Za izvedbo eksperimenta smo morali najprej izbrati podlago, ki bi jo lahko ohladili na dovolj nizko temperaturo in na njej opazovali pojav. Izbrali smo jeklen predmet z dovolj veliko ravno površino in ne zanemarljivo toplotno kapaciteto, ki smo ga hladili z zmesjo soli, ledu in vode, katere temperaturo smo namerili približno -20 °C.
Ko se je predmet ohladil na želeno temperaturo, smo ga vzeli iz posode s hladilnim medijem, ga obrisali in čim hitreje začeli z izvedbo eksperimenta.
Poskrbeli smo za temno ozadje, primerno osvetlitev in na stativ pritrdili mobilni telefon z dodatnim makro objektivom. Kapljico smo tvorili z natančno injekcijo in opazovali pojav. Link, v primeru, da video spodaj ne deluje: http://www.youtube.com/embed/fbf1rNE7_gQ
Točne temperature podlage med izvedbo eksperimenta z razpoložljivimi pripomočki žal ni bilo mogoče spremljati, zato smo se odločili vpliv temperature podlage na pojav preveriti z dodatno meritvijo, pri kateri smo podlago ohladili s tekočim dušikom, ki ima temperaturo vrelišča -196 °C. Da bi lahko laže na kapljici opazili tudi kristaliziranje vodne pare iz zraka, smo v bližini kapljice z ultrazvočnim oddajnikom potopljenim v vodo generirali dodatno vodno paro. Link, v primeru, da video spodaj ne deluje: http://www.youtube.com/embed/pQ_7uejkT0o
Meritve, ki smo jih za obdelavo poskusa potrebovali, so predvsem dimenzije kapljice, ostale podatke pa smo poiskali v tabelah:
Privzemimo, da ima kapljica obliko krogelne poloble. Za radij vzemimo oceno približno
Od tod sledi volumen kapljice
Temu volumnu priredimo kroglo z istim volumnom. Njen radij je
Površinska napetost za vodo je γ=0,07 N/m, gostota vode je ρ=1 kg/(dm)^3.
Po zgornji enačbi torej iz navedenih podatkov izračunamo Bondovo število
Vidimo, da ima sila gravitacije v primerjavi s silo površinske napetosti zelo majhen vpliv in jo lahko zanemarimo.
Slika 7: Zmrzovanje kapljice s pripisano časovno odvisnostjo pri -20°C.
V teoretičnem delu poročila smo prišli do enačbe, ki nam opiše časovno spreminjanje debeline ledene plasti:
Plast se torej debeli sorazmerno s kvadratnim korenom časa. Najprej izračunajmo čas zmrzovanja v primeru, ko je podlaga ohlajena na približno -20°C.
pri čemer smo za h vzeli kar radij kapljice rkaplj.=2 mm in za ΔT=15K ± 5K,
ρled=0,9 kg/(dm)^3 ,
qt=336 kJ/kg,
λ=2,2 W/mK;
Iz podatkov dobimo rezultat
t=18s ± 11s.
Eksperimentalno je bil čas zmrzovanja približno 19s ± 1s.
Glede na privzete poenostavitve je ocena relativno dobra.
Slika 8: Zmrzovanje kapljice s pripisano časovno odvisnostjo pri T ≈ -100 °C.
Sedaj izračunajmo še čas zmrzovanja za poskus z dušikom.
Za temperaturno razliko smo vzeli ΔT=100K ± 50K, za povprečn radij kapljice pa rkaplj.=3 mm.
Iz podatkov dobimo rezultat
t=6,8s ± 5,7s.
Eksperimentalno je bil čas zmrzovanja približno 7s ± 1s.
Tudi v tem primeru se rezultati, kljub nenatančni meritvi, ujemajo.
Izračunani in izmerjeni rezultati so primerljivi, tako da lahko rečemo,da smo teorijo eksperimentalno dokazali. Odstopanja se pojavljajo, ker nismo neprekinjeno merili temperaturno spremembo podlage. Natančneje pa bi morali pomeriti tudi dimenzije kapljice, ki smo jih za izračun le ocenili. Menimo, da bi bile meritve zanesljivejše, če bi poskus ponovili večkrat za isto temperaturno razliko.
Slika 9: Tvorba ledenih kristalčkov pri T ≈ -100°C.
Voda lahko absorbira ogromne količine toplote in pri tem samo malo spremeni svojo temperaturo, čista voda ne zmrzne do –38 °C, ko se s pokom trenutno spremeni v led, od –38 °C do –120 °C se nahaja v samo zmrznjeni kristalni obliki, pod –120 °C lahko zavzame strukturo ultraviskozne vode, pod –135 °C postane voda trdna, steklena, brez kakršnekoli kristalne strukture.