Wie lange braucht Wasser zum einfrieren. Gibt es da eine Formel?

3 Antworten

Wenn du eine Formel suchst, wird es deutlich komplizierter, da es nicht nur auf die Umgebungstemperatur ankommt, sondern auch auf Dinge wie:

- Welche Masse Wasser?

- Welcher Salzgehalt hat das Wasser?

- In welchem Gefäß (Material, Wandstärke, Form) ist das Wasser?

- Gibt es Luftbewegung?

Und sicherlich noch Dinge, die mir nicht auf Anhieb eingefallen sind.

Es kommt auf die Menge an. Im Zeitalter von PET-Flaschen kann eigentlich jeder den Test für geringe Mengen und -18°C machen.

Einen Ozean wirst Du vermutlich in 1000 Jahren nicht komplett einfrieren können.

Mit einem handelsüblichen Kühlschrank wird das sowieso schwierig. :D

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Ne ganz genaue Formel gibts da nicht (zumindest nicht ohne weiteres...), aber wenns dir ausreicht, das ganze grob zu approximieren, gehts so:

Wasser (im Sinne von H2O) hat eine spezifische Wärmekapazität von 4182 J/(kg*K).

Bedeutet: Fügst du 4182 Joule an thermischer Energie einem Kilogramm Wasser hinzu, erwärmt es sich um 1,0 Kelvin; beim Abzug thermischer Energie kühlt es entsprechend ab.

Die "Kühlleistung" eines Kühl-/Gefrierschrankes kann man in J/h angeben (Joule pro Stunde). Je höher diese ist, desto schneller sinkt die Temperatur.

Also rechnen wir in Schritt 1:

t_K=(4182*m)/P

Mit "t_K" für die Anzahl Stunden, die benötigt werden um das Wasser um 1 Kelvin abzukühlen; "m" für die Masse des Wassers (kg) und "P" für die Kühlleistung (J/h).

Als nächstes brauchen wir die Anfangstemperatur des Wassers.

Wenn wir als Ziel genau 0°C haben, entspricht "delta_T" der aktuellen Temperatur.

Damit ergibt sich für die Gesamtdauer:

t=delta_T*t_K

Mit "t" für die Gesamtdauer in Stunden, "delta_T" für den Temperaturunterschied in Kelvin/°Celsius und "t_K" für den im vorigen Schritt ermittelten Wert.

Beispielrechnung:

m = 0,5 kg
P = 10000 J/h
t_K = (4182 * 0,5) / 10000 = 0,2091 h/K
delta_T = 20°C
t = 20 * 0,2091 = 4,182 h

Wir frieren also nen halben Liter Wasser ein, der zu Anfang eine Temperatur von 20°C hat.

Der verwendete Kühl-/Gefrierschrank entzieht dem Wasser 10000 Joule pro Stunde. Also dauert es 4 Stunden 10 Minuten und 55,2 Sekunden bis das Wasser gefriert.

ACHTUNG:

Diese Berechnung ist SEHR rudimentär und eignet sich bestenfalls um die Dauer grob zu überschlagen...

Abhängig von den Bedingungen beim Einfrieren (Luftdruck, Lufteinschlüsse, Luftbewegungen, Salzgehalt, genereller Mineralgehalt, uvm.) kann die tatsächliche Dauer durchaus um einen nicht geringen Betrag abweichen...

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