A víz tulajdonságai: „Hétköznapi csodák” az életünkben. Miért tágul a víz, amikor megfagy?

Bővül vagy csökken? A válasz a következő: a tél beköszöntével a víz elkezdi tágulni. Miért történik ez? Ez a tulajdonság megkülönbözteti a vizet az összes többi folyadéktól és gáztól, amelyek éppen ellenkezőleg, hűtéskor összenyomódnak. Mi az oka ennek a szokatlan folyadéknak a viselkedésének?

Fizika 3. osztály: A víz kitágul vagy összehúzódik, amikor megfagy?

A legtöbb anyag és anyag melegítéskor kitágul, lehűléskor pedig zsugorodik. A gázok jobban érzékelik ezt a hatást, de a különféle folyadékok és szilárd fémek ugyanazokat a tulajdonságokat mutatják.

A gáz tágulásának és összehúzódásának egyik legszembetűnőbb példája a léggömbben lévő levegő. Amikor kivesszük Ballon szabadban, mínusz időben a labda mérete azonnal csökken. Ha fűtött helyiségbe visszük a labdát, akkor azonnal megnő. De ha beviszünk egy léggömböt a fürdőbe, akkor szétdurran.

A vízmolekulák több helyet igényelnek

Ennek oka, hogy ezek a tágulási és összehúzódási folyamatok végbemennek különféle anyagok, molekulák. Azok, amelyek több energiát kapnak (ez meleg szobában történik), sokkal gyorsabban mozognak, mint a hideg szobában lévő molekulák. A nagyobb energiájú részecskék sokkal aktívabban és gyakrabban ütköznek össze, több térre van szükségük a mozgáshoz. A molekulák által kifejtett nyomás visszatartása érdekében az anyag mérete növekedni kezd. És ez elég gyorsan megtörténik. Tehát a víz kitágul vagy összehúzódik, amikor megfagy? Miért történik ez?

A víz nem tartja be ezeket a szabályokat. Ha elkezdjük lehűteni a vizet négy Celsius-fokra, akkor az csökkenti a térfogatát. De ha a hőmérséklet tovább csökken, akkor a víz hirtelen tágulni kezd! Van egy olyan tulajdonság, mint a víz sűrűségének anomáliája. Ez a tulajdonság négy Celsius-fok hőmérsékleten jelentkezik.

Most, hogy rájöttünk, hogy a víz tágul-e vagy összehúzódik-e fagyáskor, nézzük meg, hogyan fordul elő ez az anomália. Az ok a részecskékben rejlik, amelyekből áll. A vízmolekula két hidrogénatomból és egy oxigénatomból áll. A víz képletét azóta mindenki ismeri Általános Iskola. A molekulában lévő atomok különböző módon vonzzák az elektronokat. A hidrogénnek pozitív súlypontja van, míg az oxigénnek éppen ellenkezőleg, negatív. Amikor a vízmolekulák ütköznek egymással, akkor az egyik molekula hidrogénatomja egy teljesen más molekula oxigénatomjára kerül át. Ezt a jelenséget hidrogénkötésnek nevezik.

A víznek több hely kell, ahogy lehűl

Abban a pillanatban, amikor a hidrogénkötések kialakulásának folyamata elkezdődik, olyan helyek kezdenek megjelenni a vízben, ahol a molekulák ugyanolyan sorrendben vannak, mint a jégkristályban. Ezeket az üres helyeket klasztereknek nevezzük. Nem tartósak, mint egy szilárd vízkristályban. Amikor a hőmérséklet emelkedik, megsemmisülnek, és megváltoztatják a helyüket.

A folyamat során a folyadékban lévő klaszterek száma gyorsan növekedni kezd. Terjedéséhez több hely szükséges, ezért a víz mérete megnő, miután elérte a rendellenes sűrűségét.

Amikor a hőmérő nulla alá süllyed, a halmazok apró jégkristályokká kezdenek átalakulni. Kezdenek felfelé menni. Mindezek következtében a víz jéggé alakul. Ez a víz nagyon szokatlan képessége. Ez a jelenség elengedhetetlen ahhoz egy nagy szám folyamatok a természetben. Mindannyian tudjuk, és ha nem, akkor emlékezzünk arra, hogy a jég sűrűsége valamivel kisebb, mint a hideg, ill. hideg víz. Ez lehetővé teszi a jég lebegését a víz felszínén. Minden víztározó felülről lefelé kezd lefagyni, ami lehetővé teszi, hogy a vízi lakosok az alján létezzenek, és ne fagyjanak meg. Tehát most már részletesen tudjuk, hogy a víz kitágul-e vagy összehúzódik-e, amikor megfagy.

A forró víz gyorsabban fagy meg, mint a hideg. Ha veszünk két egyforma poharat, és az egyikbe forró vizet, a másikba ugyanannyi hideg vizet öntünk, észrevesszük, hogy forró víz gyorsabban fagy, mint a hideg. Nem logikus, igaz? A forró víznek le kell hűlnie, mielőtt fagyni kezd, de a hideg víznek nem. Hogyan magyarázható ez a tény? A tudósok a mai napig nem tudják megmagyarázni ezt a rejtvényt. Ezt a jelenséget Mpemba-effektusnak nevezik. 1963-ban fedezte fel egy tanzániai tudós szokatlan körülmények között. A diák fagylaltot akart készíteni, és észrevette, hogy a forró víz gyorsabban fagy meg. Ezt megosztotta fizikatanárjával, aki először nem hitt neki.

felhevített láng, a másodikban pedig ugyanennyi hő származik viszonylag hideg vasból.

Kísérletek kimutatták, hogy nincs különbség a két esetben, ezért a hő testmelegítő és állapotváltoztató képessége alapján egy olyan mennyiség, amely pontos mérés tárgyát képezi, és nem tud minőségi különbséget ábrázolni.

C. Maxwell. "A hő elmélete", % 1883.

A víz tágulása fagyáskor.

4°C-tól kezdve. fagyáspontig a víz lehűlve kitágul, jéggé alakulva pedig gyorsan és hirtelen következik be. A jég, mint tudod, lebeg a vízen, mert a tágulás következtében könnyebbé válik nála.

Óriási az erő, amellyel a víznek ez a tágulása fagyáskor bekövetkezik. Hogy képet alkossunk erről a feszültségről, végezzünk egy kísérletet: vizet öntünk egy vasedénybe, amelynek fala fél hüvelyk vastag. A víz mennyisége nem nagy, de kitölti az edényt; ezt követően a nyakára csavart fedéllel szorosan lezárjuk. Vegyünk egy másik hasonló edényt. Merítse mindkét edényt a hűtőkeverékbe. Fokozatosan lehűlnek, a bennük lévő víz eléri a legnagyobb sűrűségét, és kétségtelenül ezen a ponton nem tölti meg teljesen a palackokat, hanem egy kis űrt hagy benne. De hamarosan megszűnik a víz összenyomódása, beindul a tágulás; az űr lassan megtelik; a víz fokozatosan folyékony halmazállapotúvá válik h szilárd, és térfogata megnő, és a vasedény falai ellenállnak ennek a térfogatnövekedésnek. Ellenállásuk azonban tehetetlen a molekuláris erők előtt: a molekulák álruhás óriások. recsegő hang hallatszik: a palack felszakad a kikristályosodó részecskéktől; ugyanez történik a másik üveggel is.

Egy másik kísérletben hangos robbanással szétrobbantak egy tüzérségi bomba vastag falai: a bombát megtöltötték vízzel, szorosan megcsavarozták és hűtőkeverékkel ellátott kádba helyezték. A kísérlet végrehajtása során a kádat vastag vászonnal kell lefedni: amikor ezt nem tettem meg, a bombadarabok a mennyezetre kerültek.

Most már megérti a fagy hatását a házak vízvezetékeire. Általában azt gondolják, hogy a csövek szétrepedése a csövekben lévő jég olvadásakor következik be *), de valójában fagyáskor:

*) Következtében rossz hővezető falak és talaj, hideg nagyon lassan ról ről niket keresztül őket és elér vízvezeték csövek ban ben házak (különösen ban ben pincék) Val vel zna aprólékos későn – gyakran csak akkor, mikor kívül épület volt ideje már után fagy rálépni olvadás; ban ben ez, tovább összes valószínűség, és kellene lát ok széles körben elterjedt láb téveszmék, mintha vízvezeték csövek robbanás nem ban ben fagyasztó, a ban ben olvadás, azok. nem tól től fagyasztó víz, a tól től olvasztó jég.- Összeg.

11. Miért tágul a víz, ha megfagy?

A vízmolekula megfagyása azt jelenti, hogy az összetevőinek felszínéről elveszik kémiai elemek nap eredetű felhalmozódott fotonok. A legtöbb ilyen foton a hidrogén felszínén halmozódik fel, mivel a hidrogén felszíni rétegei nagy százalékban tartalmaznak Yin fotonokat (abszorbeáló étert). A hidrogén hatása ahhoz a tényhez vezet, hogy a vízmolekulák egymáshoz képest megfordulnak. A szomszédos molekulák csupasz hidrogénje vonzza egymást. A víz folyékony halmazállapotában a hidrogént szabad részecskék "fedték be". Árnyékolták a Yin fotonokat összetételében, és ily módon csökkentették e fotonok vonzásmezőinek külső megjelenését. A (a Nap által kibocsátott) szoláris részecskék között a Yang (étert kibocsátó) részecskék dominálnak. Emiatt az árnyékolás miatt a folyékony halmazállapotú víz hidrogén oldaláról érkező vonzás nem olyan erős.

Amikor a víz megfagy és a molekulák „hidrogén részekkel” egymás felé „fordulnak”, az „oxigénvégek” is egymás felé fordulnak. Folyékony állapotban a molekulák így kapcsolódnak össze: "hidrogén-oxigén-hidrogén-oxigén" . És szilárd formában, így: "oxigén-oxigén-hidrogén-hidrogén-oxigén-oxigén-hidrogén-hidrogén" .

Pontosabban szilárd állapotban a kapcsolat hidrogénkötések miatt jön létre. Az oxigén elemei pedig egyszerűen kénytelenek egymás felé fordulni.

Mivel az oxigén elemei nem tartalmaznak felületi rétegek Ahány Yin foton, ahány hidrogén, a fagyás folyamata – a szabad fotonok elvesztése – nem befolyásolja jelentősen az elemek Erőterének jellemzőit. Mivel volt egy jelentős Taszítómező, úgy marad. Ezért amikor a vízmolekulák oxigénnel egymás felé fordulnak, az oxigén elemei átalakító hatást fejtenek ki egymásra. Emlékezzünk vissza, hogy az átalakulás felmelegedés, a hőmérséklet növekedése. Az elemek étert bocsátanak ki egymás felé (a Yang részecskéknek köszönhetően), ill. ezáltal melegítve (átalakítva). Az egyes elemek által egymás felé kibocsátott éter megakadályozza, hogy étert bocsásson ki. Ennek az ellentétnek köszönhetően az elemek összetételében a részecskék minősége átalakul. A melegítés pedig, mint tudod, mindig az anyag tágulásával jár együtt. Ez az oka annak, hogy a víz fagyáskor kitágul. De nem sok. Nem úgy, ahogy kitágul, ha elkezdi forralni.

A fagyáspont túlhaladt, a molekulák megfordultak, és az oxigén átalakul (felmelegedett) a molekulák összetételében. De ez a fűtés pont, nagyon gyenge. Ez nem fűtés, például az üzemanyag elégése vagy elektromos áram áthaladása miatt, ha felhalmozódik. hatalmas szám szabad részecskéket taszító mezőkkel (Yang).

A jövőben, ha a víz lehűlése folytatódik, nem lesz több tágulás.

Így elemeztük a víz hűtés közbeni tágulásának okait.

Nyomatékosan javasoljuk, hogy olvassa el a részecskemechanikával foglalkozó 2. részben a részecskeminőség-átalakításról szóló cikkeket. Ellenkező esetben a víz tágulásának fő oka, és még az anyagok melegítéskor is érthetetlen marad az Ön számára.