Co to jest nieregularne rozszerzenie wody?

The Nieregularne rozszerzenie wody jest to fizyczna właściwość, która powoduje, że woda ulega procesowi ekspansji, gdy zamarza.

Uważa się, że jest to obiekt nieregularny, ponieważ większość elementów rozszerza się wraz z ciepłem i kurczy się z zimnem. Jednak w wodzie proces ekspansji zachodzi w każdej z dwóch zmian temperatury.

Zazwyczaj woda jest uważana za najczęstszą ciecz ze względu na jej obfitość na Ziemi. Ale w rzeczywistości jest odwrotnie: jego anomalne właściwości sprawiają, że jest to najbardziej nietypowy płyn.

Jednak to właśnie ich nieregularne właściwości pozwoliły na rozwój życia na Ziemi.

Rozszerzalność cieplna i gęstość ciał

Rozszerzalność lub rozszerzalność cieplna jest zjawiskiem, które występuje, gdy rozmiar obiektu wzrasta ze względu na zmianę jego temperatury.

Gdy temperatura ciała wzrasta, powoduje to, że jego cząsteczki poruszają się z większą prędkością. Ten ruch powoduje większą przestrzeń między tymi cząsteczkami i ta nowa przestrzeń powoduje wzrost wielkości obiektu.

Ważne jest, aby pamiętać, że nie wszystkie ciała rozwijają się jednakowo. Na przykład metale takie jak aluminium i stal są elementami, które po podgrzaniu osiągają większą ekspansję niż szkło.

Kiedy ciało ulega rozszerzeniu termicznemu, nie tylko zmienia ono swój rozmiar, ale także jego gęstość.

Gęstość to ilość materii zawartej w jednostce objętości. Innymi słowy, jest to suma cząsteczek, które element ma w danej przestrzeni.

Na przykład stal ma większą gęstość niż pióra. Dlatego kilogram stali zajmuje mniej miejsca niż kilogram piór.

Kiedy ciało rozszerza się, zachowuje tę samą masę, ale zwiększa przestrzeń, którą zajmuje. Dlatego, gdy temperatura wzrasta, rozmiar również wzrasta, ale gęstość maleje.

Nieregularna dylatacja wody

Rozszerzalność cieplna w wodzie ma szczególne cechy, które mają zasadnicze znaczenie dla zachowania życia.

Z jednej strony, gdy woda jest podgrzewana, przechodzi ten sam proces rozszerzania, jak większość ciał. Jego cząsteczki rozdzielają się i rozszerzają przekształcając się w parę wodną.

Jednakże, gdy schładza się, zachodzi wyjątkowy proces: wraz ze spadkiem temperatury ciecz zaczyna się kompresować.

Ale gdy osiągnie 4 ° C, rozszerza się. Wreszcie, gdy osiągnie 0 ° C, temperatura niezbędna do zamrożenia, jego objętość wzrasta do 9%.

Dzieje się tak, ponieważ zamrożone cząsteczki wody są zgrupowane w różnych strukturach z innych materiałów, które pozostawiają duże przestrzenie między nimi. Dlatego zajmują większą objętość niż woda w stanie ciekłym.

Codziennym przykładem tego zjawiska jest przygotowanie lodu w wiadrach lodu. Kiedy wiadra są wypełnione wodą w stanie ciekłym, niemożliwe jest ich wypełnienie przez krawędź, ponieważ w oczywisty sposób się rozleje.

Jednak przy usuwaniu lodu można obserwować, jak wystaje z wiader z lodem. Wykazanie, że objętość tego wzrosła podczas procesu zamrażania.

Oczywiście, gdy molekuły wody przekształcą się w lód, ich gęstość również się zmniejsza. Dlatego zamrożona woda jest mniej gęsta niż woda płynna, co daje lód właściwości pływające.

Widać to w bardzo prostych przykładach, na przykład kiedy lód umieszczony na napoju unosi się w szkle.

Ale można to również zaobserwować w dużych naturalnych zjawiskach, takich jak warstwa lodu, która tworzy się na zimowej wodzie, a nawet w istnieniu gór lodowych.

Znaczenie nieregularnej dylatacji wody

Nieregularne rozszerzenie wody to nie tylko naukowa ciekawość. Jest to również zjawisko, które odegrało zasadniczą rolę w rozwoju życia na Ziemi, zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz wody.

W życiu wodnym

W zbiornikach wodnych, takich jak jeziora, można zaobserwować, że kiedy nadchodzi zima, górna warstwa zamarzania wody. Jednak woda poniżej jest utrzymywana w stanie ciekłym.

Gdyby lód był gęstszy niż woda, ta pokrywa lodowa opadłaby. To spowodowałoby wystawienie nowej warstwy cieczy na chłód atmosfery i zamarznięcie aż do zapadnięcia się. W ten sposób cała woda w jeziorach zamarzłaby, zagrażając podwodnemu życiu.

Jednak dzięki nieregularnym właściwościom wody występuje inne zjawisko. Gdy warstwa powierzchniowa zamarza, woda znajdująca się pod nią jest utrzymywana w temperaturze 4 ° C.

Dzieje się tak, ponieważ woda osiąga najwyższą gęstość w temperaturze 4 ° C, co oznacza, że ​​woda dolna zawsze będzie maksymalna w tej temperaturze.

Gdyby w końcu wzrosło, gęstość popychałaby ją w kierunku powierzchni, gdzie pokrywa lodowa ponownie by ją zamroziła.

Dzięki temu zjawisku temperatura zbiorników wodnych pozostaje stabilna i chroniona przed zimnem atmosfery. Gwarantuje to przetrwanie gatunków zwierząt i roślin, które żyją w wodzie.

Te 4 stopnie są tym, co czyni różnicę dla wszystkich stworzeń żyjących w wodach biegunów jako wieloryby zabójców i pieczęcie krabów.

W życiu poza wodą

Życie ludzkie i ogólnie wszystkie formy życia, które istnieją na Ziemi, również korzystają z anomalnych właściwości wody.

Z jednej strony należy wziąć pod uwagę, że większość tlenu pochodzi od różnych gatunków, które tworzą fitoplankton. Ten sposób życia nie przetrwałby, gdyby oceany mogły zamarznąć, a to utrudniłoby rozwój życia ludzi i zwierząt.

Z drugiej strony nieregularne rozszerzenie wody wpływa również na prądy oceaniczne. Dlatego ma również wpływ na warunki klimatyczne planety.

Referencje

1. Chaplin, M. (S.F.). Wyjaśnienie anomalii gęstości wody. Źródło: lsbu.ac.uk
2. Helmenstine, A. (2017). Dlaczego Ice Float? Źródło: thinkco.com
3. Dzieci i nauka. (S.F.). Anomalia wody. Źródło: vias.org
4. Meier, M. (2016). Lód Źródło: britannica.com
5. Study.com. (S.F.). Rozszerzalność termiczna: definicja, równanie i przykłady. Źródło: study.com.