Ekspanderer eller trekker det seg sammen? Svaret er: med vinterens ankomst begynner vannet sin ekspansjonsprosess. Hvorfor skjer dette? Denne egenskapen skiller vann fra alle andre væsker og gasser, som tvert imot komprimeres når de avkjøles. Hva er årsaken til denne oppførselen til denne uvanlige væsken?
Fysikk 3. klasse: utvider eller trekker vannet seg sammen når det fryser?
De fleste stoffer og materialer øker i volum ved oppvarming og avtar i volum ved avkjøling. Gasser viser denne effekten mer merkbart, men ulike væsker og faste metaller viser de samme egenskapene.
Et av de mest slående eksemplene på gassekspansjon og sammentrekning er luft i en ballong. Når vi tar en ballong ute i minusgrader, minker ballongen umiddelbart i størrelse. Hvis vi tar med en ball inn i et oppvarmet rom, øker den umiddelbart. Men hvis vi tar med ballongen inn i badehuset, vil den sprekke.
Vannmolekyler krever mer plass
Grunnen til at disse prosessene med ekspansjon og sammentrekning av forskjellige stoffer oppstår er molekyler. De som mottar mer energi (dette skjer i et varmt rom) beveger seg mye raskere enn molekyler i et kaldt rom. Partikler som har mer energi kolliderer mye mer aktivt og oftere de trenger mer plass til å bevege seg. For å begrense trykket som molekylene utøver, begynner materialet å øke i størrelse. Dessuten skjer dette ganske raskt. Så utvider eller trekker vannet seg sammen når det fryser? Hvorfor skjer dette?
Vann følger ikke disse reglene. Hvis vi begynner å avkjøle vann til fire grader Celsius, reduserer det volumet. Men hvis temperaturen fortsetter å synke, så begynner vannet plutselig å utvide seg! Det er en slik egenskap som en anomali i vanntetthet. Denne egenskapen oppstår ved en temperatur på fire grader Celsius.
Nå som vi har fastslått om vann utvider seg eller trekker seg sammen når det fryser, la oss finne ut hvordan denne anomalien oppstår i utgangspunktet. Årsaken ligger i partiklene den er sammensatt av. Vannmolekylet er laget av to hydrogenatomer og ett oksygenatom. Alle kjenner formelen for vann siden barneskolen. Atomene i dette molekylet tiltrekker seg elektroner på forskjellige måter. Hydrogen skaper et positivt tyngdepunkt, mens oksygen tvert imot skaper et negativt tyngdepunkt. Når vannmolekyler kolliderer med hverandre, overføres hydrogenatomene til ett molekyl til oksygenatomet til et helt annet molekyl. Dette fenomenet kalles hydrogenbinding.
Vann trenger mer plass når det avkjøles
I det øyeblikket prosessen med å danne hydrogenbindinger begynner, begynner det å dukke opp steder i vannet hvor molekylene er i samme rekkefølge som i en iskrystall. Disse emnene kalles klynger. De er ikke holdbare, som i en solid vannkrystall. Når temperaturen stiger, kollapser de og endrer plassering.
Under prosessen begynner antallet klynger i væsken å øke raskt. De krever mer plass for å spre seg, som et resultat av at vannet øker i størrelse etter å ha nådd sin unormale tetthet.
Når termometeret faller under null, begynner klasene å bli til bittesmå iskrystaller. De begynner å reise seg. Som et resultat av alt dette blir vann til is. Dette er en veldig uvanlig evne til vann. Dette fenomenet er nødvendig for et svært stort antall prosesser i naturen. Vi vet alle, og hvis vi ikke vet, så husker vi at tettheten av is er litt mindre enn tettheten til kaldt eller kaldt vann. Takket være dette flyter is på overflaten av vannet. Alle vannmasser begynner å fryse fra topp til bunn, noe som gjør at de akvatiske innbyggerne på bunnen kan eksistere rolig og ikke fryse. Så nå vet vi i detalj om vannet utvider seg eller trekker seg sammen når det fryser.
Varmt vann fryser raskere enn kaldt vann. Tar vi to like glass og heller varmt vann i en og samme mengde kaldt vann i det andre, vil vi merke at varmt vann fryser raskere enn kaldt vann. Dette er ikke logisk, er du enig? Varmt vann må kjøles ned før det begynner å fryse, men kaldt vann trenger ikke. Hvordan forklare dette faktum? Forskere til i dag kan ikke forklare dette mysteriet. Dette fenomenet kalles "Mpemba-effekten". Det ble oppdaget i 1963 av en vitenskapsmann fra Tanzania under et uvanlig sett av omstendigheter. En elev ville lage seg en is og la merke til at varmt vann frøs raskere. Han delte dette med fysiklæreren sin, som først ikke trodde på ham.
Side 1
| Sprekking av stein. Under frosten dannet det seg en ispropp på toppen som blokkerte vannet i den nedre delen av sprekken. |
Utvidelsen av vann under frysing er en av grunnene til et annet viktig fenomen i jordens liv - ødeleggelsen av steiner. Under frost fryser topplaget først; i dette tilfellet vil de dypere lagene være låst. Når disse lagene begynner å fryse, vil de, økende i volum, utvide sprekken.
Utvidelsen av vann under frysing skyldes det faktum at med et uregelmessig arrangement (eller med et regelmessig arrangement bare i trange områder), opptar vannmolekyler mindre volum enn med en helt vanlig orientering i tilfelle dannelsen av en tridymittstruktur. På grunn av utvidelse av vann ved frysing (i henhold til Le Chateliers prinsipp), synker frysepunktet med økende trykk. Men hvis trykket etter frysing overstiger en viss verdi, dannes andre ismodifikasjoner som er tettere enn vanlig, selv for det meste tettere enn flytende vann. Derfor oppstår ikke sprengningseffekten av vann innelukket i jernkar eller som samler seg i bergsprekker hvis vannet allerede er under svært høyt trykk før frysing.
Utvidelsen av vann under modningen er ganske betydelig og tas i betraktning under driften av dampkjeler: fyringen av kjeler begynner ved det laveste vannstanden i vannmåleenhetene, med TBMI, slik at innen damptrykket i kjelen når driftsnivået, vil dette nivået, økende som følge av vannekspansjon, nå sin normale posisjon.
Utvidelsen av vann ved oppvarming skiller seg fra utvidelsen av andre væsker, hvis volum øker gradvis med økende temperatur. Hvis atmosfærisk trykk er normalt, så opptar vann det minste volumet ved 4 C. Når temperaturen synker til O C (frysepunkt), øker vannvolumet. I fig. Figur 9.4 viser en graf over vannvolumet avhengig av temperaturen kun opp til 14 C, men det er allerede klart at kurven stiger brattere til kokepunktet.
Utvidelsen av vann under frysing forklarer også det faktum at is flyter på vann og ikke faller til bunnen.
På grunn av utvidelsen av vann ved frysing i boks 2 og umuligheten av dets utgang i de frosne kanalene 8 i boksen, genereres betydelig trykk, som, som virker på stempelet 3, beveger det mot vannkappen, klemmer ut lokket 4 og åpner hullet lukket av dette lokket, noe som resulterer i at vann fra vannkappen renner ut.
På grunn av utvidelse av vann ved frysing (i henhold til Le Chateliers prinsipp), synker frysepunktet med økende trykk. Imidlertid, hvis trykket etter frysing overstiger en viss verdi, dannes andre ismodifikasjoner, som er tettere enn vanlig, selv for det meste tettere enn flytende vann. Derfor oppstår ikke riveeffekten som vann har i jernkar eller dannelse av sprekker i stein ved frysing dersom vannet allerede er under svært høyt trykk før frysing.
På grunn av utvidelse av vann ved frysing (i henhold til Le Chateliers prinsipp), synker frysepunktet med økende trykk. Imidlertid, hvis trykket etter frysing overstiger en viss verdi, dannes andre ismodifikasjoner, som er tettere enn vanlig, selv for det meste tettere enn flytende vann. Derfor oppstår ikke riveeffekten som vann har i jernkar eller dannelse av sprekker i stein ved frysing dersom vannet allerede er under svært høyt trykk før frysing.
Egenskapene til vannutvidelse er av enorm betydning for jordens klima. Mesteparten (79%) av jordens overflate er dekket med vann. Solens stråler, som faller på overflaten av vannet, reflekteres delvis fra det, trenger delvis inn i vannet og varmer det opp. Hvis vanntemperaturen er lav, er de oppvarmede lagene (for eksempel ved 2 C) tettere enn de kalde lagene (for eksempel ved 1 C), og synker derfor ned. Deres plass er tatt av kalde lag, som igjen varmes opp. Dermed skjer det en kontinuerlig endring av vannlag, noe som bidrar til jevn oppvarming av hele vannsøylen inntil temperaturen som tilsvarer maksimal tetthet er nådd. Ved ytterligere oppvarming blir de øvre lagene mindre og mindre tette, og forblir derfor på toppen.
Egenskapene til vannutvidelse er av enorm betydning for jordens klima. Mesteparten (79%) av jordens overflate er dekket med vann. Solens stråler, som faller på overflaten av vannet, reflekteres delvis fra det, trenger delvis inn i vannet og varmer det opp. Hvis vanntemperaturen er lav, er de oppvarmede lagene (for eksempel ved 2°C) tettere enn de kalde lagene (for eksempel ved 1°C), og synker derfor ned. Deres plass er tatt av kalde lag, som igjen varmes opp. Dermed skjer det en kontinuerlig endring av vannlag, noe som bidrar til jevn oppvarming av hele vannsøylen inntil temperaturen som tilsvarer maksimal tetthet er nådd. Ved ytterligere oppvarming blir de øvre lagene mindre og mindre tette, og forblir derfor på toppen.
Når vann fryser, trenger det mer plass enn når det er flytende.
Dette skiller vann fra de fleste væsker og gasser som komprimeres når det avkjøles. Men hvorfor oppfører hun seg så uvanlig?
De fleste stoffene utvider seg når de varmes opp og trekker seg sammen når de avkjøles. I gasser er denne effekten spesielt merkbar. Væsker og faste stoffer oppfører seg på samme måte. Et godt eksempel er luften i en ballong: i kaldt vær krymper ballongen, og nær en varmeradiator kan den til og med sprekke.
Molekyler trenger plass
Årsaken til dette mønsteret er molekyler: Jo varmere objektet eller gassen er, det vil si jo mer energi molekylene mottar, jo raskere beveger de seg. Derfor kolliderer molekylene oftere og kraftigere, de trenger mer plass, og trykket som gassmolekylene utøver på ballongens skall øker. For å tåle trykk trengs det mer volum, så materialet utvider seg.
Men vann oppfører seg annerledes. Ved avkjøling til ca 4 grader Celsius synker vannvolumet, noe som er å forvente. Men hvis temperaturen fortsetter å synke, begynner vannet å utvide seg. Det vil si at dens tetthet når sin maksimale verdi ved 4 grader. Denne egenskapen kalles vanntetthetsanomali.
Men hvor kommer det fra? Alt handler om molekylene: Ett vannmolekyl består av to hydrogenatomer og ett oksygenatom – derav den velkjente kjemiske formelen H2O. Imidlertid tiltrekker disse atomene elektroner i vannmolekylet med ulik styrke.
Dette skaper et litt positivt tyngdepunkt for ladning for hydrogen og et negativt tyngdepunkt for oksygen. Når vannmolekyler kolliderer, tiltrekkes hydrogenatomene til det ene molekylet og forbinder seg med oksygenatomene til det andre molekylet – og danner en såkalt hydrogenbinding.
Etter hvert som vannet avkjøles, trengs det enda mer plass
På grunn av dannelsen av hydrogenbindinger i flytende vann er det steder hvor molekylene er ordnet på samme måte som i iskrystaller. Disse såkalte klyngene er ikke like sterke som i en solid krystall: ved høyere temperaturer endres de veldig raskt.
Etter hvert som vannet avkjøles, dukker det opp flere og flere av disse klyngene. Og de trenger mer og mer plass - av denne grunn begynner vannet å utvide seg etter å ha nådd en terskel på 4 grader Celsius. Hvis temperaturen faller under null, tar de små iskrystallene som dannes fra klynger over og vannet fryser.
For mange naturlige prosesser er denne uvanlige egenskapen til vann veldig viktig. Siden tettheten av is er litt mindre enn tettheten til kaldt vann, kan den flyte på overflaten av et reservoar. På grunn av dette fryser vannet fra topp til bunn, og i bunnen er det et 4-graders vannlag med maksimal tetthet. Dette gjør at fisk og annet vannlevende liv kan overleve vinteren på bunnen av reservoaret uten å fryse.
-
>
Jeg mistenker at fordi is er lettere enn ufrosset vann, flyter de første iskrystallene til overflaten, kombineres med hverandre, og frysing skjer raskere i den øvre delen.
Det er verdt å merke seg at på den annen side er det konveksjon, som vil virke stikk motsatt, løfte varmere vann til toppen og forhindre isdannelse der. Imidlertid ser det ut til at denne effekten jevnes ut med langsom, jevn frysing.
- Hvordan forsegle en FULL krukke med vann?
Bli enige. Perfekt forsegling fungerer ikke her. Så, stikk loddetinn på toppen, så lenge vannet ikke renner ut. Forresten dannes det faktisk vanndamp på loddestedet når det varmes opp med et loddejern.
Selvfølgelig vil vannvolumet gå tilbake til sin opprinnelige verdi. Men på grunn av hva - det er en antagelse om at det ikke er bunnen som skal presses inn (den har blitt veldig bueformet), men sideveggen på boksen.
Hvis glasset var helt forseglet, ja, sideveggen ville blitt presset inn. Men det kommer fortsatt luft inn. Derfor, etter avriming, viser det seg at luft vises på toppen, under frysing presses bunnen enda mer ut, og så videre, til den kaster opp helt.
P.S. I dag har jeg tint opp glasset og lagt det på den andre frysen. La oss se hva som kommer ut av dette...
- 1. Jeg prøvde å lodde den, det fungerte ikke! Jeg kunne bare brygge den halvautomatisk (elektrisk sveising), frøs, tint bunnen trakk seg ikke tilbake, jeg trodde det var på grunn av luften, tok en annen krukke, loddet røret fra kammeret, sjekket med luft for 2 atm, nei lekkasjer, fylt med vann, ingen luft! frosset, tint, sidene nesten ikke trukket tilbake, sjekket etter en time, overtrykk dukket opp, og det ser ut til at når vann fryser og tiner, frigjøres luft som er oppløst i det, og det er grunnen til at sidene ikke trekker seg tilbake
2, vann krystalliserer ovenfra (en elv om vinteren, en tønne med vann), is er lettere enn vann, jeg tror det også er kuldeledende. - Boksen er den samme som din fra melk, alt skjedde på samme måte som din, etter tining falt spenningen litt i romtemperatur. Jeg synes det er verdt å ta hensyn til temperaturen på vannet det er 7 grader, og romtemperatur, 25 grader, har nok også en effekt. Nå sjekker jeg hva som vil skje hvis glassene legges på siden med sømmen til toppen og sømmen til bunnen!
- > 1. Hvorfor presses frysevann ut av bunndekselet og har praktisk talt ingen effekt på toppen?
Jeg tror at fryseprosessen, gitt at glasset var i en plastbeholder, ikke gikk jevnt. Den øverste delen av krukken begynte å fryse først fordi den var nærmere kulden, mens den nederste var plassert mellom veggene i plasten og jernet. Luften i boksene var litt varmere enn fra toppen. Videre ga ising inne i den øvre delen av boksen ekstra styrke, men ved å bli til is utvidet vannet seg og satte press på væsken i den nedre delen av boksen. banker. - > 1. Hvorfor presses frysevann ut av bunndekselet og har praktisk talt ingen effekt på toppen?
1. isformer på toppen. dette skyldes at kjølevann (og ikke frysevann, som forfatteren skriver) stiger til topps på grunn av at ved avkjøling (fra 4 grader til 0) synker tettheten.
2. kjøling (og ikke frysevann, som forfatteren skriver), på grunn av volumøkningen, trykker ikke lenger på lokket, men på is-"pucken", som fordeler kraften jevnt over hele området til lokk. den svakeste delen av lokket (fra midten) utsettes for samme trykk som de sterkeste delene (nær sideveggene). Som et resultat blir kraften som skapes av kjølevannet slukket av den "sterke" delen av lokket. i den nedre delen er det ingen is, vannet presser på de "sterke" delene, de bøyer seg ikke, det totale trykket overføres til de "svake" delene uten å bli absorbert av de "sterke" delene (fordi kraft overføres gjennom vann i alle retninger). noe sånt. - Kamerat Forskere! Kan noen fortelle meg hvilket trykk det iskalde vannet og den resulterende isen utøver på veggene til fartøyet?
- Ikke vær smart. Den presset seg gjennom bunnen, fordi tyngdekraften også fungerer på denne krukken + det faktum at bunnen har høyest vanntetthet når den fryser, så toppen hadde rett og slett ikke så mye masse for utvidelse som den var i bunnen.
Trykket kan beregnes ved å bruke p1/p2 = ((n vann)/(n is))*T1/T2
Bunnlokket vil alltid presses ut, med mindre glasset fryser under konstant rotasjon. Eller i fravær av tyngdekraften.
For å få istemperaturen for ligningen ovenfor måler vi temperaturen på glasset, Q1=Q2, Q1=c*m*dT (krukke)
Q2=c2*m2*dT2 + dL*m + c3*m2*dT3
vann avkjøles + vann krystalliserer + is avkjøles
dT3 = (c*m*dT-c2*m2*dT2-dL*m)/(c3*m2)Dette vil være en endring i temperaturen på isen.
Bytt den inn i T=0+273-dT3 - temperaturen vil være T2.
Temperatur T1 - vann - med termometer når vannet kommer inn i termodynamisk likevekt med krukken.P2 - istrykk, p1=pa+((m*9,8)/S(bunn))
Det ser ut til å være alt.
Få p2, som vil være lik mengden trykk som kreves for å presse ut boksen din for en viss mengde.I en forenklet form ser dette problemet slik ut, og resultatet er ikke helt nøyaktig. For nøyaktigheten vil det være nødvendig å integrere her, men jeg synes dette er overkill.
Jeg håper jeg ikke gikk glipp av noe.
Effekten som vurderes oppstår på grunn av det faktum at tettheten av is faktisk er mindre enn tettheten til vann, derfor oppstår i det innledende stadiet frysing av de øvre lagene (fra topp til bunn). Når topplagene fryser, samhandler de med karets vegger (friksjonskraft!). I sluttfasen av frysing er denne friksjonskraften mot veggene større enn motkraften til bunnen vår. Det er derfor bunnen klemmer ut.Sasha 13. desember 2012, 16:14
0lympian, som du vet, når vannet avkjøles, vil dets varme lag stige opp og de kalde lagene synke til bunnen, denne effekten observeres opp til 4 grader Celsius (den høyeste tettheten av vann) og det vil ikke være noen bevegelse av lagene til vannet er avkjølt til full dybde opp til 4 grader. Etter dette skjer krystallisering av molekylene (densiteten deres er mindre enn tettheten til vann ved 4 grader) og de stiger oppover, det dannes is på topplokket på glasset, og i prosessen med ytterligere frysing er det lettere for is å presse ut bunnlokket på glasset enn å overvinne motstanden til "isproppen" som er dannet på toppen (ved minst motstand).Ivan 7. november 2014, 06:54 - Alexander, han vil ikke åpne en ufullstendig tank, fordi... På steder med trykk vil isen smelte.
Tusen takk! Jeg forstår at spørsmålet kan virke primitivt, nivået på skolens fysikkpensum, men jeg er humanist, og på skolen ble jeg mildt sagt ikke trukket til de eksakte vitenskapene. Selv om noen posisjoner i fysikk og spesielt i geometri tiltrakk meg. Jeg antok at det var plass når isen utvidet seg, men jeg var ikke sikker - det betyr at tanken rett og slett var rustet i skjøten. Takk igjen for svaret! Takk igjen for svar, god ferie! Vennlig hilsen. Alexander.11. januar 2015, 07:44 - peta, så vidt jeg forstår, forhindrer fremmedlegemer (brett, tømmerstokker, flasker) i iskaldt vann dannelsen av et solid isstykke. Som bare trykker til sidene og ned. I stedet har vi flere stykker som kan bevege seg i forhold til hverandre og derfor ikke legger press på veggene og bunnen av tanken.
- Ekspanderende is gir IKKE trykk på sideveggene og bunnen.
Tapte "IKKE" gjengivelser
- peta, plasser et gulv i en tank med vann for å beskytte det mot å slippe ut overtrykk etter ising av ytterveggene og hetten (toppisen). Samme med flasker (plast). Det er bedre å la bassenget være halvfullt slik at trykket fra den frosne bakken og isen i den opphever hverandre.
- Har du tenkt på at boksen er av metall og har en tendens til å krympe i kaldt vær og utvide seg ved temperaturer over null?
Hva med en melkeboks? Og melk er en fettemulsjon. Har du avfettet innsiden av glasset? Og hvis ikke, så skapte fettet et monomolekylært lag på overflaten av vannet i glasset, ikke sant? Kanskje dette også hadde innvirkning? Vel, det er kjent at trykket er større i retningen hvor motstanden mot det er svakere. Derfor, hvis uroen oppstår fra topp til bunn, presser det gjenværende ufrosne vannet, frysende, der det ikke er noen massiv is ennå? Altså på det relativt plastiske bunndekselet, bunnen?Edward 26. mars 2016, 07:35 - hvem skriver hva, og ingen svarte hvorfor en lukket, full glasskrukke sprekker. Her om dagen bestemte jeg meg for å argumentere for at det sprekker fordi vannet ikke endrer volumet, og glasset krymper av kulde, og det er ingen steder å krympe, så glasset sprekker.. De lo av meg, men jeg husker nøyaktig hva sa fysikklæreren. Eller kanskje jeg har glemt noe? Rett meg..
- og nå er jeg sikker på at jeg har rett.
Vladimir Nemov, vann endrer bare volum: tetthet av vann = 1, og tetthet av is = 0,9. Det vil si at ved frysing oppnås et skarpt hopp i det okkuperte volumet. Og siden boksen har et konstant volum, sprekker den. En annen dårlig ting er at dette er glass - sprekken går over hele glasset på en gang. Jeg "rotet" en gang en tre-liters krukke der jeg ved et uhell frøs en liter vann - den sprakk helt.25. september 2016, 17:14 - Hvis du er en kunnskapsrik person, vil jeg ikke argumentere, men noe hjemsøker meg, noe er galt... Når glass fryser, har det ikke en tendens til å avta i volum. Hva med metall? Det er nok her svaret er gjemt! Men takk for oppklaringen.
- Takk skal du ha.
- Frysevann presses ut gjennom bunnlokket fordi den potensielle energien til vannisen ikke øker, så massesenteret blir lavere
- Når aggregeringstilstanden til et stoff endres og energi absorberes samtidig, øker volumet av legemer.
- Spørsmålet er relevant fra et praktisk synspunkt. Det var en sak. En kanne laget av kunststein sprakk ved graven om vinteren. Rådet er åpenbart: dekk til før frost for å unngå at vann kommer inn i det. Men dette er ikke alltid mulig. Hvilken annen løsning finnes? Legg for eksempel noe inni.
- Alt er veldig interessant fordi jeg jobber med temaet bruk av kald energi og har utviklet en nesten evig drift.
- Nikolai! Del utviklingen din. Eller gi meg en link der det diskuteres.
- Saken er at isen som flyter til toppen av glasset danner en jevn ramme, som gjør ytterligere trykk på topplokket jevnt, og den nedre delen fryser med et ujevnt område lik bunnen av glasset og med et forhold på 70 % is og 30 % vann, grovt sett blir isen i bunnen av delene i form av en kile, som gir et mindre trykkareal og på grunn av dette presses bunnen av boksen gjennom. Du kan også ta hensyn til tyngdekraften, isen trykker fortsatt på bunnen selv om det er vann, litt selvfølgelig, ikke engang merkbart, men det trykker.
- Det var et spørsmål - hva slags fartøy skulle lages og av hva for at det ikke skal sprekke når vannet fryser. Når vannet fryser, øker volumet med omtrent 10 %. Siden fartøyet ikke sprakk, betyr det at vannet ikke økte volumet - dvs. ikke frosset. Nå til informasjon - frysepunktet til vann synker når trykket øker med ca 1 grad. C for hver 130 atm. og når et minimum (-22 grader C) ved et trykk på 2200 atm. De. det kan hevdes at et kar som ikke vil sprekke når vannet fryser til en temperatur på -22 grader. C skal tåle 2200 atm. De. mer enn 2 tonn per kvm. se Mer enn på bunnen av Marianergraven
- Det dannes is på toppen. Siden is er et fast stoff, er det vanskeligere å presse gjennom tykkelsen på isen + toppdekselet med trykk enn å presse gjennom bunnen uten is Og da effekten av et stempel fra topp til bunn med trykk på vannet.
Vann er det mest utbredte og mest mystiske stoffet på planeten vår. Den har enkle egenskaper kjent siden antikken. Det er takket være disse funksjonene at det kalles "livsgrunnlaget." Så hva er "vidunderligheten" til disse egenskapene? La oss finne ut av det.
Fluiditet. Hovedegenskapen til alle væsker, inkludert vann. Under påvirkning av ytre krefter er det i stand til å ta form av ethvert fartøy. Og dette sikrer universell tilgjengelighet. Vann renner i vannrør og danner innsjøer, elver og hav. Og viktigst av alt, du kan alltid ta den med deg i hvilken som helst praktisk emballasje - fra en liten flaske til en stor tank.
Temperaturegenskaper. Varmt vann er lettere enn kaldt vann og stiger alltid. Derfor kan vi lage suppe ved å varme opp pannen bare fra bunnen, og ikke fra alle sider på en gang. Takket være dette fenomenet, kalt "konveksjon", bor de fleste av innbyggerne i jordens vannforekomster nærmere overflaten.
Men den viktigste temperaturegenskapen til vann er dens høye varmekapasitet - 10 ganger mer enn jern. Det betyr at oppvarming av den krever mye energi, men når den avkjøles frigjøres samme mengde energi. Varmesystemene i våre boliger – og kjølesystemene som brukes i industrien – er basert på dette prinsippet.
I tillegg spiller hav og hav rollen som jordens termoregulator, som myker opp sesongmessige temperaturendringer, absorberer varme om sommeren og frigjør den om vinteren. Og med kombinasjonen av varmekapasitet og konveksjon kan du til og med varme opp et helt kontinent! Vi snakker om «hovedbatteriet i Europa», den varme Golfstrømmen. Gigantiske strømmer av varmt vann, som beveger seg langs overflaten av Atlanterhavet, gir en behagelig temperatur på kysten, noe som ikke er typisk for disse breddegradene.
Fryser. Vannets frysepunkt er konvensjonelt lik 0 grader, men faktisk avhenger denne parameteren av en rekke faktorer: atmosfærisk trykk, beholderen som vannet er plassert i og tilstedeværelsen av urenheter i den.
Vann er unikt ved at det, i motsetning til andre stoffer, utvider seg når det fryser. Gitt våre harde vintre kan dette kanskje kalles en negativ egenskap. Fryser og øker i volum, vann (eller rettere sagt, is) river ganske enkelt metallrør.
Så når det blir en fast tilstand, øker vann i volum, men blir mindre tett. Derfor er is alltid lettere enn vann og ligger på overflaten. I tillegg leder den dårlig varme: selv i den kaldeste vinteren forblir liv i planetens reservoarer. Tross alt, jo tykkere is-"puten", jo varmere blir vannet under den. Takket være denne egenskapen bygger noen folk fortsatt såkalte "breer" - kjellere eller huler foret med is, som ikke smelter selv om sommeren, og gjør at mat kan lagres i veldig lang tid.
Noen forskere har til og med foreslått å bruke is i kampen mot global oppvarming. Essensen av ideen er dette: et spesielt skip tar på slep et isfjell som driver et sted nær Antarktis. Og så drar han ham til varme strøk der folk lider av varmen. Isfjellet smelter, og gir kjølighet til hele kystregionen. Dette er den omvendte Golfstrømmen, kun skapt av mennesker.
Koking. La oss gå fra kald is til varm damp. Alle vet at vann koker ved en temperatur på 100 grader Celsius. Men dette er bare under forhold med normal luftsammensetning og atmosfærisk trykk. Men på toppen av Everest, hvor trykket er lavere og luften er tynnere, vil vannkokeren din allerede koke ved 68 grader! Kokende vann hjelper til med å drepe skadelige mikroorganismer. Dampet mat er også mye sunnere enn stekt mat.
I tillegg kan vanndamp kalles sivilisasjonens virkelige motor. Ikke engang hundre år har gått siden epoken med dampmaskiner, og mange mennesker omtaler fortsatt feilaktig til jernbanelokomotiver (som nå primært opererer på elektrisitet) som "damplokomotiver."
Forresten, om elektrisitet. Uten damp ville det fortsatt forbli en sjelden og kostbar kuriositet. Tross alt er driftsprinsippet til de fleste kraftverk basert på rotorrotasjon under trykket av varm damp. Moderne atomkraftverk skiller seg fra gamle kull- eller oljeanlegg bare i prinsippet om oppvarming av vann. Selv innovativ og sikker solenergi bruker damp: enorme speil, som et forstørrelsesglass, fokuserer solstrålene på en tank med vann, og gjør den om til damp for elektriske turbiner.
Oppløsning. En annen viktig egenskap ved vann, uten hvilken ikke bare vitenskap og industri, men også livet i seg selv ville være umulig! Hva tror du blodplasma har til felles med favorittbrusen din? Svaret er enkelt: brus er en vandig løsning av ulike salter, mineraler og gasser. Plasma består av 90 % vann, samt proteiner og andre stoffer. Og hver celle i en levende organisme mottar stoffene den trenger, også i form av en vandig løsning.
Vann er det enkleste, sikreste, men likevel det mest pålitelige naturlige løsningsmidlet. Nesten alle stoffer kan "klemmes" mellom sine mobile molekyler - fra væsker til metaller. Denne fantastiske eiendommen ble lagt merke til ved menneskehetens morgen. Gamle kunstnere løste opp naturlige fargestoffer i vann for å male på hulevegger. Deretter tok middelalderske alkymister opp stafettpinnen og løste opp en rekke stoffer i vann i håp om å få en "vises stein" som ville gjøre ethvert materiale til gull. Og nå er denne eiendommen vellykket brukt av moderne kjemikere.
Overflatespenning. De fleste mennesker, når de hører om overflatespenningen til vann, husker bare vannstrider-insekter som glir over overflaten av en dam eller sølepytt. I mellomtiden, uten denne egenskapen til vann er det umulig å vaske hendene! Det er takket være dette at såpeskum dannes. Og det er også vanskelig å tørke hendene med et håndkle uten. Tross alt har alle absorberende materialer (uansett papirserviett eller mikrofiberklut) mikroskopiske porer som fuktighet absorberes i på grunn av overflatespenning. Av samme grunn strømmer vann gjennom de tynneste kapillærene som trenger inn i plantens røtter. Og tilberedning av tørre konstruksjonsblandinger er også mulig på grunn av overflatespenningen til det tilsatte vannet.
Vannmolekyler tiltrekkes aktivt av hverandre, som et resultat har overflaten for et gitt volum en tendens til et minimum. Det er derfor den naturlige formen til enhver væske er en kule. Dette kan enkelt verifiseres hvis du befinner deg i null tyngdekraft. Selv om det for et slikt eksperiment ikke er nødvendig å fly ut i verdensrommet, bruk bare en sprøyte for å injisere litt vann i et glass vegetabilsk olje og se hvordan det samler seg til kuler.