Вода при замерзании расширяется или сжимается: простая физика

Вода при замерзании расширяется или сжимается: простая физика

Многие юные почемучки задаются вопросом: при замерзании вода расширяется или сжимается? Ответ следующий: с приходом зимы вода начинает свой процесс расширения. Почему это происходит? Это свойство выделяет воду из списка всех остальных жидкостей и газов, которые, наоборот, сжимаются при охлаждении. В чем заключается причина такого поведения этой необычной жидкости?

Физика 3 класса: вода при замерзании расширяется или сжимается?

Большинство веществ и материалов увеличиваются в объеме при нагревании и уменьшаются при охлаждении. Газы этот эффект показывают более заметно, но различные жидкости и твердые металлы проявляют такие же свойства.

Глыбы замерзшей воды в океане

Одним из наиболее ярких примеров расширения и сжимания газа является воздух в воздушном шаре. Когда мы выносим воздушный шар на улицу в минусовую погоду, то шар сразу уменьшается в размерах. Если мы шар вносим в отапливаемое помещение, то он сразу же увеличивается. А вот если мы внесем воздушный шар в баню - он лопнет.


Молекулы воды требуют больше места

Причиной тому, что происходят эти процессы расширения и сжатия различных веществ, являются молекулы. Те из них, которые получают больше энергии (это происходит в теплом помещении), двигаются намного быстрее, чем молекулы, находящиеся в холодном помещении. Частицы, которые имеют большую энергию, сталкиваются намного активнее и чаще, им необходимо больше места для движения. Чтобы сдержать то давление, которое оказывают молекулы, материал начинает увеличиваться в размерах. Причем это происходит достаточно стремительно. Итак, вода при замерзании расширяется или сжимается? Почему это происходит?

Вода не подчиняется этим правилам. Если мы начинаем охлаждать воду до четырех градусов Цельсия, то она уменьшает свой объем. Но если температура продолжает падать, то вода вдруг начинает расширяться! Существует такое свойство, как аномалия плотности воды. Это свойство возникает при температуре в четыре градуса Цельсия.


Конденсация воды

Теперь, когда мы выяснили, расширяется или сжимается вода при замерзании, давайте узнаем, как вообще возникает эта аномалия. Причина таится в частицах, из которых она состоит. Молекула воды создана из двух атомов водорода и одного - кислорода. Формулу воды все знают еще с начальных классов. Атомы в этой молекуле притягивают электроны по-разному. У водорода создается положительный центр тяжести, а у кислорода, наоборот - отрицательный. Когда молекулы воды сталкиваются друг с другом, то атомы водорода одной молекулы переходят на атом кислорода совершенно другой молекулы. Этот феномен называется водородной связью.

Воде нужно больше места при ее охлаждении

В тот момент, когда начинается процесс формирования водородных связей, в воде начинают возникать места, где молекулы находятся в том же порядке, что и в кристалле льда. Эти заготовки называются кластерами. Они не прочны, как в твердом кристалле воды. При повышении температуры они разрушаются и меняют свое местоположение.

Во время процесса охлаждения воды начинает стремительно увеличиваться количество кластеров в жидкости. Они требуют больше пространства для распространения, вследствие этого вода и увеличивается в размерах после достижения своей аномальной плотности.

Что происходит с водой при замерзании?

При падении столбика термометра ниже нуля кластеры начинают превращаться в мельчайшие кристаллы льда. Они начинают подниматься вверх. Вследствие всего этого вода превращается в лед. Это очень необычная способность воды. Данный феномен необходим для очень большого количества процессов в природе. Мы все знаем, а если не знаем, то запоминаем, что плотность льда незначительно меньше плотности прохладной или же холодной воды. Благодаря этому лед плавает на поверхности воды. Все водоемы начинают замерзать сверху вниз, что позволяет спокойно существовать и не замерзать водным обитателям на дне. Итак, теперь мы в подробностях знаем о том, расширяется или сжимается вода при замерзании.

Интересный феномен

Горячая вода замерзает быстрее холодной. Если мы возьмем два одинаковых стакана и нальем в один горячей воды, а в другой столько же холодной, то мы заметим, что горячая вода замерзнет быстрее, чем холодная. Это не логично, согласитесь? Горячей воде нужно остыть, чтобы начинать замерзать, а холодной этого не нужно. Как объяснить данный факт? Ученые по сей день не могут объяснить эту загадку. Данный феномен имеет название «Эффект Мпембы». Открыт был в 1963 году ученым из Танзании при необычном стечении обстоятельств. Студент хотел сделать себе мороженое и заметил, что горячая вода замерзает быстрее. Об этом он поделился со своим учителем физики, который сначала не поверил ему.

Градус Реомюра: связь со шкалой Цельсия и Кельвина
Каждому человеку известно, что температура измеряется в градусах Цельсия. Люди же, которые знакомы с физикой, знают, что международная единица измерения этой величины - кельвин. Историческое развитие понятия температуры и соответствующих приборов ...
далее
Метод расчета молярной массы сульфата бария
Многие задачи в химии связаны с вычислением молярной массы вещества, с которым проводятся опыты. В статье рассмотрим один из примеров таких задач и найдем, чему равна молярная масса сульфата бария. Также рассмотрим, в каких областях человеческой ...
далее
Какие наиболее лучшие места для праздника: где провести выпускной в 4 ...
Если раньше самым важным событием в жизни школьника был выпускной бал после окончания школы, то со временем стало набирать популярность проведение подобных праздников и у начальных классов. И тогда возникает вопрос: где провести выпускной 4 класса?
далее
По какой причине лед не тонет в воде: ответы
В океане дрейфуют полярные ледяные глыбы и айсберги, и даже в напитках лед никогда не опускается на дно. Можно сделать вывод, что лед не тонет в воде. Почему?
далее
Методическое сопровождение. Понятие, основные формы, разработки и ...
С течением времени образовательный процесс и вся педагогическая система существенно усложнились. Сегодня повсеместно идет модернизация учебной деятельности, внедряются различные образовательные технологии. У участников процесса появляются новые ...
далее
При какой температуре тает лед? Количество теплоты для нагревания льда
Каждому известно, что вода может находиться в природе в трех агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном. При плавлении происходит превращение твердого льда в жидкость, а при дальнейшем нагревании жидкость испаряется, образуя водяной пар. Каковы же условия плавления, кристаллизации, испарения и конденсации воды? При какой температуре тает лед или образуется пар? Об этом мы поговорим в данной статье.
далее
При какой температуре тает лед? Количество теплоты для нагревания льда
Свойства жидкостей. Основные физические свойства жидкости
Свойства жидкостей. Физические, механические свойства веществ в жидком, газообразном состоянии. Неньютоновские жидкости. Общие свойства жидкостей и газов.
далее
Свойства жидкостей. Основные физические свойства жидкости
При какой температуре вода кипит? Зависимость температуры кипения от давления
Кипение – процесс изменения агрегатного состояния вещества. Когда мы говорим о воде, то имеем в виду изменение жидкого состояния в парообразное. Важно отметить, что кипение – это не испарение, которое может протекать даже при комнатной температуре. Также не стоит путать с кипячением, что является процессом нагревания воды до определенной температуры. Теперь, когда мы разобрались с понятиями, можно определить, при какой температуре кипит вода.
далее
При какой температуре вода кипит? Зависимость температуры кипения от давления
Три состояния воды: жидкость, лед и газ
Вода повсюду. Это самое распространенное в природе вещество. Большая часть поверхности планеты занята морями и океанами, когда-то, согласно исследованиям ученых, из нее вышли на сушу все наземные существа.
далее
Три состояния воды: жидкость, лед и газ
Температура замерзания водки: замерзает ли водка? Когда водка замерзает?
В морозильной камере температура, в зависимости от настроек, может быть от -5 до -24°С. Однако этого все-таки недостаточно для замерзания 40% алкоголя.
далее
Температура замерзания водки: замерзает ли водка? Когда водка замерзает?