Širjenje ledu pri zmrzovanju. Lastnosti vode: »Navadni čudeži« v našem življenju

Zdi se, da bi lahko bilo pogostejši od ledu? IN srednji pas V Evraziji, kjer zima traja več mesecev, na severu, kjer zima traja večji del leta, in celo v južnih goratih predelih sta sneg in led pogosta sestavna dela pokrajine.

Sam proces nastajanja ledu pa je nenavaden. Poglejmo na primer, kako se spremeni prostornina vode pri prehodu iz tekočega v trdno stanje, torej ko zmrzne. Ta sprememba se zgodi na popolnoma drugačen način kot druge snovi, ki jih poznamo. Vsi, razen bizmuta in galija, se med ohlajanjem skrčijo in zmanjšajo svojo prostornino. Med strjevanjem se njihov volumen bistveno zmanjša v primerjavi z enako maso taline.

Ko voda zmrzne, se zgodi ravno obratno – gostota ledu se zmanjša, prostornina pa se poveča za 10 % v primerjavi s prostornino, ki jo zavzema ista masa vode.

Ljudje že dolgo poznajo to lastnost ledu. Ker tega niso znali pojasniti, so ga kljub temu uspešno uporabili. Mogočne zgradbe v severni Evropi so bile postavljene iz več sto kilogramov težkih kamnitih monolitov. Za izdelavo takšnih blokov so v skalah izbijali razmeroma plitke utore ali pa izbirali ustrezne razpoke. Pred nastopom zimskega mraza so jih napolnili z vodo, nastali led pa je deloval kot eksploziv. Tako potrpežljivo, leto za letom, so ljudje drobili najtrdnejše kamnine in s širjenjem vode, ko je zmrznila, pridobivali gradbeni material. Zdaj lahko znanost razloži razlog za ta pojav. Kot je razvidno iz sl. 1.8 se sprememba prostornine z nižanjem temperature zgodi na nenavaden način. Sprva se voda obnaša kot mnoge druge tekočine: postopoma se zgosti in zmanjša svojo prostornino. To opazimo do 4°C (natančneje do 3,98°C). Pri tej temperaturi je, kot da se bliža kriza. Nadaljnje ohlajanje ne zmanjšuje več, ampak postopoma povečuje prostornino. Gladkost se pri 0°C nenadoma prekine, krivulja preide v strmo ravno črto, prostornina pa se nenadoma poveča za skoraj 10 %. Voda se spremeni v led.

Očitno pri 3,98° začne toplotna interferenca pri nastajanju asociatov toliko slabeti, da se pojavi možnost neke strukturne preureditve vode v ledu podobna ogrodja. Molekule so medsebojno urejene, ponekod se oblikuje heksagonalna struktura, značilna za led1.

Ti procesi v tekoči vodi tako rekoč pripravijo popolno strukturno prestrukturiranje in pri 0 °C se zgodi: tekoča voda postane led - kristalna trdna snov. Vsaka molekula dobi priložnost, da se prek vodikovih vezi poveže s štirimi

Sem soseda. Zato v ledeni fazi voda tvori odprto strukturo s »kanali« med fiksnimi skupinami vodnih molekul.

Verjetno je še ena posebna lastnost vode povezana s strukturnim prestrukturiranjem - nenaden skok toplotna kapaciteta med faznim prehodom voda-led. Voda pri 0°C ima specifično toplotno kapaciteto 1,009. Specifična toplotna kapaciteta vode, spremenjene v led pri isti temperaturi, je za polovico manjša.

Zaradi posebnosti strukturnega prehoda "voda - led", v območju 3,98 ... 0 ° C, naravni rezervoarji zadostne globine običajno ne zamrznejo do dna. Z nastopom zimskega mraza se zgornje plasti vode, ki se ohladijo na približno +4 ° C in dosežejo največjo gostoto, potopijo na dno rezervoarja. Te plasti prenašajo kisik v globino in pomagajo enakomerno porazdeliti hranila. Na njihovem mestu se toplejše vodne mase dvignejo na površje, se zgostijo, ohladijo ob stiku s površinskim zrakom in, ko se ohladijo na +4 °C, potonejo globlje. Mešanje se nadaljuje, dokler se kroženje ne izčrpa in je rezervoar pokrit s plavajočo plastjo ledu. Led zanesljivo ščiti globine pred popolno zmrzovanjem - navsezadnje je njegova toplotna prevodnost veliko manjša od vode.

Zdrav način življenja postaja vsako leto bolj priljubljen. Ljudje nehajo kaditi, se začnejo ukvarjati s športom, štejejo kalorije v hrani, ki so jo zaužili na dan, nadzorujejo odvečne teže. Obstaja kar nekaj športov...

Tehnologija tiskanja širokega formata vključuje replikacijo tiskarski izdelki velikih parametrov na posebnih “širokih tiskalnikih” in risalnikih. Zahvaljujoč uporabi tako zmogljive sodobne opreme je mogoče pridobiti tiskovine različnih formatov A1, A2, A3 in...

Izolacija je pomemben proces pri vsaki prenovi doma. navsezadnje bo od tega odvisna trajnost posamezne stene in fasade kot celote. Danes proizvajalci ponujajo široko paleto materialov za izolacijo - mineralne ...

segret plamen, v drugem pa enaka količina toplote iz razmeroma hladnega železa.

Eksperimenti so pokazali, da v obeh primerih ni razlik, zato je toplota, obravnavana glede na njeno sposobnost segrevanja teles in spreminjanja njihovega stanja, količina, ki je predmet natančnega merjenja in ne more predstavljati kvalitativnih razlik.

K. Maxwell. "Teorija toplote" % 1883.

Širjenje vode pri zmrzovanju.

Od 4°C naprej. do ledišča se voda med ohlajanjem širi, ko se spremeni v led, pa pride do njene ekspanzije hitro in nenadno. Led, kot veste, plava na vodi, ker zaradi širjenja postane lažji od nje.

Sila, s katero pride do tega širjenja vode, ko zmrzne, je ogromna. Da bi dobili predstavo o tej napetosti, naredimo poskus: vodo nalijemo v železno posodo, katere stene so debele pol palca. Količina vode ni velika, a napolni posodo; nato se tesno zapre s pokrovom, privitim na vrat. Vzamemo drugo podobno plovilo. Obe posodi potopite v hladilno mešanico. Postopoma se ohlajajo, voda v njih doseže točko največje gostote in nedvomno v tem trenutku ne napolni popolnoma steklenic, ampak v njih pusti majhno praznino. Toda kmalu se stiskanje vode ustavi in ​​začne se širiti; praznina se počasi polni; voda postopoma prehaja iz tekočega stanja h trdna, njena prostornina se poveča, stene železne posode pa se temu povečanju prostornine upirajo. Toda njihov odpor je nemočen proti molekularnim silam: molekule so preoblečeni velikani. Zasliši se trk: steklenica poči s kristalizirajočimi delci; isto se zgodi z drugo steklenico.

V drugem poskusu so debele stene topniške bombe počile z glasno eksplozijo: bombo so napolnili z vodo, jo dobro privili in dali v kad s hladilno mešanico. Ko izvajate ta poskus, morate kad pokriti z debelim platnom: ko tega nisem naredil, so se drobci bomb vrgli do stropa.

Zdaj razumete učinek zmrzali na vodovodne cevi v hišah. Običajno se misli, da cevi počijo, ko se led v ceveh stopi *), v resnici pa do tega pride med zmrzovanjem:

*) Zaradi slab toplotna prevodnost stene in prst, hladno zelo počasi približno odide skozi njim in doseže oskrba z vodo cevi V hiše (še posebej V kleti) z vedeti spoštljivo zamujanje je pogosto samo potem, Kdaj zunaj zgradba imel čas že po mraz pridi no taljenje; V to, Avtor: vse verjetnosti, in naj glej razlog običajni ne gre napačne predstave kot da vodovod cevi izbruh ne V zamrzovanje, A V odtajati, tiste. ne od zmrzovanje voda, A od taljenje led.- Comp.

• >

  Domnevam, da ker je led lažji od nezamrznjene vode, prvi ledeni kristali priplavajo na površje, se med seboj združujejo in v zgornjem delu pride do zmrzovanja hitreje.

  Omeniti velja, da je na drugi strani konvekcija, ki bo delovala ravno nasprotno, dvignila toplejšo vodo na vrh in preprečila nastanek ledu tam. Vendar se mi zdi, da se s počasnim, enakomernim zamrzovanjem ta učinek izravna.

• Kako zapreti POLN kozarec vode?

  Se strinjam. Popolno tesnjenje tukaj ne deluje. Torej, lepljenje spajke na vrhu, dokler voda ne izteka. Mimogrede, pri segrevanju s spajkalnikom na mestu spajkanja dejansko nastane vodna para.

  Očitno se bo prostornina vode vrnila na prvotno vrednost. Vendar zaradi česa - obstaja domneva, da ne bo stisnjeno dno (postalo je zelo obokano), ampak stranska stena pločevinke.

  Če bi bil kozarec popolnoma zaprt, potem bi bila stranska stena stisnjena. Toda zrak še vedno pride noter. Zato se po odmrzovanju izkaže, da se na vrhu pojavi zrak, med zamrzovanjem se dno še bolj iztisne in tako naprej, dokler popolnoma ne bruha.

  P.S. Danes sem kozarec odmrznil in ga dal na drugo zamrzovanje. Poglejmo, kaj bo iz tega ...

• 1. Poskušal sem ga spajkati, ni uspelo! Lahko sem ga skuhal samo polavtomatsko (električno varjenje), zamrznil, odmrznil, dno se ni umaknilo, sem mislil, da je zaradi zraka, vzel drugi kozarec, spajkal cev iz komore, preveril z zrakom za 2 atm, ne pušča, napolnjena z vodo, brez zraka! zmrznjen, odmrznjen, stranice se komaj umaknejo, pregled po eni uri, pojavi se prekomerni pritisk in zdi se mi, da se pri zmrzovanju in odmrzovanju vode sprosti zrak, ki je v njej raztopljen, zato se stranice ne umaknejo
  2, voda kristalizira od zgoraj (reka pozimi, sod vode) led je lažji od vode, mislim, da je tudi hladno prevoden.
• Pločevinka je enaka kot tvoja od mleka, vse se je zgodilo tako kot pri tebi, po odmrzovanju je napetost nekoliko padla. Odmrzoval sem na sobni temperaturi. Mislim, da je vredno upoštevati temperaturo vode. V mojem primeru je 7 stopinj, verjetno vpliva tudi sobna temperatura, 25 stopinj. Zdaj preverjam, kaj se bo zgodilo, če kozarce postavimo na bok s šivom zgoraj in šivom spodaj!
• > 1. Zakaj se zamrznjena voda iztisne iz spodnjega pokrova, na zgornjega pa praktično ne vpliva?
  Menim, da postopek zamrzovanja, glede na to, da je bil kozarec v plastični posodi, ni potekal enakomerno. Najprej je začelo zmrzovati zgornji del pločevinke, ker je bilo bližje mrazu, spodnji del se je nahajal kje med stenami plastike in železnico. Zrak v pločevinkah je bil nekoliko toplejši kot od zgoraj. Poleg tega je zaledenitev v zgornjem delu pločevinke dala dodatno trdnost, vendar se je voda, ki se je spremenila v led, razširila in pritiskala na tekočino v spodnjem delu pločevinke. banke.
• > 1. Zakaj se zamrznjena voda iztisne iz spodnjega pokrova, na zgornjega pa praktično ne vpliva?

  1. na vrhu se oblikuje led. to je posledica dejstva, da se hladilna voda (in ne zamrznjena voda, kot piše avtor) dvigne na vrh, ker se pri ohlajanju (od 4 stopinj do 0) gostota zmanjša.
  2. hlajenje (in ne zmrzovanje vode, kot piše avtor), zaradi povečanja prostornine ne pritiska več na pokrov, temveč na ledeni "pak", ki silo enakomerno porazdeli po celotnem območju pokrov. najšibkejši del pokrova (od sredine) je izpostavljen enakemu pritisku kot najmočnejši deli (v bližini stranskih sten). Posledično se sila, ki jo ustvari hladilna voda, ugasne z "močnim" delom pokrova. v spodnjem delu ni ledu, voda pritiska na "močne" dele, se ne upogibajo, skupni pritisk se prenaša na "šibke" dele, ne da bi ga "močni" deli absorbirali (ker se sila prenaša skozi voda v vse smeri). nekaj takega.

• tovariš Znanstveniki! Mi lahko kdo pove, kakšen pritisk imata zmrznjena voda in nastali led na stene posode?
• Ne bodi pameten. Pririnil je skozi dno, ker na ta kozarec deluje tudi gravitacija + dejstvo, da ima dno največjo gostoto vode, ko zmrzne, tako da zgornji del preprosto ni imel toliko mase za raztezanje, kot je bilo na dnu.

  Tlak je mogoče izračunati z uporabo p1/p2 = ((n voda)/(n led))*T1/T2

  Spodnji pokrov se bo vedno iztisnil, razen če bo kozarec zmrznil ob stalnem vrtenju. Ali v odsotnosti gravitacije.

  Da dobimo temperaturo ledu za zgornjo enačbo, izmerimo temperaturo kozarca, Q1=Q2, Q1=c*m*dT (kozarec)
  Q2=c2*m2*dT2 + dL*m + c3*m2*dT3
  voda hladi + voda kristalizira + led hladi
  dT3 = (c*m*dT-c2*m2*dT2-dL*m)/(c3*m2)

  To bo sprememba temperature ledu.
  Nadomestite ga v T=0+273-dT3 - temperatura bo T2.
  Temperatura T1 - voda - s termometrom, ko voda preide v termodinamično ravnovesje s kozarcem.

  P2 - pritisk ledu, p1=pa+((m*9,8)/S(spodaj))

  Zdi se, da je to vse.
  Dobite p2, ki bo enak količini pritiska, potrebnega za iztiskanje vaše pločevinke za določeno količino.

  V poenostavljeni obliki je ta problem videti takole, rezultat pa ni povsem natančen. Za natančnost bi bilo treba tukaj integrirati, vendar se mi zdi to pretirano.

  Upam, da nisem česa zamudil.

• Saša	13. december 2012, 16:14

  Obravnavani učinek nastane zaradi dejstva, da je gostota ledu dejansko manjša od gostote vode, torej začetni fazi pride do zmrzovanja zgornjih plasti (od zgoraj navzdol). Ko zgornje plasti zmrznejo, delujejo s stenami posode (sila trenja!). IN končna faza zmrzovanju je ta sila trenja ob stene večja od protisile našega dna. Zato dno iztisne.

• Ivan	7. november 2014, 06:54

  0lympian, kot veste, ko se voda ohladi, se njene tople plasti dvignejo, hladne plasti pa potonijo na dno, ta učinek opazimo do 4 stopinj Celzija (največja gostota vode) in ne bo premikanja plasti dokler se voda ne ohladi do polne globine do 4 stopinje. Po tem pride do kristalizacije molekul (njihova gostota je manjša od gostote vode pri 4 stopinjah) in se dvignejo navzgor, na zgornjem pokrovu kozarca se oblikuje led, v procesu nadaljnjega zamrzovanja pa je led lažji da iztisnete spodnji pokrov kozarca kot da premagate upor "ledenega čepa", ki nastane na vrhu (po poti najmanjšega upora).
• Alexander, ne bo odprl nepopolnega rezervoarja, ker ... Na mestih pritiska se bo led stopil.

• 11. januar 2015, 07:44

  Najlepša hvala! Razumem, da se vprašanje morda zdi primitivno, nivojsko šolski kurikulum v fiziki, vendar sem humanist in v šoli me, milo rečeno, niso vlekle eksaktne vede. Čeprav so me nekatera stališča v fiziki in predvsem v geometriji pritegnila. Predvideval sem, da obstaja prostor za širjenje ledu, vendar nisem bil prepričan - to pomeni, da je rezervoar preprosto zarjavel na spoju. Še enkrat hvala za vaš odgovor! Še enkrat hvala za odgovor, lepe praznike! S spoštovanjem. Aleksander.
• peta, kolikor razumem, tuji predmeti(deske, polena, plastenke) v zamrznjeni vodi preprečijo nastanek trdega kosa ledu. Ki samo pritiska ob straneh in navzdol. Namesto tega imamo več kosov, ki se lahko premikajo relativno drug glede na drugega in zato ne pritiskajo na stene in dno rezervoarja.
• Led, ki se širi, NE pritiska na stranske stene in dno.

  Zamujene upodobitve »NE«.

• peta, postavite dno v rezervoar z vodo, da ga zaščitite pred sproščanjem prekomernega tlaka po zaledenitvi zunanjih sten in pokrova (zgornji led). Enako s plastenkami (plastičnimi). Bazen je bolje pustiti napol poln, da se pritisk zmrznjene zemlje in ledu v njem izničita.
• Ste pomislili na to, da je pločevinka kovinska in se v mrazu rada skrči, pri temperaturah nad ničlo pa razširi?

• Edvard

  26. marec 2016, 07:35

  Kaj pa pločevinka za mleko? In mleko je maščobna emulzija. Ali ste razmastili notranjost kozarca? In če ne, potem je maščoba ustvarila monomolekularno plast na površini vode v kozarcu, kajne? Je morda tudi to vplivalo? No, saj se ve, da je pritisk večji v smeri, kjer je upor proti njemu šibkejši. Torej, če pride do vrtenja od zgoraj navzdol, potem preostala nezamrznjena voda, zmrzovanje, pritisne, kjer ogromen led Ne še? Se pravi na razmeroma plastičen spodnji pokrov, dno?
• kdo kaj piše, nihče pa ni odgovoril, zakaj zaprt, poln kozarec poči. Pred dnevi sem se odločil trditi, da poči, ker voda ne spremeni prostornine, kozarec pa se skrči od mraza in se nima kam skrčiti, zato kozarec poči.. Smejali so se mi, ampak točno se spomnim, kaj je rekla učiteljica fizike. Ali pa sem morda kaj pozabil? popravi me..
• in zdaj sem prepričan, da imam prav.

• 25. september 2016, 17:14

  Vladimir Nemov, voda samo spremeni prostornino: gostota vode = 1 in gostota ledu = 0,9. To pomeni, da pri zamrzovanju dobimo oster skok v zasedeni prostornini. In ker ima pločevinka stalno prostornino, poči. Druga slaba stvar je, da je to steklo - razpoka gre po celem kozarcu naenkrat. Nekoč sem "zamočil" trilitrski kozarec, v katerem sem pomotoma zamrznil liter vode - popolnoma je počil.
• Če ste razgledana oseba, se ne bom prepiral, ampak nekaj me preganja, nekaj ni v redu ... Ko steklo zamrzne, se ne nagiba k zmanjšanju prostornine? Kaj pa kovina? Tu se verjetno skriva odgovor! Ampak vseeno hvala za tvoje pojasnilo.
• Hvala vam.
• Zamrznjena voda je iztisnjena skozi spodnji pokrov, ker se potencialna energija vodnega ledu ne poveča, zato postane središče mase nižje
• Ko se spremeni agregatno stanje snovi in ​​hkratnim vsrkavanjem energije se poveča prostornina teles.
• Vprašanje je relevantno s praktičnega vidika. Bil je primer. Na grobu je pozimi počil vrč iz umetnega kamna. Nasvet je očiten: pred zmrzaljo ga pokrijte, da vanj ne pride voda. Vendar to ni vedno mogoče. Kakšna druga rešitev obstaja? Na primer, dajte nekaj noter.
• Vse je zelo zanimivo, ker se ukvarjam s temo izkoriščanja hladne energije in sem razvil skoraj večni pogon.
• Nikolaj! Delite svoj razvoj. Ali pa mi daj link, kjer se o tem razpravlja.
• Dejstvo je, da led, ki plava na vrh kozarca, tvori enakomeren okvir, zaradi česar je nadaljnji pritisk na zgornji pokrov enakomeren, spodnji del pa zmrzne z neravnino, ki je enaka dnu kozarca in z razmerjem 70 % ledu in 30 % vode, grobo povedano postane led v spodnjih delih v obliki zagozde, ki daje manjšo tlačno površino in zaradi katere se stisne dno pločevinke. Upoštevaš lahko tudi silo gravitacije, led še vedno pritiska na dno tudi če je voda, malo seveda, niti ne opazno, ampak pritiska.
• Bilo je vprašanje - kakšno posodo je treba narediti in iz česa, da ne poči, ko voda zmrzne. Ko voda zmrzne, se njena prostornina poveča za približno 10 %. Ker posoda ni počila, pomeni, da voda ni povečala svoje prostornine – tj. ni zamrznjeno. Zdaj pa na pomoč - temperatura zmrzovanje vode zmanjša s povečanjem tlaka za približno 1 g. C za vsakih 130 atm. in doseže minimum (-22 stopinj C) pri tlaku 2200 atm. Tisti. lahko trdimo, da posoda, ki ne bo počila, ko voda zmrzne na temperaturo -22 stopinj. C mora vzdržati 2200 atm. Tisti. več kot 2 toni na kvadratni meter. videti več kot na dnu Marianski jarek
• Na vrhu se oblikuje led. Ker je led trdna snov, je težje prerivati ​​debelino ledu + zgornji pokrov s pritiskom, kot pa skozi dno brez ledu.In potem učinek bata od zgoraj navzdol s pritiskom na vodo.

Voda je najbolj razširjena in najbolj skrivnostna snov na našem planetu. Ima preproste lastnosti, znane že od antičnih časov. Zahvaljujoč tem lastnostim se imenuje "osnova življenja". V čem je torej »čudovitost« teh lastnosti? Ugotovimo.

Pretočnost. Glavna lastnost vseh tekočin, vključno z vodo. Pod vplivom zunanjih sil lahko prevzame obliko katere koli posode. In to zagotavlja njegovo univerzalno dostopnost. Voda teče po vodovodih in tvori jezera, reke in morja. In kar je najpomembneje, vedno ga lahko vzamete s seboj v kateri koli priročni embalaži - od majhne stekleničke do ogromnega rezervoarja.

Temperaturne lastnosti. Topla voda je lažja od hladne vode in se vedno dvigne. Zato lahko juho skuhamo tako, da ponev segrejemo le od spodaj, in ne z vseh strani hkrati. Zahvaljujoč temu pojavu, imenovanemu "konvekcija", večina prebivalcev zemeljskih vodnih teles živi bližje površini.

Toda najpomembnejša temperaturna lastnost vode je njena visoka toplotna zmogljivost - 10-krat večja kot pri železu. To pomeni, da je za ogrevanje potrebno veliko energije, pri ohlajanju pa se sprosti prav toliko energije. Ogrevalni sistemi v naših domovih – in hladilni sistemi, ki se uporabljajo v industriji – temeljijo na tem principu.

Poleg tega imajo morja in oceani vlogo zemeljskega termoregulatorja, saj blažijo sezonske temperaturne spremembe, poleti absorbirajo toploto in jo pozimi oddajajo. In s kombinacijo toplotne kapacitete in konvekcije lahko celo ogrevate cela celina! To je približno o »glavni bateriji Evrope«, toplem zalivskem toku. Velikanski tokovi tople vode, ki se gibljejo po površini Atlantika, zagotavljajo udobno temperaturo na njegovi obali, kar ni značilno za te zemljepisne širine.

Zamrzovanje. Zmrziščna točka vode je običajno enaka 0 stopinj, v resnici pa je ta parameter odvisen od številnih dejavnikov: atmosferskega tlaka, posode, v kateri je voda, in prisotnosti nečistoč v njej.

Voda je edinstvena v tem, da se za razliko od drugih snovi pri zmrzovanju razširi. Glede na naše ostre zime bi to morda lahko imenovali negativna lastnost. Zmrzovanje in povečanje prostornine voda (ali bolje rečeno led) preprosto raztrga kovinske cevi.

Torej, ko se voda spremeni v trdno stanje, se volumen poveča, vendar postane manj gosta. Zato je led vedno lažji od vode in se nahaja na njeni površini. Poleg tega slabo prevaja toploto: tudi najbolj hladna zimaŽivljenje se ohranja v vodnih telesih planeta. Konec koncev, debelejša kot je ledena "blazina", toplejša je voda pod njo. Tudi zaradi te lastnosti nekatera ljudstva še vedno gradijo tako imenovane "ledenike" - kleti ali jame, obložene z ledom, ki se ne topi niti poleti in omogoča dolgotrajno shranjevanje hrane.

Nekateri znanstveniki so celo predlagali uporabo ledu v boju proti globalnemu segrevanju. Bistvo ideje je naslednje: posebna ladja vzame za seboj ledeno goro, ki pluje nekje blizu Antarktike. In potem ga vleče v tople kraje, kjer ljudje trpijo zaradi vročine. Ledena gora se topi in daje hlad celotnemu obalnemu območju. To je obratni zalivski tok, ki ga je ustvaril samo človek.

Vreti. Pojdimo od mrzlega ledu k vroči pari. Vsi vedo, da voda zavre pri temperaturi 100 stopinj Celzija. Ampak to je samo v pogojih normalna sestava zračni in atmosferski tlak. Toda na vrhu Everesta, kjer je tlak nižji in zrak redkejši, bo vaš kotliček zavrel že pri 68 stopinjah! Vrela voda pomaga uničiti škodljive mikroorganizme. Hrana, kuhana na pari, je tudi veliko bolj zdrava kot ocvrta hrana.

Poleg tega lahko vodno paro imenujemo pravi motor civilizacije. Niti sto let ni minilo od obdobja parnih strojev, mnogi pa železniške lokomotive (ki sedaj delujejo predvsem na elektriko) še vedno napačno imenujejo »parne lokomotive«.

Mimogrede, o elektriki. Brez pare bi še vedno ostal redka in draga zanimivost. Navsezadnje načelo delovanja večine elektrarn temelji na vrtenju rotorja pod pritiskom vroče pare. Sodobne jedrske elektrarne se od starih premogovnih ali naftnih razlikujejo le po principu ogrevanja vode. Tudi inovativna in varna sončna energija uporablja paro: ogromna ogledala, kot povečevalno steklo, se fokusirajo sončni žarki na rezervoarju vode, ki jo spreminja v paro za električne turbine.

Razpustitev.Še ena pomembna lastnost vode, brez katere ne bi bila mogoča samo znanost in industrija, ampak tudi življenje samo! Kaj menite, kaj ima krvna plazma skupnega z vašo najljubšo gazirano pijačo? Odgovor je preprost: soda je vodna raztopina različnih soli, mineralov in plinov. Plazma je sestavljena iz 90 % vode, pa tudi beljakovin in drugih snovi. In vsaka celica živega organizma prejme snovi, ki jih potrebuje, tudi v obliki vodne raztopine.

Voda je najenostavnejše, najvarnejše, a kljub temu najbolj zanesljivo naravno topilo. Skoraj vsako snov je mogoče "stisniti" med svoje mobilne molekule - od tekočin do kovin. To čudovito lastnost so opazili že ob zori človeštva. Starodavni umetniki so raztopili naravna barvila v vodi, da so slikali na jamskih stenah. Nato so štafeto prevzeli srednjeveški alkimisti, ki so v vodi raztopili različne snovi v upanju, da bodo dobili »filozofski kamen«, ki bo vsak material spremenil v zlato. In zdaj to lastnost uspešno uporabljajo sodobni kemiki.

Površinska napetost. Večina ljudi, ko sliši o površinski napetosti vode, se spomni le žuželk vodnih pevcev, ki drsijo po gladini ribnika ali mlake. Medtem pa si brez te lastnosti vode ni mogoče niti umiti rok! Zahvaljujoč temu nastane milna pena. Prav tako je težko obrisati roke z brisačo brez nje. Navsezadnje imajo vsi vpojni materiali (ne glede na papirnate serviete ali krpe iz mikrovlaken) mikroskopske pore, v katere se vpija vlaga zaradi površinske napetosti. Iz istega razloga voda teče skozi najtanjše kapilare, ki prodirajo v korenine rastlin. In priprava suhih gradbenih mešanic je možna tudi zaradi površinske napetosti dodane vode.

Molekule vode se medsebojno aktivno privlačijo, zato se njena površina za dano prostornino nagiba k minimumu. Zato naravna oblika vsaka tekočina je krogla. To lahko enostavno preverimo, če smo v ničelni gravitaciji. Čeprav za tak eksperiment ni treba poleteti v vesolje, le z brizgo v kozarec rastlinskega olja vbrizgajte nekaj vode in opazujte, kako se nabira v kroglice.

Ali se širi ali krči? Odgovor je: s prihodom zime se voda začne širiti. Zakaj se to dogaja? Ta lastnost loči vodo od vseh drugih tekočin in plinov, ki se, nasprotno, pri ohlajanju stisnejo. Kaj je razlog za takšno obnašanje te nenavadne tekočine?

Fizika 3. razred: ali se voda pri zmrzovanju širi ali krči?

Večina snovi in ​​materialov se pri segrevanju poveča, pri ohlajanju pa zmanjša. Plini kažejo ta učinek bolj opazno, vendar različne tekočine in trde kovine kažejo enake lastnosti.

Eden najbolj osupljivih primerov širjenja in krčenja plina je zrak v balonu. Ko zdržimo balon zunaj v vremenu pod ničlo se žoga takoj zmanjša. Če žogo prinesemo v ogrevan prostor, se takoj poveča. Če pa balon prinesemo v kopalnico, bo počil.

Molekule vode potrebujejo več prostora

Razlog, da pride do teh procesov širjenja in krčenja različnih snovi, so molekule. Tiste, ki prejmejo več energije (to se zgodi v toplem prostoru), se gibljejo veliko hitreje kot molekule v hladnem prostoru. Delci, ki imajo več energije, trčijo veliko bolj aktivno in pogosteje, kar potrebujejo več prostora za gibanje. Za zadrževanje pritiska, ki ga izvajajo molekule, se material začne povečevati. Poleg tega se to zgodi precej hitro. Torej, ali se voda razširi ali skrči, ko zmrzne? Zakaj se to dogaja?

Voda ne upošteva teh pravil. Če vodo začnemo ohlajati na štiri stopinje Celzija, potem zmanjša svojo prostornino. Če pa temperatura še naprej pada, potem se voda nenadoma začne širiti! Obstaja taka lastnost kot anomalija v gostoti vode. Ta lastnost se pojavi pri temperaturi štiri stopinje Celzija.

Zdaj, ko smo ugotovili, ali se voda ob zmrzovanju razširi ali skrči, ugotovimo, kako do te anomalije sploh pride. Razlog se skriva v delcih, iz katerih je sestavljen. Molekula vode je sestavljena iz dveh atomov vodika in enega atoma kisika. Od takrat vsi poznajo formulo vode osnovni razredi. Atomi v tej molekuli privlačijo elektrone na različne načine. Vodik ustvarja pozitivno težišče, medtem ko kisik, nasprotno, ustvarja negativno težišče. Ko molekule vode trčijo med seboj, se atomi vodika ene molekule prenesejo na atom kisika popolnoma druge molekule. Ta pojav imenujemo vodikova vez.

Voda potrebuje več prostora, ko se ohladi

V trenutku, ko se začne proces nastajanja vodikovih vezi, se začnejo v vodi pojavljati mesta, kjer so molekule v enakem vrstnem redu kot v ledenem kristalu. Te praznine imenujemo grozdi. Niso trpežni, kot v trdnem vodnem kristalu. Ko se temperatura dvigne, se zrušijo in spremenijo lokacijo.

Med procesom začne število grozdov v tekočini hitro naraščati. Za širjenje potrebujejo več prostora, zaradi česar se voda, potem ko doseže svojo nenormalno gostoto, poveča.

Ko se termometer spusti pod ničlo, se skupki začnejo spreminjati v drobne ledene kristale. Začnejo se dvigovati. Zaradi vsega tega se voda spremeni v led. To je zelo nenavadna sposobnost vode. Ta pojav je potreben za zelo velika količina procesov v naravi. Vsi vemo, in če ne vemo, se spomnimo, da je gostota ledu nekoliko manjša od gostote hladne vode oz. hladna voda. Zahvaljujoč temu led plava na površini vode. Vsa vodna telesa začnejo zamrzniti od vrha do dna, kar omogoča vodnim prebivalcem na dnu, da mirno obstajajo in ne zamrznejo. Tako zdaj natančno vemo, ali se voda pri zmrzovanju razširi ali skrči.

Vroča voda zmrzne hitreje kot hladna voda. Če vzamemo dva enaka kozarca in v enega natočimo vročo vodo, v drugega pa enako količino hladne vode, opazimo, da topla voda bo zmrznil hitreje kot mraz. To ni logično, se strinjate? Vroča voda se mora ohladiti, preden začne zmrzovati, hladni vodi pa ni treba. Kako razložiti to dejstvo? Znanstveniki do danes ne morejo pojasniti te skrivnosti. Ta pojav se imenuje "Mpemba učinek". Leta 1963 ga je odkril znanstvenik iz Tanzanije v nenavadnem spletu okoliščin. Dijak si je želel narediti sladoled in opazil, da topla voda hitreje zmrzne. To je povedal svojemu učitelju fizike, ki mu sprva ni verjel.