Чому вода при замерзанні розширюється

Це питання сягає своїм корінням у сиву давнину. Очевидно, що щільність льоду менше води. Саме з цієї причини крижинки завжди плавають зверху води. Якщо ви згадуєте стакан з віскі, в якому кубики льоду падають на дно – у віскі щільність істотно відрізняється від води і це порівняння не до місця. Не всі рідини поводяться при зміні умов однаково. Вода унікальна. Так давайте спробуємо розібратися, як же вона себе веде при охолодженні в різних умовах.

Як відбуваються зміни щільності води при охолодженні

лідЛід завжди буде знаходитися на поверхні, і його щільність дорівнює 917 кг на 1 метр кубічний. Вода ж має щільність рівну 1000 кілограмів на метр кубічний при температурі в 25 градусів Цельсія. З подальшим зниженням температури щільність води зростає до 4 градусів, але потім при зниженні температури нижче 3.98 градусів Цельсія щільність води починає стрімко знижуватися аж до утворення з рідини шматка льоду.

А що ж при температурних змінах відбувається з об’ємом?

З обсягом чудес ніяких не виникає і все відбувається закономірно. Відштовхуючись від практичних досліджень можна помітити, що найвищу щільність і найменший обсяг вода має при температурі в 3.98 градусів Цельсія. Ця та буде точка відліку.

При підвищенні температури вода збільшується в об’ємі, але незначно. Так відбувається до кипіння. Щільність води при кипінні в нормальних атмосферних умовах дорівнює 9.584 кілограма на метр кубічний і температурі в 100 градусів Цельсія. При підвищенні тиску вода в посудині закипає при більшій температурі. Це властивість наочно проявляється в скороварці – чим більший тиск, тим швидше готуються продукти, так як температура кипіння практично будь-якої рідини зростає.

Як поводиться кристалічна решітка під час зміни агрегатних станів?

КРИСТАЛІЧНА РЕШІТКААле при зниженні температури води нижче нашої точки відліку (3.98 градусів Цельсія) вода також розширюється. А пов’язано це з глобальним перестроюванням кристалічної решітки рідкої речовини в тверде. Кристалічні решітки в першу чергу відповідають агрегатному стані досліджуваного речовини. Вода унікальна і здатна перебувати в трьох агрегатних станах одночасно – рідкому, твердому і газоподібному.

При зниженні температури рідини з точки відліку до нуля відбувається перехід з одного агрегатного стану в інше з різкою зміною щільності та обсягу. Щільність стрімко знижується, а обсяг різко збільшується під час перетворення з води кристалів льоду. Тим самим вода при температурі в 1 градус Цельсія матиме щільність приблизно в 980 кілограмів на метр кубічний, а при подальшому охолодженні її до 0 щільність знизиться до 917 кг / м куб. При подальшому охолодженні щільність льоду не змінюється і лід не здатний утворюватися з рідини надзвичайно довго. Обсяг льоду, отриманого з відносно чистої води, в 1.1 рази перевищує обсяг води при нормальних температурних умовах.

Як відбувається утворення льоду на морях і великих водоймах?

ЯК ВІДБУВАЄТЬСЯ ОСВІТА ЛЬОДУ НА МОРЯХ І ВЕЛИКИХ водоймах?Процес льодоутворення на відкритій водній гладі, який в народі називають людством, насправді має низку характерних особливостей і має деякі відмінності, зумовлені характерними особливостями розглянутого водойми.

З неглибокими водоймами часто все зрозуміло. Але слід пам’ятати, що в місцях впадання в них струмків і на стёках, лід через рух більш-менш теплих вод значно тонше основного шару.
Глибокі водойми консервуються крижаним покровом завжди значно пізніше. Обумовлено це тим, що верхній шар вод охолоджується і плавно осідає на низ, змішуючись по дорозі з більш теплою водою. В результаті цього кругообігу біля берегів з’являється вже значний шар крижаного покриву, а на глибоких ділянках водойми і раніше є ополонки, які загрожують життю зазівався рибалкам.

А в морях взагалі ситуація із замерзанням сама незвичайна, так як в морі вода солона. Сіль в складі води збільшує її щільність і робить її стійкою до промерзання. Можете перевірити все на практиці. За допомогою солі можна з води зробити дуже густий і тягучий розчин, що нагадує кисіль з неймовірно високою щільністю і практично не замерзаємо при температурі до -25-30 градусів Цельсія. Але для цього в воді доведеться розчинити досить велика кількість солі.

У морі ж солоність води вимірюється в проміле. І її зміст в кожному море відрізняється. Але замерзає морська гладь зазвичай найостаннішої. У морі є великі глибини, завдяки яким його поверхню надовго зберігає рухливість. Крижинки при сильному морозі вже в більших кількостях присутні в морській воді, проте через хвиль у них важко виходить скувати його поверхню.

Чому в промерзлій посудині зокрема випадків вириває дно?

утворення льоду в посудиніДля отримання відповіді на дане питання варто розглянути весь процес утворення льоду в посудині. Якщо вода, охолоджуючи рухається на низ, то лід, що утворився з води буде накопичуватися по краях судини. Це буде тривати до тих пір, поки вся поверхня води не покриється суцільним шаром.

Потім рух водних мас не зупиниться. Води залишається все менше, а лід продовжує намерзати. Причому намерзає він як раз на нижню частину утворилася кірки. Але так відбувається на початковому етапі. Потім кірка вже щільно схоплюється зі стінками посудини і не дає постійно прибуває льоду себе піднімати.

Отже, виникає сила, яка в рівній мірі впливає на верхній шар, який покритий льодом і дно нашого судини. Напруга всередині судини продовжує зростати. Тиск виникає і на стінки. Але на стінки воно впливає значно нижче. В результаті страждає найбільш слабка частина судини, зокрема випадків якої виявляється саме днище. У сусідів з великою площею поверхні даного ефекту вдається уникнути. Та просто на поверхні води виростає сталагміт – крижаний бугор.

Ссылка на основную публикацию