какими образами воду можно охладить до температуры меньше 0 градусов?

Answer 1

Чистая вода отсутствие пыли и сотрясений. Переохлаждённая вода называеться.
Для этого вам нужна дистиллированная вода, это очищенная вода, которая, практически, не содержит посторонних включений. Эту воду можно купить в магазине «автозапчасти» или на автозаправке.
После того как вы её купили, дело осталось за малым, нужно поставить бутылку в морозильник, и оставить её на всю ночь замерзать.
Утром, открыв холодильник, вы увидите, что вода не превратилось в лёд! Аккуратно её достаньте, не взбалтывайте и не делайте с ней никаких резких движений. Теперь, вы можете выбрать 2 пути, либо резко поставить бутылку на стол, либо, открыть бутылку и начать выливать воду в блюдце. Если вы ударите об стол, то увидите, как вода внутри бутылки начнёт замерзать!
А если будете лить в блюдце, то, выливаясь, вода будет так же мгновенно замерзать! Почему же так происходит?
Всё дело в том, что дистиллированная вода не имет примесей. А это значит, что в ней нет областей, где начнёт происходить кристаллизация. Это как, например, с жемчугом, жемчуг начинает образовываться, только если внутрь раковины моллюска попадает песчинка, или другой посторонний предмет. Только тогда начинает формироваться жемчужина.
С водой тоже самое, если бы там была бы маленькая песчинка, то вода замерла бы, и замерзание началось именно с песчинки. Когда же мы бьём, или выливаем переохлаждённую воду, то выводим её из состояния устойчивого термодинамического равновесия.

Answer 2

в целом очень просто: поместить в замкнутую систему (хотя не обязательно замкнутую, но так интуитивно проще понять процесс) , общая средня энергия которой (с учётом этой самой воды) ниже энергии воды при температуре 0 градусов.

В силу постоянно растущей термодинамической энтропии, обязательно когда-то наступит такой момент, что вода охладится до температуры ниже нуля. . На самом деле закон гласит, что энтропия всего лишь не должна уменьшаться, но это именно из-за того, что она не может расти и тогда, когда уже максимальна.