CO TO JEST NIEREGULARNA DYLATACJA WODY? - NAUKA - 2024

Nieregularny ekspansji wody jest właściwością fizyczną, która powoduje, że woda jest poddawana rozprężnego zamarza. Uważa się, że jest to właściwość nieregularna, ponieważ większość elementów rozszerza się pod wpływem ciepła i kurczy na zimno. Jednak w wodzie proces ekspansji zachodzi przy jednej z dwóch zmian temperatury.

Woda jest zwykle uważana za najpowszechniejszą ciecz ze względu na jej obfitość na Ziemi. Ale w rzeczywistości jest odwrotnie: jego anomalne właściwości sprawiają, że jest to najbardziej niezwykła ciecz.

Źródło obrazu: Wikimedia.org.

Jednak to właśnie jego nieregularne właściwości umożliwiły rozwój życia na Ziemi.

Rozszerzalność cieplna i gęstość ciał

Rozszerzalność cieplna lub dylatacja to zjawisko, które występuje, gdy rozmiar obiektu zwiększa się w wyniku zmiany jego temperatury.

Kiedy temperatura ciała wzrasta, powoduje to szybszy ruch jego cząsteczek. Ten ruch stwarza większą przestrzeń między tymi cząsteczkami, a ta nowa przestrzeń powoduje zwiększenie rozmiaru obiektu.

Należy zauważyć, że nie wszystkie ciała rozszerzają się tak samo. Na przykład metale takie jak aluminium i stal to elementy, które po podgrzaniu osiągają większą rozszerzalność niż szkło.

Kiedy ciało ulega rozszerzalności cieplnej, zmienia się nie tylko jego rozmiar, ale także gęstość.

Gęstość to ilość materii zawarta w jednostce objętości. Innymi słowy, jest to całkowita liczba 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 się rozszerza, zachowuje tę samą masę, ale zwiększa zajmowaną przestrzeń. Dlatego wraz ze wzrostem temperatury rozmiar również rośnie, ale gęstość maleje.

Nieregularne rozszerzenie wody

Rozszerzalność termiczna w wodzie ma szczególne właściwości, które są istotne dla zachowania życia.

Z jednej strony, podgrzewana woda podlega temu samemu procesowi ekspansji, jak większość ciał. Jego cząsteczki oddzielają się i rozszerzają, przekształcając się w parę wodną.

Jednak gdy ostygnie, zachodzi wyjątkowy proces: wraz ze spadkiem temperatury ciecz ta zaczyna się kompresować.

Ale kiedy osiągnie 4 ° C, rozszerza się. Ostatecznie, gdy osiągnie 0 ° C, temperaturę niezbędną do jego zamrożenia, jego objętość wzrasta do 9%.

Dzieje się tak, ponieważ cząsteczki zamarzniętej wody zlepiają się w inne struktury niż inne materiały, pozostawiając między nimi duże przestrzenie. Dlatego zajmują większą objętość niż woda w stanie ciekłym.

Codziennym przykładem, w którym można zaobserwować to zjawisko, jest przygotowywanie lodu w wiaderkach. Kiedy wiaderka do lodu są wypełnione wodą w stanie ciekłym, nie można ich napełnić powyżej krawędzi, ponieważ oczywiście by się rozlał.

Jednak podczas usuwania lodu można obserwować, jak wystaje on z wiader. W ten sposób wykazując, że jego objętość wzrosła podczas procesu zamrażania.

Oczywiście, gdy cząsteczki wody zamieniane w lód rozszerzają się, ich gęstość również maleje. Dlatego zamarznięta woda jest mniej gęsta niż woda w stanie ciekłym, co nadaje lodowi właściwość unoszenia się.

Można to zobaczyć w bardzo prostych przykładach, na przykład gdy lód dodany do napoju pływa w szklance.

Ale można to również zaobserwować w dużych zjawiskach naturalnych, takich jak pokrywa lodowa, która tworzy się na wodzie zimą, a nawet w przypadku istnienia gór lodowych.

Znaczenie nieregularnej ekspansji wody

Nieregularne rozszerzanie się wody to nie tylko naukowa ciekawostka. Jest to również zjawisko, które odegrało fundamentalną rolę w rozwoju życia na Ziemi, zarówno w wodzie, jak i poza nią.

W życiu wodnym

W zbiornikach wodnych, takich jak jeziora, można zaobserwować, że wraz z nadejściem zimy górna warstwa wody zamarza. Jednak woda poniżej pozostaje w stanie ciekłym.

Gdyby lód był gęstszy od wody, ta zamarznięta warstwa opadłaby. Spowodowałoby to wystawienie nowej warstwy cieczy na działanie zimna atmosfery i zamarznięcie do zatonięcia. W ten sposób cała woda w jeziorach zamarzłaby, zagrażając życiu podwodnemu.

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

Dzieje się tak dzięki temu, że woda osiąga największą gęstość przy 4 ° C, czyli woda denna zawsze będzie miała maksimum w tej temperaturze.

Gdyby w końcu się zwiększył, gęstość wypchnęłaby go na powierzchnię, gdzie pokrywa lodowa ponownie go zamroziła.

Dzięki temu zjawisku temperatura zbiorników wodnych pozostaje stabilna i chroniona przed chłodem atmosfery. Gwarantuje to przeżycie żyjącym w wodzie gatunkom zwierząt i roślin.

Te 4 stopnie to te, które mają znaczenie dla wszystkich stworzeń żyjących w wodach biegunów, takich jak orki i krabożerne foki.

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 z różnych gatunków, które tworzą fitoplankton. Ta forma życia nie przetrwałaby, gdyby oceany zamarzły, co utrudniłoby rozwój życia ludzi i zwierząt.

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

Bibliografia

1. Chaplin, M. (SF). Wyjaśnienie anomalii gęstości wody. Odzyskany z: lsbu.ac.uk
2. Helmenstine, A. (2017). Dlaczego lód się unosi? Odzyskany z: thinkco.com
3. Dzieci i nauka. (SF). Anomalia wody. Odzyskany z: vias.org
4. Meier, M. (2016). Lód. Odzyskany z: britannica.com
5. Study.com. (SF). Rozszerzalność termiczna: definicja, równanie i przykłady. Odzyskany z: study.com.