Расширяется ли вода при нагреве

Расширяется ли вода при нагреве

Содержание статьи

  • Что происходит с водой при нагревании
  • Как заставить закипеть жидкость, охлаждая сосуд
  • Как в невесомости нагреть воду

Удивительные свойства воды

Воде присущи поразительные свойства, которые сильно отличают ее от прочих жидкостей. Но это и хорошо, иначе, обладай вода «обычными» свойствами, планета Земля была бы абсолютно другой.

Для подавляющего большинства веществ характерно при нагревании расширяться. Что довольно легко объяснить с позиции механической теории теплоты. Согласно ей, при нагревании атомы и молекулы вещества начинают двигаться быстрее. В твердых телах колебания атомов достигают большей амплитуды, и им необходимо больше свободного пространства. Как результат – происходит расширение тела.

Тот же самый процесс происходит и с жидкостями, и с газами. То есть, за счет повышения температуры увеличивается скорость теплового движения свободных молекул, и тело расширяется. При охлаждении же, соответственно, происходит сжатие тела. Это свойственно практически для всех веществ. За исключением воды.

При охлаждении в интервале от 0 до 4оС вода расширяется. И сжимается – при нагревании. Когда отметка температуры воды достигает 4оС, в этот момент вода имеет максимальную плотность, которая равна 1000 кг/м3. Если температура ниже или выше этой отметки, то плотность всегда немного меньше.

Благодаря этому свойству при понижении температуры воздуха осенью и зимой в глубоких водоемах происходит интересный процесс. Когда вода охлаждается, она опускается ниже, на дно, однако лишь до того момента, пока ее температура не станет +4оС. Именно по этой причине в больших водоемах более холодная вода находится ближе к поверхности, а более теплая – опускается на дно. Так что когда зимой поверхность воды замерзает, более глубокие слои продолжают сохранять температуру 4оС. Благодаря этому моменту рыба может спокойно зимовать в глубинах покрывшихся льдом водоемов.

Читайте также:  Неподвижные опоры под трубопроводы

Влияние расширения воды на климат

Исключительные свойства воды при нагревании серьезным образом влияют на климат Земли, поскольку около 79% поверхности нашей планеты покрыто водой. За счет солнечных лучей происходит нагревание верхних слоев, которые затем опускаются ниже, а на их месте оказываются холодные слои. Те тоже, в свою очередь, постепенно нагреваются и опускаются ближе ко дну.

Таким образом, слои воды непрерывно меняются, что приводит к равномерному прогреванию, пока не достигается температура, соответствующая максимальной плотности. Затем, нагреваясь, верхние слои становятся менее плотными и уже не опускаются вниз, а остаются наверху и просто постепенно становятся теплее. За счет этого процесса огромные толщи воды довольно легко прогреваются солнечными лучами.

Хотя кажется, что расширение воды противоречит отношениям температуры и объема, как описано выше, это не так. Среднее расстояние между охлаждающимися молекулами продолжает уменьшаться при снижении температуры, так как кинетическая энергия уменьшается, как и ожидалось. Но происходит физическое, а не тепловое расширение, так как молекулы воды образуют кристаллическую структуру. Когда атомы водорода и кислорода образуют связи, они разделяются на пары, причем одна сторона молекулы воды получает немного более высокий положительный заряд, чем другая. В результате молекулы действуют как треугольные магниты, у которых одна сторона электростатически отрицательная, а другая — положительная.

Чтобы ознакомиться с этими свойствами воды, сделаем следующее. Возьмём колбу и наполним ее подкрашенной водой. Отверстие колбы плотно закроем пробкой, в которую вставлена стеклянная трубка. При этом часть воды войдёт в трубку. Заметим уровень воды в трубке, обвязав трубку ниткой.

Опыт 1. Будем нагревать подкрашенную воду в колбе. Для этого поставим колбу в горячую воду. Вскоре можно будет заметить, как подкрашенная вода поднимается по трубке. Это происходит потому, что при нагревании вода расширяется.

Читайте также:  Изготовление багета в домашних условиях

Опыт 2. Будем теперь охлаждать подкрашенную воду в колбе. Для этого перенесём колбу в холодную воду или снег. Заметно, как подкрашенная вода теперь опускается по трубке. Это происходит потому что, при охлаждении вода сжимается.

Итак, вода при нагревании расширяется, а при охлаждении сжимается. То же происходит и с другими жидкими телами, например со спиртом, с ртутью. Но вода имеет и свою особенность.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector