Жизнь

Почему вода при замерзании расширяется

Google+ Pinterest LinkedIn Tumblr

Этот вопрос уходит своими корнями в седую древность. Очевидно, что плотность льда меньше воды. Именно по этой причине льдинки всегда плавают сверху воды. Если вы вспоминаете стакан с виски, в котором кубики льда падают на дно – у виски плотность существенно отличается от воды и это сравнение не к месту. Не все жидкости ведут себя при изменении условий одинаково. Вода уникальна. Так давайте попробуем разобраться, как же она себя ведёт при охлаждении в разных условиях.

Как происходят изменения плотности воды при охлаждении

ЛёдЛёд всегда будет находиться на поверхности, и его плотность равняется 917 кг на 1 метр кубический. Вода же имеет плотность равную 1000 килограммов на метр кубический при температуре в 25 градусов Цельсия. С дальнейшим понижением температуры плотность воды возрастает до 4 градусов, но затем при понижении температуры ниже 3.98 градусов Цельсия плотность воды начинает стремительно понижаться вплоть до образования из жидкости куска льда.

А что же при температурных изменениях происходит с объёмом?

С объёмом чудес ни каких не возникает и всё происходит закономерно. Отталкиваясь от практических исследований можно заметить, что наивысшую плотность и наименьший объём вода имеет при температуре в 3.98 градусов Цельсия. Эта и будет точка отсчёта.

При повышении температуры вода увеличивается в объёме, но незначительно. Так происходит до кипения. Плотность воды при кипении в нормальных атмосферных условиях равна 9.584 килограмма на метр кубический и температуре в 100 градусов Цельсия. При повышении давления вода в сосуде закипает при большей температуре. Это свойство наглядно проявляется в скороварке – чем больше давление, тем быстрее готовятся продукты, так как температура кипения практически любой жидкости возрастает.

Как ведёт себя кристаллическая решётка во время смены агрегатных состояний?

КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ РЕШЁТКАНо при понижении температуры воды ниже нашей точки отсчёта (3.98 градусов Цельсия) вода также расширяется. А связано это с глобальным перестроением кристаллической решётки жидкого вещества в твёрдое. Кристаллические решётки в первую очередь соответствуют агрегатному состоянию исследуемого вещества. Вода уникальна и способна находиться в трёх агрегатных состояниях одновременно – жидком, твёрдом и газообразном.

Похожая статья -  Почему появляются веснушки

При понижении температуры жидкости с точки отсчёта до нуля происходит переход из одного агрегатного состояния в другое с резким изменением плотности и объёма. Плотность стремительно понижается, а объём резко увеличивается во время превращения из воды кристаллов льда. Тем самым вода при температуре в 1 градус Цельсия будет иметь плотность приблизительно в 980 килограммов на метр кубический, а при дальнейшем охлаждении её до 0 плотность понизится до 917 кг/м куб. При дальнейшем охлаждении плотность льда не изменяется и лёд не способен образовываться из жидкости чрезвычайно долго. Объём льда, полученного из относительно чистой воды, в 1.1 раза превышает объём воды при нормальных температурных условиях.

Как происходит образование льда на морях и больших водоёмах?

КАК ПРОИСХОДИТ ОБРАЗОВАНИЕ ЛЬДА НА МОРЯХ И БОЛЬШИХ ВОДОЁМАХ?Процесс ледообразования на открытой водной глади, который в народе называют ледоставом, на самом деле обладает рядом характерных особенностей и имеет некоторые отличия, обусловленные характерными особенностями рассматриваемого водоёма.

С неглубокими водоёмами зачастую всё понятно. Но следует помнить, что в местах впадения в них ручьев и на стёках, лёд из-за движения более-менее тёплых вод значительно тоньше основного слоя.
Глубокие водоёмы консервируются ледяным покровом всегда значительно позже. Обусловлено это тем, что верхний слой вод охлаждается и плавно оседает на низ, смешиваясь по дороге с более тёплой водой. В результате этого круговорота у берегов появляется уже значительный слой ледяного покрова, а на глубоких участках водоёма по-прежнему имеются полыньи, которые угрожают жизни зазевавшимся рыболовам.

А в морях вообще ситуация с замерзанием самая необычная, так как в море вода солёная. Соль в составе воды увеличивает её плотность и делает её устойчивой к промерзанию. Можете проверить всё на практике. С помощью соли можно из воды сделать очень густой и тягучий раствор, напоминающий кисель с невероятно высокой плотностью и практически не замерзаем при температуре до -25-30 градусов Цельсия. Но для этого в воде придётся растворить довольно большое количество соли.

Похожая статья -  Почему кошки мурлыкают?

В море же солёность воды измеряется в промилле. И её содержание в каждом море отличается. Но замерзает морская гладь обычно самой последней. В море имеются большие глубины, благодаря которым его поверхность надолго сохраняет подвижность. Льдинки при сильном морозе уже в больших количествах присутствуют в морской воде, однако из за волн у них тяжело получается сковать его поверхность.

Почему в промёрзшем сосуде в частности случаев вырывает дно?

образования льда в сосудеДля получения ответа на данный вопрос стоит рассмотреть весь процесс образования льда в сосуде. Если вода, остужаясь движется на низ, то лёд, образовавшийся из воды будет скапливаться по краям сосуда. Это будет продолжаться до тех пор, пока вся поверхность воды не покроется сплошным слоем.

Затем движение водных масс не остановится. Воды остаётся всё меньше, а лёд продолжает намерзать. Причём намерзает он как раз на нижнюю часть образовавшейся корки. Но так происходит на начальном этапе. Затем корка уже плотно схватывается со стенками сосуда и не даёт постоянно прибывающему льду себя поднимать.

Следовательно, возникает сила, которая в равной степени воздействует на верхний слой, который покрыт льдом и дно нашего сосуда. Напряжение внутри сосуда продолжает расти. Давление возникает и на стенки. Но на стенки оно воздействует значительно ниже. В итоге страдает наиболее слабая часть сосуда, в частности случаев которой оказывается именно днище. У сосудов с большой площадью поверхности данного эффекта удаётся избежать. Та просто на поверхности воды вырастает сталагмит – ледяной бугор.

avatar