Siła wody podczas zamarzania. Właściwości wody: „Zwyczajne cuda” w naszym życiu

Czy się rozszerza, czy kurczy? Odpowiedź brzmi: wraz z nadejściem zimy woda rozpoczyna proces ekspansji. Dlaczego to się dzieje? Ta właściwość odróżnia wodę od wszystkich innych cieczy i gazów, które wręcz przeciwnie, ulegają kompresji po ochłodzeniu. Jaki jest powód takiego zachowania tej niezwykłej cieczy?

Fizyka klasa 3: czy woda zamarzając rozszerza się czy kurczy?

Większość substancji i materiałów zwiększa swoją objętość po podgrzaniu i zmniejsza swoją objętość po ochłodzeniu. Gazy wykazują ten efekt bardziej zauważalnie, ale różne ciecze i metale stałe wykazują te same właściwości.

Jednym z najbardziej uderzających przykładów rozszerzania i kurczenia się gazu jest powietrze w balonie. Kiedy wychodzimy balonem na zewnątrz przy ujemnych temperaturach, balon natychmiast się zmniejsza. Jeśli wprowadzimy piłkę do ogrzewanego pomieszczenia, natychmiast wzrasta. Ale jeśli wniesiemy balon do łaźni, pęknie.

Cząsteczki wody wymagają więcej miejsca

Powodem, dla którego zachodzą procesy rozszerzania i kurczenia się różnych substancji, są cząsteczki. Te, które otrzymują więcej energii (dzieje się to w ciepłym pomieszczeniu), poruszają się znacznie szybciej niż cząsteczki w zimnym pomieszczeniu. Cząstki posiadające większą energię zderzają się znacznie aktywniej i częściej, potrzebują więcej przestrzeni do poruszania się. Aby powstrzymać ciśnienie wywierane przez cząsteczki, materiał zaczyna zwiększać swój rozmiar. Co więcej, dzieje się to dość szybko. Czy woda zamarzając rozszerza się czy kurczy? Dlaczego to się dzieje?

Woda nie przestrzega tych zasad. Jeśli zaczniemy schładzać wodę do czterech stopni Celsjusza, wówczas zmniejszy się jej objętość. Ale jeśli temperatura będzie nadal spadać, woda nagle zacznie się rozszerzać! Istnieje taka właściwość jak anomalia gęstości wody. Właściwość ta występuje w temperaturze czterech stopni Celsjusza.

Teraz, gdy ustaliliśmy, czy woda zamarzając rozszerza się, czy kurczy, dowiedzmy się przede wszystkim, w jaki sposób pojawia się ta anomalia. Przyczyna leży w cząsteczkach, z których się składa. Cząsteczka wody składa się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu. Przepis na wodę zna każdy już od podstawówki. Atomy w tej cząsteczce przyciągają elektrony na różne sposoby. Wodór tworzy dodatni środek ciężkości, podczas gdy tlen, przeciwnie, tworzy ujemny środek ciężkości. Kiedy cząsteczki wody zderzają się ze sobą, atomy wodoru jednej cząsteczki przechodzą na atom tlenu zupełnie innej cząsteczki. Zjawisko to nazywa się wiązaniem wodorowym.

Woda potrzebuje więcej miejsca, gdy się ochładza

W momencie, gdy rozpoczyna się proces tworzenia wiązań wodorowych, w wodzie zaczynają pojawiać się miejsca, w których cząsteczki są ułożone w takiej samej kolejności jak w krysztale lodu. Te puste miejsca nazywane są klastrami. Nie są trwałe, jak w stałym krysztale wody. Wraz ze wzrostem temperatury zapadają się i zmieniają swoje położenie.

W trakcie tego procesu liczba klastrów w cieczy zaczyna gwałtownie rosnąć. Wymagają większej przestrzeni do rozprzestrzenienia się, w wyniku czego woda po osiągnięciu anomalnej gęstości zwiększa swoją objętość.

Kiedy termometr spadnie poniżej zera, gromady zaczynają zamieniać się w maleńkie kryształki lodu. Zaczynają się podnosić. W rezultacie woda zamienia się w lód. To bardzo niezwykła zdolność wody. Zjawisko to jest konieczne dla bardzo dużej liczby procesów w przyrodzie. Wszyscy wiemy, a jeśli nie wiemy, to pamiętamy, że gęstość lodu jest nieco mniejsza niż gęstość chłodnej lub zimnej wody. Dzięki temu lód unosi się na powierzchni wody. Wszystkie zbiorniki wodne zaczynają zamarzać od góry do dołu, co pozwala wodnym mieszkańcom na dnie spokojnie istnieć i nie zamarzać. Teraz wiemy szczegółowo, czy woda zamarzając rozszerza się, czy kurczy.

Gorąca woda zamarza szybciej niż zimna. Jeśli weźmiemy dwie identyczne szklanki i do jednej wlejemy gorącą wodę, a do drugiej taką samą ilość zimnej wody, zauważymy, że gorąca woda zamarznie szybciej niż zimna. To nie jest logiczne, zgadzasz się? Gorąca woda musi ostygnąć, zanim zacznie zamarzać, ale zimna woda nie musi. Jak wyjaśnić ten fakt? Naukowcy do dziś nie potrafią wyjaśnić tej tajemnicy. Zjawisko to nazywane jest „efektem Mpemby”. Został odkryty w 1963 roku przez naukowca z Tanzanii w niezwykłych okolicznościach. Uczeń chciał zrobić sobie lody i zauważył, że gorąca woda zamarza szybciej. Podzielił się tą informacją ze swoim nauczycielem fizyki, który początkowo mu nie uwierzył.

Strona 1

Pękanie kamienia. Podczas mrozów na górze utworzył się korek lodowy, blokując wodę w dolnej części pęknięcia.

Ekspansja wody podczas zamarzania jest jedną z przyczyn innego ważnego zjawiska w życiu Ziemi - niszczenia skał. Podczas mrozów najpierw zamarza wierzchnia warstwa; w tym przypadku głębsze warstwy zostaną zablokowane. Kiedy te warstwy zaczną zamarzać, zwiększając objętość, powiększą pęknięcie.

Ekspansja wody podczas zamarzania wynika z faktu, że przy ułożeniu nieregularnym (lub przy ułożeniu regularnym tylko w wąskich obszarach) cząsteczki wody zajmują mniejszą objętość niż przy całkowicie regularnej orientacji w przypadku tworzenia się struktury trydymitowej. Ze względu na rozszerzanie się wody podczas zamarzania (zgodnie z zasadą Le Chateliera) temperatura zamarzania spada wraz ze wzrostem ciśnienia. Jeśli jednak po zamrożeniu ciśnienie przekroczy określoną wartość, wówczas powstają inne modyfikacje lodu, które są gęstsze niż zwykle, nawet w większości gęstsze od wody w stanie ciekłym. Dlatego też efekt rozsadzania wody zamkniętej w żelaznych naczyniach lub gromadzącej się w pęknięciach skał nie występuje, jeśli woda przed zamarznięciem znajdowała się już pod bardzo wysokim ciśnieniem.

Rozszerzanie się wody w czasie jej dojrzewania jest dość znaczne i uwzględniane jest podczas pracy kotłów parowych: opalanie kotłów rozpoczyna się od najniższego poziomu wody w wodomierzach, przy TBMI, tak że do czasu, gdy ciśnienie pary w kocioł osiągnie poziom roboczy, poziom ten, zwiększając się w wyniku rozszerzania się wody, osiągnie swoje normalne położenie.

Rozszerzanie się wody po podgrzaniu różni się od rozszerzania innych cieczy, których objętość stopniowo wzrasta wraz ze wzrostem temperatury. Jeśli ciśnienie atmosferyczne jest normalne, woda zajmuje najmniejszą objętość w temperaturze 4 C. Gdy temperatura spada do 0 C (temperatura zamarzania), objętość wody wzrasta. Na ryc. Rysunek 9.4 przedstawia wykres objętości wody w zależności od temperatury tylko do 14 C, ale już widać, że krzywa wznosi się bardziej stromo do temperatury wrzenia.

Rozszerzanie się wody podczas zamarzania wyjaśnia również fakt, że lód unosi się na wodzie i nie opada na dno.

Ze względu na rozszerzanie się wody podczas zamarzania w skrzynce 2 i niemożność jej wyjścia do zamrożonych kanałów 8 w skrzynce, powstaje znaczne ciśnienie, które działając na tłok 3 przesuwa go w kierunku płaszcza wodnego, wyciska pokrywę 4 i otwiera otwór zamknięty tą pokrywą, w wyniku czego wylewa się woda z płaszcza wodnego.

Ze względu na rozszerzanie się wody podczas zamarzania (zgodnie z zasadą Le Chateliera) temperatura zamarzania spada wraz ze wzrostem ciśnienia. Jeśli jednak po zamrożeniu ciśnienie przekroczy pewną wartość, wówczas powstają inne modyfikacje lodu, które są gęstsze niż zwykle, nawet w większości gęstsze od wody w stanie ciekłym. Dlatego efekt rozdzierania, jaki wywołuje woda w żelaznych naczyniach lub powstawanie pęknięć w kamieniach podczas zamarzania, nie występuje, jeśli woda jest już pod bardzo wysokim ciśnieniem przed zamrożeniem.

Charakterystyka ekspansji wody ma ogromne znaczenie dla klimatu Ziemi. Większość (79%) powierzchni Ziemi pokryta jest wodą. Promienie słoneczne padające na powierzchnię wody częściowo się od niej odbijają, częściowo wnikają w wodę i ją podgrzewają. Jeśli temperatura wody jest niska, wówczas nagrzane warstwy (na przykład w temperaturze 2 ° C) są bardziej gęste niż warstwy zimne (na przykład w temperaturze 1 ° C) i dlatego opadają. Ich miejsce zajmują zimne warstwy, które z kolei nagrzewają się. W ten sposób następuje ciągła zmiana warstw wody, co przyczynia się do równomiernego nagrzewania całego słupa wody, aż do osiągnięcia temperatury odpowiadającej maksymalnej gęstości. Przy dalszym ogrzewaniu górne warstwy stają się coraz mniej gęste i dlatego pozostają na górze.

Charakterystyka ekspansji wody ma ogromne znaczenie dla klimatu Ziemi. Większość (79%) powierzchni Ziemi pokryta jest wodą. Promienie słoneczne padające na powierzchnię wody częściowo się od niej odbijają, częściowo wnikają w wodę i ją podgrzewają. Jeśli temperatura wody jest niska, wówczas nagrzane warstwy (na przykład w temperaturze 2°C) są bardziej gęste niż warstwy zimne (na przykład w temperaturze 1°C) i dlatego opadają. Ich miejsce zajmują zimne warstwy, które z kolei nagrzewają się. W ten sposób następuje ciągła zmiana warstw wody, co przyczynia się do równomiernego nagrzewania całego słupa wody, aż do osiągnięcia temperatury odpowiadającej maksymalnej gęstości. Przy dalszym ogrzewaniu górne warstwy stają się coraz mniej gęste i dlatego pozostają na górze.

Kiedy woda zamarza, potrzebuje więcej miejsca niż gdy jest w stanie ciekłym.

To odróżnia wodę od większości cieczy i gazów, które ulegają kompresji po ochłodzeniu. Ale dlaczego zachowuje się tak nietypowo?

Większość substancji rozszerza się pod wpływem ogrzewania i kurczy się po ochłodzeniu. W gazach efekt ten jest szczególnie zauważalny. Ciecze i ciała stałe zachowują się w ten sam sposób. Dobrym przykładem jest powietrze w balonie: podczas zimnej pogody balon kurczy się, a w pobliżu grzejnika może nawet pęknąć.

Cząsteczki potrzebują przestrzeni

Powodem tego wzoru są cząsteczki: im cieplejszy obiekt lub gaz, to znaczy im więcej energii otrzymują cząsteczki, tym szybciej się poruszają. Dlatego cząsteczki zderzają się częściej i mocniej, potrzebują więcej przestrzeni, a ciśnienie, jakie cząsteczki gazu wywierają na powłokę balonu, wzrasta. Aby wytrzymać ciśnienie, potrzebna jest większa objętość, więc materiał się rozszerza.

Ale woda zachowuje się inaczej. Po ochłodzeniu do około 4 stopni Celsjusza objętość wody zmniejsza się, czego można się spodziewać. Jeśli jednak temperatura będzie nadal spadać, woda zacznie się rozszerzać. Oznacza to, że jego gęstość osiąga maksymalną wartość przy 4 stopniach. Ta właściwość nazywa się anomalią gęstości wody.

Ale skąd to pochodzi? Wszystko zależy od cząsteczek: jedna cząsteczka wody składa się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu – stąd dobrze znany wzór chemiczny H2O. Jednak atomy te przyciągają elektrony w cząsteczce wody z różną siłą.

Tworzy to nieznacznie dodatni środek ciężkości ładunku dla wodoru i ujemny środek ciężkości dla tlenu. Kiedy cząsteczki wody zderzają się, atomy wodoru jednej cząsteczki przyciągają się i łączą z atomami tlenu drugiej cząsteczki – tworząc tak zwane wiązanie wodorowe.

W miarę ochładzania się wody potrzeba jeszcze więcej miejsca

Ze względu na powstawanie wiązań wodorowych w ciekłej wodzie są miejsca, w których cząsteczki są uporządkowane tak samo, jak w kryształkach lodu. Te tak zwane klastry nie są tak mocne jak w stałym krysztale: w wyższych temperaturach zmieniają się bardzo szybko.

W miarę ochładzania się wody pojawia się coraz więcej takich skupisk. A potrzebują coraz więcej miejsca – z tego powodu woda zaczyna się rozszerzać już po osiągnięciu progu 4 stopni Celsjusza. Jeśli temperatura spadnie poniżej zera, maleńkie kryształki lodu utworzone z skupisk przejmują kontrolę i woda zamarza.

Dla wielu naturalnych procesów ta niezwykła cecha wody jest bardzo ważna. Ponieważ gęstość lodu jest nieco mniejsza niż gęstość zimnej wody, może on unosić się na powierzchni zbiornika. Dzięki temu woda zamarza od góry do dołu, a na dnie znajduje się 4-stopniowa warstwa wody o maksymalnej gęstości. Dzięki temu ryby i inne organizmy wodne mogą przetrwać zimę na dnie zbiornika bez zamarzania.

>
Podejrzewam, że ponieważ lód jest lżejszy od niezamarzniętej wody, pierwsze kryształki lodu wypływają na powierzchnię, łącząc się ze sobą, a w górnej części następuje szybsze zamarzanie.
Warto zaznaczyć, że z drugiej strony mamy do czynienia z konwekcją, która będzie działać dokładnie odwrotnie, podnosząc cieplejszą wodę do góry i zapobiegając tworzeniu się tam lodu. Wydaje mi się jednak, że przy powolnym, równomiernym zamrażaniu efekt ten się wyrównuje.
Jak zamknąć PEŁNY słoik z wodą?
Zgadzać się. Idealne uszczelnienie tutaj nie działa. Czyli przyklejenie lutu na wierzch, o ile woda nie wypłynie. Nawiasem mówiąc, para wodna faktycznie tworzy się w miejscu lutowania po podgrzaniu lutownicą.
Oczywiście objętość wody powróci do swojej pierwotnej wartości. Jednak z powodu czego - zakłada się, że to nie dno będzie wciskane (stało się bardzo wygięte), a boczna ścianka puszki.
Gdyby słoik był całkowicie szczelny, to tak, ścianka boczna zostałaby wciśnięta. Ale powietrze nadal dostaje się do wnętrza. Dlatego po rozmrożeniu okazuje się, że na górze pojawia się powietrze, podczas zamrażania spód jest jeszcze bardziej wyciskany i tak dalej, aż do całkowitego wymiotowania.
P.S. Dziś rozmroziłam słoiczek i włożyłam do drugiego zamrożenia. Zobaczmy, co z tego wyniknie...
1. Próbowałem to lutować, nie udało się! Udało mi się zaparzyć tylko półautomatycznie (spawanie elektryczne), zamarzło, rozmroziło, dno się nie cofnęło, myślałem, że to od powietrza, wziąłem kolejny słoik, odlutowałem rurkę z komory, sprawdziłem powietrzem na 2 atm, nie przecieka, jest wypełniony wodą, nie ma powietrza! zamrożone, rozmrożone, boki prawie nie cofnięte, sprawdzone po godzinie pojawiło się nadciśnienie i wydaje mi się, że przy zamarzaniu i rozmrażaniu wody uwalnia się rozpuszczone w niej powietrze, dlatego boki się nie chowają
2, woda krystalizuje z góry (rzeka zimą, beczka z wodą) lód jest lżejszy od wody, myślę, że również przewodzi zimno.
Puszka taka sama jak Twoja po mleku, wszystko odbyło się podobnie jak u Ciebie, po rozmrożeniu napięcie lekko spadło.Ja rozmrażałam w temperaturze pokojowej.Myślę, że warto wziąć pod uwagę temperaturę wody.W moim przypadku jest 7 stopni, a temperatura w pomieszczeniu 25 stopni prawdopodobnie też ma wpływ. Teraz sprawdzam, co się stanie, jeśli słoiki ułożymy na boku, szwem do góry i szwem do dołu!
> 1. Dlaczego zamarzająca woda jest wyciskana z dolnej pokrywy i praktycznie nie ma wpływu na górną?
Uważam, że proces mrożenia, biorąc pod uwagę, że słoiczek znajdował się w plastikowym pojemniku, nie przebiegał równomiernie. Najpierw zaczęła zamarzać górna część słoika, bo było bliżej zimna, natomiast dolna część znajdowała się pomiędzy ściankami plastiku i żelaza. Powietrze w puszkach było nieco cieplejsze niż na górze. Co więcej, oblodzenie górnej części puszki dało jej dodatkową wytrzymałość, ale zamieniając się w lód, woda rozszerzyła się i wywarła nacisk na ciecz w dolnej części puszki. banki.
> 1. Dlaczego zamarzająca woda jest wyciskana z dolnej pokrywy i praktycznie nie ma wpływu na górną?
1. Na wierzchu tworzy się lód. wynika to z faktu, że woda chłodząca (a nie zamarzająca, jak pisze autor) unosi się do góry, ponieważ po ochłodzeniu (od 4 stopni do 0) gęstość maleje.
2. schładzanie (a nie zamarzanie wody jak pisze autor) dzięki zwiększeniu objętości nie naciska już na pokrywkę, a na lodowy „krążek”, który rozkłada siłę równomiernie na całej powierzchni pokrywa. najsłabsza część pokrywy (od środka) poddawana jest temu samemu naciskowi, co najmocniejsze części (w pobliżu ścianek bocznych). W rezultacie siła wytwarzana przez wodę chłodzącą jest wygaszana przez „mocną” część pokrywy. w dolnej części nie ma lodu, woda naciska na „mocne” części, nie uginają się, całkowite ciśnienie przenosi się na „słabe” części bez pochłaniania ich przez „mocne” części (ponieważ siła przenoszona jest przez wodę we wszystkich kierunkach). coś w tym stylu.
Towarzysz Naukowcy! Czy ktoś może mi powiedzieć, jakie ciśnienie wywiera zamarzająca woda i powstały lód na ścianki naczynia?
Nie bądź mądry. Przepchnęło się przez dno, bo na ten słój też działa grawitacja + fakt, że dno ma największą gęstość wody gdy zamarza, więc góra po prostu nie miała tyle masy do ekspansji co na dole.
Ciśnienie można obliczyć ze wzoru p1/p2 = ((n woda)/(n lód))*T1/T2
Dolna pokrywka zawsze się wyciśnie, chyba że słoik zamarznie przy ciągłym obrocie. Lub przy braku grawitacji.
Aby uzyskać temperaturę lodu dla powyższego równania, mierzymy temperaturę słoika, Q1=Q2, Q1=c*m*dT (słoik)
Q2=c2*m2*dT2 + dL*m + c3*m2*dT3
woda chłodzi + woda krystalizuje + lód chłodzi
dT3 = (c*m*dT-c2*m2*dT2-dL*m)/(c3*m2)
Będzie to zmiana temperatury lodu.
Podstawiamy ją do T=0+273-dT3 - temperatura będzie wynosić T2.
Temperatura T1 - woda - za pomocą termometru, gdy woda wchodzi w równowagę termodynamiczną ze słoikiem.
P2 - ciśnienie lodu, p1=pa+((m*9,8)/S(dół))
To chyba wszystko.
Zdobądź p2, które będzie równe ciśnieniu wymaganemu do wyciśnięcia puszki na określoną ilość.
W uproszczonej formie problem ten wygląda tak, a wynik nie jest do końca dokładny. Dla dokładności konieczna byłaby tutaj integracja, ale myślę, że to przesada.
Mam nadzieję, że niczego nie pominąłem.
Sasza 13 grudnia 2012, 16:14
Rozważany efekt wynika z faktu, że gęstość lodu jest w rzeczywistości mniejsza niż gęstość wody, dlatego w początkowej fazie następuje zamarzanie górnych warstw (od góry do dołu). Kiedy górne warstwy zamarzają, wchodzą w interakcję ze ściankami naczynia (siła tarcia!). W końcowej fazie zamrażania ta siła tarcia o ścianki jest większa niż siła przeciwna naszego dna. Dlatego dno się ściska.
Iwan 7 listopada 2014, 06:54
0lympian, jak wiadomo, gdy woda się ochładza, jej ciepłe warstwy unoszą się, a zimne opadają na dno, efekt ten obserwuje się do 4 stopni Celsjusza (największa gęstość wody) i nie będzie ruchu warstw aż woda ostygnie do pełnej głębokości do 4 stopni. Następnie następuje krystalizacja cząsteczek (ich gęstość jest mniejsza niż gęstość wody w temperaturze 4 stopni) i unoszą się one do góry, na górnej pokrywie słoika tworzy się lód, a w procesie dalszego zamrażania lód łatwiej wycisnąć dolną pokrywkę słoika, niż pokonać opór utworzonego na górze „korka lodowego” (po drodze najmniejszego oporu).
Aleksander nie otworzy niekompletnego zbiornika, bo... W miejscach ucisku lód się stopi.
11 stycznia 2015, 07:44
Dziękuję bardzo! Rozumiem, że pytanie może wydawać się prymitywne, poziom szkolnego programu fizyki, ale jestem humanistą i w szkole, delikatnie mówiąc, nie pociągały mnie nauki ścisłe. Chociaż niektóre pozycje z fizyki, a zwłaszcza z geometrii, pociągały mnie. Zakładałem, że lód może się rozszerzać, ale nie byłem pewien – oznacza to, że zbiornik był po prostu zardzewiały na złączach. Jeszcze raz dziękuję za odpowiedź! Jeszcze raz dziękuję za odpowiedź, wesołych świąt! Z poważaniem. Aleksander.
peta, o ile rozumiem, ciała obce (deski, kłody, butelki) w zamarzniętej wodzie zapobiegają tworzeniu się stałego kawałka lodu. Który po prostu naciska na boki i w dół. Zamiast tego mamy kilka elementów, które mogą przesuwać się względem siebie i dzięki temu nie wywierają nacisku na ścianki i dno zbiornika.
Rozszerzający się lód NIE wywiera nacisku na boczne ściany i dno.
Przegapione rendery „NIE”.
peta, należy umieścić podłogę w zbiorniku z wodą, aby zabezpieczyć ją przed uwolnieniem nadmiernego ciśnienia po oblodzeniu ścian zewnętrznych i pokrywy (górny lód). To samo z butelkami (plastikami). Lepiej pozostawić basen do połowy pełny, aby ciśnienie zamarzniętego gruntu i znajdującego się w nim lodu znosiło się.
Czy zastanawiałeś się nad tym, że puszka jest metalowa i ma tendencję do kurczenia się w niskich temperaturach i rozszerzania w temperaturach powyżej zera?
Edwarda 26 marca 2016, 07:35
A co z puszką mleka? A mleko to emulsja tłuszczowa. Czy odtłuściłaś wnętrze słoiczka? A jeśli nie, to tłuszcz utworzył monocząsteczkową warstwę na powierzchni wody w słoiku, prawda? Może to też miało wpływ? Otóż wiadomo, że ciśnienie jest większe w kierunku, gdzie opór jest słabszy. Zatem, jeśli wiercenie następuje od góry do dołu, to pozostała niezamarznięta woda, zamarzając, naciska tam, gdzie nie ma jeszcze masywnego lodu? Czyli na stosunkowo plastikowej dolnej pokrywie, na dole?
kto co pisze i nikt nie odpowiedział dlaczego pęka zamknięty, pełny szklany słój. Któregoś dnia postanowiłem argumentować, że pęka, bo woda nie zmienia swojej objętości, a szklanka kurczy się od zimna, a nie ma gdzie się skurczyć, więc słój pęka.. Śmiali się ze mnie, ale dokładnie pamiętam, co – powiedział nauczyciel fizyki. A może o czymś zapomniałem? Popraw mnie..
i teraz jestem pewien, że mam rację.
25 września 2016, 17:14
Włodzimierz Niemow, woda po prostu zmienia objętość: gęstość wody = 1, a gęstość lodu = 0,9. Oznacza to, że podczas zamrażania uzyskuje się gwałtowny skok zajmowanej objętości. A ponieważ puszka ma stałą objętość, pęka. Kolejną wadą jest to, że jest to szkło - pęknięcie rozchodzi się po całym słoju od razu. Kiedyś „zepsułam” trzylitrowy słoik, w którym przez przypadek zamroziłam litr wody - pękł doszczętnie.
Jeśli jesteś osobą znającą się na rzeczy, nie będę się sprzeczał, ale coś mnie prześladuje, coś jest nie tak... Kiedy szkło zamarza, nie ma tendencji do zmniejszania objętości, a co z metalem? Prawdopodobnie tutaj kryje się odpowiedź! Ale i tak dziękuję za wyjaśnienia.
Dziękuję.
Zamarznięta woda jest wypychana przez dolną pokrywę, ponieważ energia potencjalna lodu wodnego nie wzrasta, więc środek masy obniża się
Kiedy zmienia się stan skupienia substancji i jednocześnie pobierana jest energia, zwiększa się objętość ciał.
Pytanie jest istotne z praktycznego punktu widzenia. Był przypadek. Zimą przy grobie pękł dzban ze sztucznego kamienia. Rada jest oczywista: przykryj ją przed przymrozkami, aby woda nie dostała się do środka. Ale nie zawsze jest to możliwe. Jakie jest inne rozwiązanie? Na przykład włóż coś do środka.
Wszystko jest bardzo ciekawe, ponieważ pracuję nad tematem wykorzystania zimnej energii i nabrałem niemal nieustannego popędu.
Mikołaj! Podziel się swoim rozwojem. Albo podaj link, gdzie jest to omówione.
Rzecz w tym, że lód unoszący się na górę słoika tworzy równą ramę, co sprawia, że dalszy nacisk na górną pokrywkę jest równomierny, a dolna część zamarza z nierówną powierzchnią równą dnu słoika i w stosunku 70 % lodu i 30% wody, z grubsza mówiąc, lód w dolnej części puszki przyjmuje postać klina, co daje mniejszą powierzchnię nacisku i przez co dno puszki jest przeciskane. Można też wziąć pod uwagę siłę grawitacji, lód nadal naciska na dno, nawet jeśli jest woda, oczywiście trochę, nawet nie zauważalnie, ale naciska.
Pojawiło się pytanie – jakie naczynie zrobić i z czego, aby nie pękło przy zamarznięciu wody. Kiedy woda zamarza, jej objętość zwiększa się o około 10%. Skoro naczynie nie pękło, to znaczy, że woda nie zwiększyła swojej objętości – tj. nie zamrożone. A teraz dla informacji - temperatura zamarzania wody spada wraz ze wzrostem ciśnienia o około 1 stopień. C na każde 130 atm. i osiąga minimum (-22 stopnie C) przy ciśnieniu 2200 atm. Te. można argumentować, że naczynie nie pęknie, gdy woda zamarznie do temperatury -22 stopni. C musi wytrzymać 2200 atm. Te. ponad 2 tony na mkw. zobacz Więcej niż na dnie rowu Mariana
Na wierzchu tworzy się lód. Ponieważ lód jest substancją stałą, trudniej jest przebić się przez grubość lodu + górna pokrywa pod ciśnieniem, niż przebić się przez dno bez lodu.I wtedy działa tłok z góry na dół pod ciśnieniem na wodę.

Woda jest najbardziej rozpowszechnioną i najbardziej tajemniczą substancją na naszej planecie. Ma proste właściwości znane już od czasów starożytnych. To właśnie dzięki tym cechom nazywany jest „podstawą życia”. Na czym więc polega „cudowność” tych właściwości? Rozwiążmy to.

Płynność. Główna właściwość wszystkich cieczy, w tym wody. Pod wpływem sił zewnętrznych jest w stanie przyjąć kształt dowolnego naczynia. A to gwarantuje jego powszechną dostępność. Woda przepływa rurami wodociągowymi i tworzy jeziora, rzeki i morza. I co najważniejsze, zawsze możesz zabrać go ze sobą w dowolnym wygodnym opakowaniu – od małej butelki po ogromny zbiornik.

Właściwości temperaturowe. Ciepła woda jest lżejsza od zimnej i zawsze się podnosi. Dlatego zupę możemy ugotować podgrzewając patelnię tylko od dołu, a nie ze wszystkich stron na raz. Dzięki temu zjawisku, zwanemu „konwekcją”, większość mieszkańców zbiorników wodnych Ziemi żyje bliżej powierzchni.

Ale najważniejszą właściwością temperaturową wody jest jej wysoka pojemność cieplna - 10 razy większa niż żelaza. Oznacza to, że jego ogrzanie wymaga dużej ilości energii, natomiast gdy się ochładza, uwalniana jest taka sama ilość energii. Na tej zasadzie opierają się systemy grzewcze w naszych domach oraz systemy chłodzenia stosowane w przemyśle.

Ponadto morza i oceany pełnią rolę termoregulatora Ziemi, łagodząc sezonowe zmiany temperatury, absorbując ciepło latem i oddając je zimą. A dzięki połączeniu pojemności cieplnej i konwekcji możesz ogrzać nawet cały kontynent! Mówimy o „głównej baterii Europy”, ciepłym Prądzie Zatokowym. Gigantyczne strumienie ciepłej wody, poruszające się po powierzchni Atlantyku, zapewniają na jego wybrzeżu komfortową temperaturę, co nie jest typowe dla tych szerokości geograficznych.

Zamrażanie. Temperatura zamarzania wody jest umownie równa 0 stopni, ale w rzeczywistości parametr ten zależy od wielu czynników: ciśnienia atmosferycznego, pojemnika, w którym umieszczana jest woda, oraz obecności w niej zanieczyszczeń.

Woda ma tę wyjątkową cechę, że w przeciwieństwie do innych substancji zwiększa swoją objętość podczas zamarzania. Biorąc pod uwagę nasze ostre zimy, można to nazwać negatywną właściwością. Zamrażając i zwiększając swoją objętość, woda (a raczej lód) po prostu rozdziera metalowe rury.

Tak więc, gdy przechodzi w stan stały, woda zwiększa swoją objętość, ale staje się mniej gęsta. Dlatego lód jest zawsze lżejszy od wody i znajduje się na jej powierzchni. Ponadto słabo przewodzi ciepło: nawet podczas najmroźniejszej zimy życie pozostaje w zbiornikach planety. Przecież im grubsza jest „poduszka” lodowa, tym cieplejsza jest woda pod nią. Ponadto dzięki tej właściwości niektóre ludy nadal budują tak zwane „lodowce” - piwnice lub jaskinie pokryte lodem, który nie topi się nawet w lecie i pozwala na przechowywanie żywności przez bardzo długi czas.

Niektórzy naukowcy proponowali nawet wykorzystanie lodu w walce z globalnym ociepleniem. Istota pomysłu jest następująca: specjalny statek zabiera na hol górę lodową dryfującą gdzieś w pobliżu Antarktydy. A potem ciągnie go do ciepłych regionów, gdzie ludzie cierpią z powodu upału. Góra lodowa topnieje, zapewniając chłód całemu regionowi przybrzeżnemu. To jest odwrotny Prąd Zatokowy, stworzony wyłącznie przez człowieka.

Wrzenie. Przejdźmy od zimnego lodu do gorącej pary. Wszyscy wiedzą, że woda wrze w temperaturze 100 stopni Celsjusza. Dzieje się tak jednak tylko w warunkach normalnego składu powietrza i ciśnienia atmosferycznego. Ale na szczycie Everestu, gdzie ciśnienie jest niższe, a powietrze rzadsze, twój czajnik będzie już wrzał w temperaturze 68 stopni! Wrząca woda pomaga zabić szkodliwe mikroorganizmy. Potrawy gotowane na parze są również znacznie zdrowsze niż potrawy smażone.

Ponadto parę wodną można nazwać prawdziwym motorem cywilizacji. Od ery lokomotyw parowych nie minęło nawet sto lat, a wiele osób nadal błędnie nazywa lokomotywy kolejowe (obecnie napędzane głównie energią elektryczną) „lokomotywami parowymi”.

Nawiasem mówiąc, o elektryczności. Bez pary nadal pozostałby rzadką i kosztowną ciekawostką. Przecież zasada działania większości elektrowni opiera się na obracaniu się wirnika pod ciśnieniem gorącej pary. Nowoczesne elektrownie jądrowe różnią się od starych elektrowni węglowych czy olejowych jedynie zasadą podgrzewania wody. Nawet innowacyjna i bezpieczna energia słoneczna wykorzystuje parę: ogromne lustra niczym szkło powiększające skupiają promienie słoneczne na zbiorniku z wodą, zamieniając ją w parę dla turbin elektrycznych.

Rozpuszczenie. Kolejna ważna właściwość wody, bez której nie byłaby możliwa nie tylko nauka i przemysł, ale także samo życie! Jak myślisz, co ma wspólnego osocze krwi z Twoim ulubionym napojem gazowanym? Odpowiedź jest prosta: soda to wodny roztwór różnych soli, minerałów i gazów. Osocze składa się w 90% z wody, białek i innych substancji. A każda komórka żywego organizmu otrzymuje potrzebne jej substancje, także w postaci roztworu wodnego.

Woda jest najprostszym, najbezpieczniejszym, ale mimo to najbardziej niezawodnym naturalnym rozpuszczalnikiem. Prawie każdą substancję można „wcisnąć” pomiędzy jej ruchome cząsteczki – od cieczy po metale. Ta cudowna właściwość została zauważona u zarania ludzkości. Starożytni artyści rozpuszczali naturalne barwniki w wodzie, aby malować ściany jaskiń. Następnie średniowieczni alchemicy przejęli pałeczkę, rozpuszczając w wodzie różnorodne substancje w nadziei uzyskania „kamienia filozoficznego”, który zamieni każdy materiał w złoto. A teraz ta właściwość jest z powodzeniem wykorzystywana przez współczesnych chemików.

Napięcie powierzchniowe. Większość ludzi, gdy słyszą o napięciu powierzchniowym wody, pamięta jedynie owady nartonatów ślizgające się po powierzchni stawu lub kałuży. Tymczasem bez tej właściwości wody nie da się nawet umyć rąk! To dzięki temu powstaje piana mydlana. Trudno też wysuszyć ręce ręcznikiem bez niego. W końcu wszystkie materiały chłonne (nieważne, czy jest to papierowa serwetka, czy ściereczka z mikrofibry) mają mikroskopijne pory, w które wchłaniana jest wilgoć na skutek napięcia powierzchniowego. Z tego samego powodu woda przepływa przez najcieńsze naczynia włosowate, które wnikają do korzeni roślin. Przygotowanie suchych mieszanek budowlanych jest również możliwe dzięki napięciu powierzchniowemu dodanej wody.

Cząsteczki wody aktywnie się przyciągają, w wyniku czego jej powierzchnia dla danej objętości dąży do minimum. Dlatego naturalnym kształtem każdej cieczy jest kula. Można to łatwo sprawdzić, będąc w zerowej grawitacji. Chociaż do takiego eksperymentu nie jest konieczny lot w kosmos, wystarczy za pomocą strzykawki wstrzyknąć trochę wody do szklanki oleju roślinnego i obserwować, jak zbiera się ona w kulki.