martin Knudsens modell for avkjøling ved fordampning, en temperatur på 230,6 +/-0,6 kelvin (-42,55 grader celsius).

Det begynte med Fahrenheit

  • Den hollandsk-tysk-polske fysikeren Daniel Gabriel Fahrenheit var den første som beskrev at vann kan underkjøles til langt under det normale frysepunktet. I en artikkel fra 1724 i Philosophical Transactions beskrev han flytende vann med en temperatur tilsvarende -9 grader celsius.
  • I en artikkel i Nature i 2000 beskrev Daniel Rosenfeld og William L. Woodley at små dråper av underkjølt vann med temperaturer på -37,5 grader celsius finnes i atmosfæren. Forståelsen av underkjølt vann og dets egenskaper, har derfor betydning for både vær- og klimafenomener.
  • Anders Nilsson og Lars G. M. Pettersson fra Stockholms Universitet beskrev i 2015 i Nature Communications de strukturelle egenskapene til vann, som har betydning for hvor mye vann kan underkjøles.

Størrelsen til dråpene er bestemt med en nøyaktighet på 10 nm ved hjelp av lasere.

Forskergruppen har sjekket denne modellen med en mer direkte bestemmelse av temperaturen ved hjelp av Raman-spektroskopi og oppnådd god overensstemmelse mellom dråpestørrelse og temperatur i intervallet ned til 234 kelvin. På bakgrunn av dette er de overbeviste om at også de minste registrerte dråpene har den angitte lave temperaturen, som altså er en ny rekord for underkjølt vann.

Singularitet omkring -45 grader celsius

Vann er på mange måter et usedvanlig materiale.

Når man avkjøler varmt vann, vil varmekapasitet til vannet under konstant trykk falle, slik det vanligvis er for andre flytende stoffer. Men avkjøler man vann under -35 grader celsius, vil varmekapasiteten veldig atypisk stige når temperaturen faller.

Samme forløp gjelder for den isotermiske kompressibiliteten. Målinger foretatt på 1970-tallet ned til -26 grader celsius, viser at den isotermiske kompressibiliteten divergerer og følger en formel som vil gjøre den uendelig omkring -45 grader celsius.

Det er derfor fullt mulig at man kan underkjøle vann enda mer, men neppe veldig mye. Den nøyaktige grensen vites ikke.

Artikkelen ble først publisert på Ing.dk

Kommentarer (8)

Kommentarer (8)