Удельное расширение воды при нагревании: Расширение воды при нагревании в процентах

Содержание

Предложена новая теория, объясняющая, почему вода при нагревании от 0 до 4°C сжимается

Японский физик Масакадзу Мацумото выдвинул теорию, которая объясняет, почему вода при нагревании от 0 до 4°C сжимается, вместо того чтобы расширяться. Согласно его модели, вода содержит микрообразования — «витриты», представляющие собой выпуклые пустотелые многогранники, в вершинах которых находятся молекулы воды, а ребрами служат водородные связи. При повышении температуры конкурируют между собой два явления: удлинение водородных связей между молекулами воды и деформация витритов, приводящая к уменьшению их полостей. В диапазоне температур от 0 до 3,98°C последнее явление доминирует над эффектом удлинения водородных связей, что в итоге и дает наблюдаемое сжатие воды. Экспериментального подтверждения модели Мацумото пока что нет — впрочем, как и других теорий, объясняющих сжатие воды.

В отличие от подавляющего большинства веществ, вода при нагревании способна уменьшать свой объем (рис. 1), то есть обладает отрицательным коэффициентом теплового расширения. Впрочем, речь идет не обо всём температурном интервале, где вода существует в жидком состоянии, а лишь об узком участке  — от 0°C примерно до 4°C. При б

ольших температурах вода, как и другие вещества, расширяется.

Между прочим, вода — не единственное вещество, имеющее свойство сжиматься при увеличении температуры (или расширяться при охлаждении). Подобным поведением могут «похвастать» еще висмут, галлий, кремний и сурьма. Тем не менее, в силу своей более сложной внутренней структуры, а также распространенности и важности в разнообразных процессах, именно вода приковывает внимание ученых (см. Продолжается изучение структуры воды, «Элементы», 09.10.2006).

Некоторое время назад общепринятой теорией, отвечающей на вопрос, почему вода увеличивает свой объем при понижении температуры (рис. 1), была модель смеси двух компонент — «нормальной» и «льдоподобной». Впервые эта теория была предложена в XIX веке Гарольдом Витингом и позднее была развита и усовершенствована многими учеными. Сравнительно недавно в рамках обнаруженного полиморфизма воды теория Витинга была переосмыслена. Отныне считается, что в переохлажденной воде существует два типа льдообразных нанодоменов: области, похожие на аморфный лед высокой и низкой плотности. Нагревание переохлажденной воды приводит к плавлению этих наноструктур и к появлению двух видов воды: с большей и меньшей плотностью. Хитрая температурная конкуренция между двумя «сортами» образовавшейся воды и порождает немонотонную зависимость плотности от температуры. Однако пока эта теория не подтверждена экспериментально.

С приведенным объяснением нужно быть осторожным. Не случайно здесь говорится лишь о структурах, которые напоминают аморфный лед. Дело в том, что наноскопические области аморфного льда и его макроскопические аналоги обладают разными физическими параметрами.

Японский физик Масакадзу Мацумото решил найти объяснение обсуждаемого здесь эффекта «с нуля», отбросив теорию двухкомпонентной смеси. Используя компьютерное моделирование, он рассмотрел физические свойства воды в широком диапазоне температур — от 200 до 360 К при нулевом давлении, чтобы в молекулярном масштабе выяснить истинные причины расширения воды при ее охлаждении. Его статья в журнале

Physical Review Letters так и называется: Why Does Water Expand When It Cools? («Почему вода при охлаждении расширяется?»).

Изначально автор статьи задался вопросом: что влияет на коэффициент теплового расширения воды? Мацумото считает, что для этого достаточно выяснить влияние всего трех факторов: 1) изменения длины водородных связей между молекулами воды, 2) топологического индекса — числа связей на одну молекулу воды и 3) отклонения величины угла между связями от равновесного значения (углового искажения).

Перед тем как рассказать о результатах, полученных японским физиком, сделаем важные замечания и разъяснения по поводу вышеупомянутых трех факторов. Прежде всего, привычная химическая формула воды H

2O соответствует лишь парообразному ее состоянию. В жидкой форме молекулы воды посредством водородной связи объединяются в группы (H2O)x, где x — количество молекул. Наиболее энергетически выгодно объединение из пяти молекул воды (x = 5) с четырьмя водородными связями, в котором связи образуют равновесный, так называемый тетраэдральный угол, равный 109,47 градуса (см. рис. 2).

Проанализировав зависимость длины водородной связи между молекулами воды от температуры, Мацумото пришел к ожидаемому выводу: рост температуры рождает линейное удлинение водородных связей. А это, в свою очередь, приводит к увеличению объема воды, то есть к ее расширению. Сей факт противоречит наблюдаемым результатам, поэтому далее он рассмотрел влияние второго фактора. Как коэффициент теплового расширения зависит от топологического индекса?

Компьютерное моделирование дало следующий результат. При низких температурах наибольший объем воды в процентном отношении занимают кластеры воды, у которых на одну молекулу приходится 4 водородных связи (топологический индекс равен 4). Повышение температуры вызывает уменьшение количества ассоциатов с индексом 4, но при этом начинает возрастать число кластеров с индексами 3 и 5. Проведя численные расчеты, Мацумото обнаружил, что локальный объем кластеров с топологическим индексом 4 с повышением температуры практически не меняется, а изменение суммарного объема ассоциатов с индексами 3 и 5 при любой температуре взаимно компенсирует друг друга. Следовательно, изменение температуры не меняет общий объем воды, а значит, и топологический индекс никакого воздействия на сжатие воды при ее нагревании не оказывает.

Остается выяснить влияние углового искажения водородных связей. И вот здесь начинается самое интересное и важное. Как было сказано выше, молекулы воды стремятся объединиться так, чтобы угол между водородными связями был тетраэдральным. Однако тепловые колебания молекул воды и взаимодействия с другими молекулами, не входящими в кластер, не дают им этого сделать, отклоняя величину угла водородной связи от равновесного значения 109,47 градуса. Чтобы как-то количественно охарактеризовать этот процесс угловой деформации, Мацумото с коллегами, основываясь на своей предыдущей работе Topological building blocks of hydrogen bond network in water, опубликованной в 2007 году в

Journal of Chemical Physics, выдвинули гипотезу о существовании в воде трехмерных микроструктур, напоминающих выпуклые полые многогранники. Позднее, в следующих публикациях, такие микроструктуры они назвали витритами (рис. 3). В них вершинами являются молекулы воды, роль ребер играют водородные связи, а угол между водородными связями — это угол между ребрами в витрите.

Согласно теории Мацумото, существует огромное разнообразие форм витритов, которые, как мозаичные элементы, составляют большую часть структуры воды и которые при этом равномерно заполняют весь ее объем.

Молекулы воды стремятся создать в витритах тетраэдральные углы, поскольку витриты должны обладать минимально возможной энергией. Однако из-за тепловых движений и локальных взаимодействий с другими витритами некоторые микроструктуры не обладают геометрией с тетраэдральными углами (или углами, близкими к этому значению). Они принимают такие структурно неравновесные конфигурации (не являющиеся для них самыми выгодными с энергетической точки зрения), которые позволяют всему «семейству» витритов в целом получить наименьшее значение энергии среди возможных. Такие витриты, то есть витриты, которые как бы приносят себя в жертву «общим энергетическим интересам», называются фрустрированными. Если у нефрустрированных витритов объем полости максимален при данной температуре, то фрустрированные витриты, напротив, обладают минимально возможным объемом.

Компьютерное моделирование, проведенное Мацумото, показало, что средний объем полостей витритов с ростом температуры линейным образом уменьшается. При этом фрустрированные витриты значительно уменьшают свой объем, тогда как объем полости нефрустрированных витритов почти не меняется.

Итак, сжатие воды при увеличении температуры вызвано двумя конкурирующими эффектами — удлинением водородных связей, которое приводит к увеличению объема воды, и уменьшением объема полостей фрустрированных витритов. На температурном отрезке от от 0 до 4°C последнее явление, как показали расчеты, преобладает, что в итоге и приводит к наблюдаемому сжатию воды при повышении температуры.

Осталось дождаться экспериментального подтверждения существования витритов и такого их поведения. Но это, увы, очень непростая задача.

Источник: Masakazu Matsumoto. Why Does Water Expand When It Cools? // Phys. Rev. Lett. 103, 017801 (2009).

Юрий Ерин

Тепловое расширение • Джеймс Трефил, энциклопедия «Двести законов мироздания»

Изменение линейных размеров тела при нагревании пропорционально изменению температуры.

Подавляющее большинство веществ при нагревании расширяется. Это легко объяснимо с позиции механической теории теплоты, поскольку при нагревании молекулы или атомы вещества начинают двигаться быстрее. В твердых телах атомы начинают с большей амплитудой колебаться вокруг своего среднего положения в кристаллической решетке, и им требуется больше свободного пространства. В результате тело расширяется. Так же и жидкости и газы, по большей части, расширяются с повышением температуры по причине увеличения скорости теплового движения свободных молекул (см. Закон Бойля—Мариотта, Закон Шарля, Уравнение состояния идеального газа).

Основной закон теплового расширения гласит, что тело с линейным размером L в соответствующем измерении при увеличении его температуры на ΔТ расширяется на величину ΔL, равную:

    ΔL = αLΔT

где α — так называемый коэффициент линейного теплового расширения.

Аналогичные формулы имеются для расчета изменения площади и объема тела. В приведенном простейшем случае, когда коэффициент теплового расширения не зависит ни от температуры, ни от направления расширения, вещество будет равномерно расширяться по всем направлениям в строгом соответствии с вышеприведенной формулой.

Для инженеров тепловое расширение — жизненно важное явление. Проектируя стальной мост через реку в городе с континентальным климатом, нельзя не учитывать возможного перепада температур в пределах от —40°C до +40°C в течение года. Такие перепады вызовут изменение общей длины моста вплоть до нескольких метров, и, чтобы мост не вздыбливался летом и не испытывал мощных нагрузок на разрыв зимой, проектировщики составляют мост из отдельных секций, соединяя их специальными термическими буферными сочленениями, которые представляют собой входящие в зацепление, но не соединенные жестко ряды зубьев, которые плотно смыкаются в жару и достаточно широко расходятся в стужу. На длинном мосту может насчитываться довольно много таких буферов.

Однако не все материалы, особенно это касается кристаллических твердых тел, расширяются равномерно по всем направлениям. И далеко не все материалы расширяются одинаково при разных температурах. Самый яркий пример последнего рода — вода. При охлаждении вода сначала сжимается, как и большинство веществ. Однако, начиная с +4°C и до точки замерзания 0°C вода начинает расширяться при охлаждении и сжиматься при нагревании (с точки зрения приведенной выше формулы можно сказать, что в интервале температур от 0°C до +4°C коэффициент теплового расширения воды α принимает отрицательное значение). Именно благодаря этому редкому эффекту земные моря и океаны не промерзают до дна даже в самые сильные морозы: вода холоднее +4°C становится менее плотной, чем более теплая, и всплывает к поверхности, вытесняя ко дну воду с температурой выше +4°C.

То, что лед имеет удельную плотность ниже плотности воды, — еще одно (хотя и не связанное с предыдущим) аномальное свойство воды, которому мы обязаны существованием жизни на нашей планете. Если бы не этот эффект, лед шел бы ко дну рек, озер и океанов, и они, опять же, вымерзли бы до дна, убив всё живое.

Аномальное тепловое расширение воды | География. Реферат, доклад, сообщение, кратко, презентация, лекция, шпаргалка, конспект, ГДЗ, тест

Вода имеет способность к аномальному тепловому расширению. Все жидкости, как и твёрдые тела, расширяются при нагревании. Их объёмное расширение можно наблюдать на следующем опыте.

Наполним колбу водой и закроем пробкой со вставленной в неё труб­кой. Будем нагревать воду в колбе и увидим, что вода начнёт подни­маться по трубке. Это происходит потому, что жидкость при нагрева­нии расширяется.

Тепловое расширение жидкости объясняется увеличением средних расстояний между положениями равновесия её молекул.

Все жидкости достаточно равномерно расширяются с повышением температуры. Исключение составляет вода. Вода расширяется только при нагревании свыше +4 °C. При нагревании от 0 до +4 °C она сжима­ется. При этом её объём уменьшается, а плотность увеличивается. Наибольшую плотность вода имеет при +4 °C.

Под действием солнечных лучей верхние слои воды нагреваются, предположим, до температуры +2 °C. Плотность воды в этом слое боль­ше, чем в слое, лежащем ниже и имеющем температуру 0 °C. Нагретая вода опускается вниз. Её место занимает вода, имеющая более низкую температуру. Таким образом, происходит непрерывная смена слоёв воды и равномерное прогревание всей её толщи. Это будет происхо­дить, пока температура воды не станет равной +4 °C. Материал с сайта http://doklad-referat.ru

При дальнейшем нагревании верхние слои становятся менее плот­ными и остаются вверху. Поэтому большие толщи воды прогреваются быстро лишь до +4 °C (наибольшая плотность), дальнейшее прогрева­ние нижних слоёв идёт медленно. Охлаждение воды до +4 °C происхо­дит быстро, а дальнейшее охлаждение замедляется. Это приводит к тому, что водоёмы, начиная с некоторой глубины, имеют температуру +2—3 °C. Даже зимой вода в водоёмах не промерзает до дна. Верхние, более холодные, слои воды опускаются вниз, а тёплые занимают их место. Такое перемещение происходит до тех пор, пока температура воды не станет +4 °C. При дальнейшем охлаждении верхние слои не бу­дут опускаться вниз и постепенно замёрзнут.

Эта особенность теплового рас­ширения воды имеет очень боль­шое значение для формирования климата Земли, так как большая часть поверхности нашей планеты покрыта водой.

На этой странице материал по темам:
  • Как объяснить ребёнку аномальное тепловое расширение воды

  • Особенности теплового расширения воды доклад

  • Приведите примеры нетипичных морей земли в чем их особенность

  • В чем заключается аномальное тепловое расширение воды

  • В чём заключается аномальное тепловое расширение воды

Вопросы по этому материалу:
  • В чём заключается аномальное тепловое расширение воды?

Тепловое расширение — вода — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Тепловое расширение — вода

Cтраница 2


Другие кривые указывают на сравнительное влияние давления и растворимости газа на тепловое расширение воды. Вообще говоря, при существующих в нефтяных пластах температурах и давлениях растворимость газа и давление оказывают пренебрежимо-малое влияние на тепловое расширение воды. Совершенно ясно, что практически давление оказывает большое влияние только на растворимость газа в воде. Однако при низких температурах ( от О до 51 7 С) влиянием давления и растворимости газа на тепловое4 расширение воды не следует пренебрегать. Поэтому необходим учитывать и минерализацию воды, так как она влияет на растворимость газа.  [17]

Теплота q cmkT при нагревании воды идет на увеличение AU ее внутренней энергии и на совершение при тепловом расширении воды работы A pa V puaV0 ДГ против сил атмосферного давления.  [18]

Указанная ажурная структура воды как квазикристаллической субстанции хорошо объясняет аномалии физических свойств воды и, в частности, особенность теплового расширения воды. С другой стороны, с повышением температуры происходит ломка ажурной структуры воды, что, естественно, приводит к более плотной упаковке самих молекул. Первый эффект ( эффект колебаний) должен обусловливать уменьшение плотности воды. Второй эффект ( эффект ломки структуры) должен, напротив, приводить к увеличению плотности воды по мере нагревания. При нагревании до 4 С преобладает эффект структуры, поэтому плотность воды растет. При дальнейшем нагревании начинает преобладать эффект колебаний, поэтому плотность воды уменьшается.  [19]

Например, при глубине скважины 3000 м и статическом уровне h 15 м, принимая во внимание средний коэффициент теплового расширения воды в пределах температур от устья ( г 20) до забоя ( ЛОО С) порядка 0 4 — 10 — 4 С-1, находим по формуле ( XI.  [20]

Указанная ажурная структура воды как квазикристаллической субстанции хорошо объясняет аномалии физических свойств воды и, в частности, особенность теплового расширения воды. С другой стороны, с повышением температуры происходит ломка ажурной структуры воды, что, естественно, приводит к более плотной упаковке самих молекул. Первый эффект ( эффект колебаний) должен обусловливать уменьшение плотности воды. При нагревании до 4 С преобладает эффект структуры, поэтому плотность воды растет. При дальнейшем нагревании начинает преобладать эффект колебаний, поэтому плотность воды уменьшается.  [21]

Образование СГПД связывают также с уплотнением пород-коллекторов в результате цементации, с освобождением дополнительного объема воды при переходе монтмориллонита в иллит, с тепловым расширением воды и другими процессами, протекающими в недрах земли. СГПД, являющееся следствием тектонических напряжений, может быть свойственно пластам-коллекторам в пределах локальных тектонических СГПД или даже отдельных тектонических блоков.  [22]

Тепловое расширение воды при любых заданных условиях определяется углом наклона кривой и имеет размерность м3 / м3 — град.  [23]

Для пластовых вод о, колеблется в пределах ( 18 — 90) — 10 5 1 / град. На тепловое расширение воды существенное влияние, помимо давления, оказывает растворимость газа в воде, а также модералИзация воды.  [24]

По ним определяют сжимаемость дегазированной воды в зависимости от минерализации, температуры и давления. Коэффициент теплового расширения воды несколько изменяется при различном давлении, но в основном зависит от температуры и минерализации.  [26]

В закрытой оборотной системе вода непрерывно циркулирует через рубашки цилиндров компрессора, охлаждаясь, кяк правило, в воздушных холодильниках радиаторного типа. Для компенсации теплового расширения воды в линию включают буферный бак с поплавковым регулятором.  [27]

На рис. 1.5 показаны результаты экспериментов [34], выполненных в более широком, чем ранее, интервале температур: от 0 до 90 С. Это позволяет совместить кривые теплового расширения воды в тонких порах ( /) и объемной воды ( 2) в области температур 80 — 90 С. При повышении температуры отличия плотности уменьшаются, составляя около 1 % при 35 С.  [28]

На рис. 1.5 показаны результаты экспериментов [34], выполненных в более широком, чем ранее, интервале температур: от 0 до 90 С. Это позволяет совместить кривые теплового расширения воды в тонких порах ( 1) и объемной воды ( 2) в области температур 80 — 90 С. При повышении температуры отличия плотности уменьшаются, составляя около 1 % при 35 С.  [29]

Расширитель 9 предназначен для создания дополнительного объема с тем, чтобы уровень конденсата в конденсационном трубопроводе не повысился до уровня нагревательных змеевиков 8 и не выключил бы таким образом часть поверхности нагрева из процес — ( са теплообмена. Расширитель 9 необходим вследствие теплового расширения воды.  [30]

Страницы:      1    2    3    4

Какими особенностями теплового расширения обладает вода. Тепловое расширение жидкостей

Билет №3

«Тепловое расширение тел. Термометр. Шкалы температур. Значение теплового расширения тел в природе и технике. Особенности теплового расширения воды»

Тепловое расширение — изменение линейных размеров и формы тела при изменении его температуры.

Причина : увеличивается температура тела -> увеличивается скорость движения молекул -> увеличивается амплитуда колебаний -> увеличивается расстояние между молекулами, а значит, и размеры тела.

Различные тела при нагревании расширяются по-разному, т. к. массы молекул различны, следовательно, различается кинетическая энергия и межмолекулярные расстояния изменяются по-разному.

Количественно тепловое расширение жидкостей и газов при постоянном давлении характеризуется объёмным коэффициентом теплового расширения (β).

V=V0(1+β(tконечная-tначальная))

Где V – объем тела при конечной температуре, V0 — объем тела при начальной температуре

Для характеристики теплового расширения твёрдых тел дополнительно вводят коэффициент линейного теплового расширения (α)

l=l0 (1+α(tконечная-tначальная))

Где l – длина тела при конечной температуре, l0 — длина тела при начальной температуре

Термо́метр — прибор для измерения температуры

Действие термометра основано на тепловом расширении жидкости.

Изобретен Галилеем в 1597 году.

Виды термометров:

· ртутные (от -35 до 750 градусов Цельсия)

· спиртовые (от -80 до 70 градусов Цельсия)

· пентановые (от -200 до 35 градусов Цельсия)

Шкалы:

Шкала Фаренгейта . Фаренгейт в 1732 г. — наполнял трубки спиртом, позже перешел к ртути. Нуль шкалы – температура смеси снега с нашатырем или поваренной солью. Замерзание воды – 32°F. Температура здорового человека – 96°F. Вода кипит при 212°F.

Шкала Цельсия . Шведский физик Цельсий в 1742 г. Температура замерзания жидкости — 0°C, а кипения — 100°C

Шкала Кельвина . В 1848 г. английский физик Уильям Томсон (лорд Кельвин). Точка отсчета – «абсолютный нуль» — -273,15°С. При этой температуре прекращается тепловое движение молекул. 1°К=1°С

На самом деле, абсолютный нуль не достижим .

В быту и технике тепловое расширение имеет очень большое значение. На электрических железных дорогах необходимо зимой и летом сохранять постоянное натяжение провода, питающего энергией электровозы. Для этого натяжение провода создается тросом, один конец которого соединен с проводом, а другой перекинут через блок и к нему подвешен груз.

При сооружении моста один конец фермы кладется на катки. Если этого не сделать, то при расширении летом и сжатии зимой ферма будет расшатывать устои, на которые опирается мост.

При изготовлении ламп накаливания часть провода проходящего внутри стекла необходимо делать из такого материала, коэффициент расширения которого такой же как у стекла иначе оно может треснуть.

Провода ЛЭП никогда не натягивают во избежание разрыва.

Паропроводы снабжают изгибами, компенсаторами.

Тепловое расширение воздуха играет большую роль в явлениях природы . Тепловое расширение воздуха создает движение воздушных масс в вертикальном направлении (нагретый, менее плотный воздух поднимается вверх, холодный и менее плотный вниз). Неравномерный нагрев воздуха в разных частях земли приводит к возникновению ветра. Неравномерный разогрев воды создает течения в океанах.

При нагревании и охлаждении горных пород вследствие суточных и годовых колебаний температуры (если состав породы неоднороден) образуются трещины, что способствует разрушению пород.

Самое распространенное на поверхности Земли вещество — вода — имеет особенность, отличающую ее от большинства других жидкостей. Она расширяется при нагревании только свыше 4 °С. От 0 до 4 °С объем воды, наоборот, при нагревании уменьшается. Таким образом, наибольшую плотность вода имеет при 4 °С. Эти данные относятся к пресной (химически чистой) воде. У морской воды наибольшая плотность наблюдается примерно при 3 °С. Увеличение давления тоже понижает температуру наибольшей плотности воды.

Тема: ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ ВОДЫ

Цели: обеспечить понимание сжатия и расширения воды, условий, при которых это происходит; показать значение свойств воды для жизни водных растений и животных зимой;

содействовать развитию умений работать с рисунками учебника, наблюдать, анализировать, делать выводы;

способствовать формированию умений объяснять наблюдаемые явления

Оборудование: колба с подкрашенной (марганцовка) водой;

пробка с трубкой;

спиртовка

ХОД УРОКА

I Оргмомент.

II Проверка домашнего задания.

Работа у доски – 4 человека.

Как называются состояния воды и явление, изображённое на схеме?

При каких условиях происходит?

Где встречается в природе?

https://pandia.ru/text/78/481/images/image002_73.gif» align=»left»>

https://pandia.ru/text/78/481/images/image004_40.gif» align=»left»>3)

Фронтальный опрос. Слайд 2

1. Что такое гидросфера?

2. Где встречается вода в природе?

3. Вопрос №1 к §23.

О каком свойстве воды идёт речь?

4. Какие ещё свойства воды вам известны?

5. Вопрос №2 к §23.

Объясните разницу между понятиями «пар» и «туман».

6. Что такое ледяные реки? Куда они текут? Почему?

7. Отгадайте загадки:

В морях и реках обитает,

Но часто по небу летает,

А как наскучит ей летать,

На землю падает опять. (Вода)

В огне не горит и в воде не тонет. (Лед)

III Изучение нового материала.

Слайд 3

Учитель. Известно, что многие тела при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. (Опыт с нагреванием монеты)

Соблюдается ли эта закономерность при изменении температуры воды?

1. Расширение и сжатие воды.

В тетрадь. ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ ВОДЫ.

Опыт. Колба, закрытая пробкой с трубкой, заполненная подкрашенной водой, нагревается в пламени спиртовки.

Учитель. Всё, что делаем и наблюдаем будем заносить в таблицу в тетради.

В тетрадь.

Что брали

Что делали

Что наблюдали

Нагревали на пламени спиртовки.

Вода поднималась по трубке

Колба с водой, закрытая пробкой с трубкой.

Охлаждали в стакане со льдом.

Вода опускалась.

Выводы. 1. При нагревании вода расширяется (её объём увеличивается).

2. Вода сжимается (её объём уменьшается) при охлаждении до +4оС.

При дальнейшем охлаждении вода снова расширяется.

2. Значение теплового расширения воды для живых организмов.

Учитель. Вода при температуре +4оС имеет самую большую плотность, поэтому – самая тяжёлая. В водоёмах такая вода опускается на дно.

Замёрзшая вода лёд – легче обычной. Лёд в водоёмах всплывает на поверхность воды. Он плохо проводит тепло.

? К чему это всё приводит.

Стр. 92, последний абзац – стр. 93, до жирного шрифта.

(Зимой в водоёмах подо льдом температура +4оС, поэтому водные животные и растения не замерзают. Жизнь в водоёме подо льдом продолжается.)

Учитель. Ещё одна особенность воды. При замерзании вода отдаёт много тепла. Если в лёд превратится 1 л воды, то при этом выделится столько тепла, что им можно будет нагреть на 1оС 250 000 л воздуха.

Эту особенность человек использует в практических целях. В холодные ночи зимой в теплицах ставят банки с водой. Замерзая, вода выделит тепло в воздух и согреет его.

То же самое происходит и тогда, когда весной высаженную рассаду поливают,

если объявили заморозки.

В тетрадь. При замерзании вода выделяет тепло. 1л воды, превращаясь в лёд, нагревает на 1оС 250 000 л воздуха.

IV Закрепление.

1. С какими свойствами воды познакомились сегодня?

3. Почему лодки на зиму вытаскивают на берег и переворачивают вверх дном?

4. Что произойдёт, если чайник налить до краёв водой и, поставив на огонь, довести до кипения?

V Задание на дом.

§ 24, записи в тетради.

Простые опыты и наблюдения убеждают нас, что при повышении температуры размеры тел немного увеличиваются, а при охлаждении уменьшаются до прежних размеров. Так, например, сильно разогретый болт не входит в резьбу, в которую он свободно входит, будучи холодным. Когда болт охладится, он снова входит в резьбу. Телеграфные провода в жаркую летнюю погоду провисают заметно больше, чем во время зимних морозов. При нагревании электрическим током проволока удлиняется и провисает; по выключении тока она принимает прежнее положение. Увеличение провисания, а следовательно, и длины натянутых проволок при нагревании легко воспроизвести на опыте. Нагревая натянутую проволоку электрическим током, мы видим, что она заметно провисает, а по прекращении нагревания снова натягивается.

При нагревании увеличиваются не только длина тела, но также и другие линейные размеры. Изменение линейных размеров тела при нагревании называют линейным расширением. Если однородное тело (например, стеклянная трубка) нагревается одинаково во всех частях, то оно, расширяясь, сохраняет свою форму. Иное происходит при неравномерном нагревании. Рассмотрим такой опыт. Стеклянная трубка расположена горизонтально, и один ее конец закреплен. Если трубку нагревать снизу, то верхняя ее часть остается вследствие плохой Теплопроводности стекла более холодной.

А) Пластинка, склепанная из медной и железной полосок, в холодном состоянии. б) Та же пластинка в нагретом состоянии (для наглядности изгиб показан преувеличенным) Компенсатор на паропроводе дает возможность трубам А и В расширяться. Бывали случаи, когда части железных мостов, склепанные днем, охлаждаясь ночью, разрушались, срывая многочисленные заклепки. Во избежание подобных явлений, принимают меры к тому, чтобы части сооружений при изменении температуры расширялись или сжимались свободно. Например, железные паропроводы снабжают пружинящими изгибами в виде петель.

Увеличение линейных размеров сопровождается увеличением объема тел (объемное расширение тел). О линейном расширении жидкостей говорить нельзя, так как жидкость не имеет определенной формы. Объемное же расширение жидкостей нетрудно наблюдать. Наполним колбу подкрашенной водой или другой жидкостью и заткнем её пробкой со стеклянной трубкой так, чтобы жидкость вошла в трубку. Если к колбе поднести снизу сосуд с горячей водой, то в первый момент жидкость в трубке опустится, а затем начнет подниматься. Понижение уровня жидкости в первый момент указывает на то, что сперва расширяется сосуд, а жидкость еще не успела прогреться. Затем прогревается и жидкость. а) Подкрашенная вода вошла из колбы в пробку. б) К колбе снизу подносится сосуд с горячей водой. В первый момент погружения колбы жидкость в трубке опускается. в) Уровень в трубке через некоторое время устанавливается выше, чем до нагревания колбы.

Примеры расширения воды в природе Самое распространенное на поверхности Земли вещество вода имеет особенность, отличающую её от большинства других жидкостей. Она расширяется при нагревании только свыше 4 °С. От 0 до 4 °С объем воды, наоборот, при нагревании уменьшается. Таким образом, наибольшую плотность вода имеет при 4 °С. Эти данные относятся к пресной (химически чистой) воде. У морской воды наибольшая плотность наблюдается примерно при 3 °С. Увеличение давления тоже понижает температуру наибольшей плотности воды. Особенности расширения воды имеют громадное значение для климата Земли. Большая часть (79%) поверхности Земли покрыта водой. Солнечные лучи, падая на поверхность воды, частично отражаются от нее, частично проникают внутрь воды и нагревают её. Если температура воды низка, то нагревшиеся слои (например, при 2 °С) более плотны, чем холодные (например, при 1 °С), и потому опускаются вниз. Их место занимают холодные слои, в свою очередь нагревающиеся. Таким образом, происходит непрерывная смена слоев воды, что способствует равномерному прогреванию всей толщи воды, пока не будет достигнута температура, соответствующая максимальной плотности. При дальнейшем нагревании верхние слои становятся все менее плотными, а потому и остаются вверху. Вследствие этого большие толщи воды сравнительно легко прогреваются солнечными лучами лишь до температуры наибольшей плотности воды; дальнейшее прогревание нижних слоев идет крайне медленно. Наоборот, охлаждение воды до температуры наибольшей плотности идет сравнительно быстро, а. затем процесс охлаждения замедляется. Все это ведет к тому, что глубокие водоемы на поверхности Земли имеют, начиная с некоторой глубины, температуру, близкую к температуре наибольшей плотности воды (4 °С). Верхние слои морей в теплых странах могут иметь температуру, значительно более высокую (30 °С и более).

Изменение линейных размеров тела при нагревании пропорционально изменению температуры.

Подавляющее большинство веществ при нагревании расширяется. Это легко объяснимо с позиции механической теории теплоты , поскольку при нагревании молекулы или атомы вещества начинают двигаться быстрее. В твердых телах атомы начинают с большей амплитудой колебаться вокруг своего среднего положения в кристаллической решетке, и им требуется больше свободного пространства. В результате тело расширяется. Так же и жидкости и газы, по большей части, расширяются с повышением температуры по причине увеличения скорости теплового движения свободных молекул (см. Закон Бойля—Мариотта , Закон Шарля , Уравнение состояния идеального газа).

Основной закон теплового расширения гласит, что тело с линейным размером L в соответствующем измерении при увеличении его температуры на ΔТ расширяется на величину ΔL , равную:

ΔL = αL ΔT

где α — так называемый коэффициент линейного теплового расширения. Аналогичные формулы имеются для расчета изменения площади и объема тела. В приведенном простейшем случае, когда коэффициент теплового расширения не зависит ни от температуры, ни от направления расширения, вещество будет равномерно расширяться по всем направлениям в строгом соответствии с вышеприведенной формулой.

Для инженеров тепловое расширение — жизненно важное явление. Проектируя стальной мост через реку в городе с континентальным климатом, нельзя не учитывать возможного перепада температур в пределах от —40°C до +40°C в течение года. Такие перепады вызовут изменение общей длины моста вплоть до нескольких метров, и, чтобы мост не вздыбливался летом и не испытывал мощных нагрузок на разрыв зимой, проектировщики составляют мост из отдельных секций, соединяя их специальными термическими буферными сочленениями , которые представляют собой входящие в зацепление, но не соединенные жестко ряды зубьев, которые плотно смыкаются в жару и достаточно широко расходятся в стужу. На длинном мосту может насчитываться довольно много таких буферов.

Однако не все материалы, особенно это касается кристаллических твердых тел, расширяются равномерно по всем направлениям. И далеко не все материалы расширяются одинаково при разных температурах. Самый яркий пример последнего рода — вода. При охлаждении вода сначала сжимается, как и большинство веществ. Однако, начиная с +4°C и до точки замерзания 0°C вода начинает расширяться при охлаждении и сжиматься при нагревании (с точки зрения приведенной выше формулы можно сказать, что в интервале температур от 0°C до +4°C коэффициент теплового расширения воды α принимает отрицательное значение). Именно благодаря этому редкому эффекту земные моря и океаны не промерзают до дна даже в самые сильные морозы: вода холоднее +4°C становится менее плотной, чем более теплая, и всплывает к поверхности, вытесняя ко дну воду с температурой выше +4°C.

То, что лед имеет удельную плотность ниже плотности воды, — еще одно (хотя и не связанное с предыдущим) аномальное свойство воды, которому мы обязаны существованием жизни на нашей планете. Если бы не этот эффект, лед шел бы ко дну рек, озер и океанов, и они, опять же, вымерзли бы до дна, убив всё живое.

Тепловое расширение — изменение линейных размеров и формы тела при изменении его температуры. Для характеристики теплового расширения твёрдых тел вводят коэффициент линейного теплового расширения.

Механизм теплового расширения твердых тел можно представить следующим образом. Если к твердому телу подвести тепловую энергию, то благодаря колебанию атомов в решетке происходит процесс поглощения им теплоты. При этом колебания атомов становятся более интенсивными, т.е. увеличиваются их амплитуда и частота. С увеличением расстояния между атомами увеличивается и потенциальная энергия, которая характеризуется межатомным потенциалом.

Последний выражается суммой потенциалов сил отталкивания и притяжения. Силы отталкивания между атомами с изменением межатомного расстояния меняются быстрее, чем силы притяжения; в результате форма кривой минимума энергии оказывается несимметричной, и равновесное межатомное расстояние увеличивается. Это явление и соответствует тепловому расширению.

Зависимость потенциальной энергии взаимодействия молекул от расстояния между ними позволяет выяснить причину возникновения теплового расширения. Как видно из рисунка 9.2, кривая потенциальной энергии сильно несимметрична. Она очень быстро (круто) возрастает от минимального значения Е р0 (в точке r 0) при уменьшении r и сравнительно медленно растет при увеличении r .

Рисунок 2.5

При абсолютном нуле в состоянии равновесия молекулы находились бы друг от друга на расстоянии r 0 , соответствующем минимальному значению потенциальной энергии Е р0 . По мере нагревания молекулы начинают совершать колебания около положения равновесия. Размах колебаний определяется средним значением энергии Е. Если бы потенциальная кривая была симметричной, то среднее положение молекулы по-прежнему соответствовало бы расстоянию r 0 . Это означало бы общую неизменность средних расстояний между молекулами при нагревании и, следовательно, отсутствие теплового расширения. На самом деле кривая несимметрична. Поэтому при средней энергии, равной , среднее положение колеблющейся молекулы соответствует расстоянию r 1 > r 0 .

Изменение среднего расстояния между двумя соседними молекулами означает изменение расстояния между всеми молекулами тела. Поэтому размеры тела увеличиваются. Дальнейшее нагревание тела приводит к увеличению средней энергии молекулы до некоторого значения , и т. д. При этом увеличивается и среднее расстояние между молекулами, так как теперь колебания совершаются с большей амплитудой вокруг нового положения равновесия: r 2 > r 1 , r 3 > r 2 и т. д.

Применительно к твердым телам, форма которых при изменении температуры (при равномерном нагревании или охлаждении) не меняется, различают изменение линейных размеров (длины, диаметра и т. п.) — линейное расширение и изменение объема — объемное расширение. У жидкостей при нагревании форма может меняться (например, в термометре ртуть входит в капилляр). Поэтому в случае жидкостей имеет смысл говорить только об объемном расширении.

Основной закон теплового расширения твердых тел гласит, что тело с линейным размером L 0 при увеличении его температуры на ΔT расширяется на величину ΔL , равную:

ΔL = αL 0 ΔT, (2.28)

где α — так называемый коэффициент линейного теплового расширения .

Аналогичные формулы имеются для расчета изменения площади и объема тела. В приведенном простейшем случае, когда коэффициент теплового расширения не зависит ни от температуры, ни от направления расширения, вещество будет равномерно расширяться по всем направлениям в строгом соответствии с вышеприведенной формулой.

Коэффициент линейного расширения зависит от природы вещества, а также от температуры. Однако, если рассматривать изменения температуры в не слишком широких пределах, зависимостью α от температуры можно пренебречь и считать температурный коэффициент линейного расширения величиной постоянной для данного вещества. В этом случае линейные размеры тела, как вытекает из формулы (2.28), зависят от изменения температуры следующим образом:

L = L 0 (1 +αΔT ) (2.29)

Из твердых тел сильнее всех расширяется воск, превышая в этом отношении многие жидкости. Коэффициент теплового расширения воска в зависимости от сорта в 25 — 120 раз больше чем у железа. Из жидкостей сильнее других расширяется эфир. Однако есть жидкость, расширяющаяся в 9 раз сильнее эфира — жидкая углекислота (СО3) при +20 градусах Цельсия. Ее коэффициент расширения в 4 раза больше, чем у газов.

Наименьшим коэффициентом теплового расширения из твердых тел обладает кварцевое стекло — в 40 раз меньше, чем железо. Кварцевую колбу раскаленную до 1000 градусов можно смело опускать в ледяную воду, не опасаясь за целостность сосуда: колба не лопается. Малым коэффициентом расширения, хотя и большим, чем у кварцевого стекла, отличается также алмаз.

Из металлов, меньше всего расширяется сорт стали, носящий название инвар, коэффициент его теплового расширения в 80 раз меньше, чем у обычной стали.

В приведенной ниже таблице 2.1 показаны коэффициенты объемного расширения некоторых веществ.

Таблица 2.1 — Значение изобарического коэффициента расширения некоторых газов, жидкостей и твёрдых тел при атмосферном давлении

Коэффициент объёмного расширения Коэффициент линейного расширения
Вещество Тем-ра, °С α×10 3 , (°C) -1 Вещество Тем-ра, °С α×10 3 , (°C) -1
Газы Алмаз 1,2
Графит 7,9
Гелий 0-100 3,658 Стекло 0-100 ~9
Кислород 3,665 Вольфрам 4,5
Жидкости Медь 16,6
Вода 0,2066 Алюминий
Ртуть 0,182 Железо
Глицерин 0,500 Инвар (36,1% Ni) 0,9
Этиловый спирт 1,659 Лед -10 o до 0 о С 50,7

Контрольные вопросы

1. Дать характеристику распределению нормальных колебаний по частотам.

2. Что такое фонон?

3. Объяснить физический смысл температуры Дебая. Чем определяется значение температуры Дебая для данного вещества?

4. Почему при низких температурах решёточная теплоёмкость кристалла не остается постоянной?

5. Что называется теплоёмкостью твёрдого тела? Чем она определяется?

6. Объяснить зависимость решёточной теплоёмкости кристалла Cреш от температуры T.

7. Получить закон Дюлонга-Пти для молярной теплоёмкости решётки.

8. Получить закон Дебая для молярной теплоёмкости решётки кристалла.

9. Какой вклад вносит электронная теплоемкость в молярную теплоемкость металла?

10. Что называется теплопроводностью твёрдого тела? Чем она характеризуется? Чем осуществляется теплопроводность в случаях металла и диэлектрика.

11. Как зависит коэффициент теплопроводности кристаллической решётки от температуры? Объяснить.

12. Дать определение теплопроводности электронного газа. Сравнить χ эл и χ реш в металлах и диэлектриках.

13. Дать физическое объяснение механизму теплового расширения твёрдых тел? Может ли КТР быть отрицательным? Если да, то объяснить причину.

14. Объяснить температурную зависимость коэффициента теплового расширения.

При охлаждении вода расширяется или сжимается. Вода при замерзании расширяется или сжимается: простая физика

Одно из самых распространенных веществ на Земле: вода. Она, как и воздух, необходима нам, но мы ее порой совсем не замечаем. Она просто есть. Но, оказывается

Одно из самых распространенных веществ на Земле: вода. Она, как и воздух, необходима нам, но мы ее порой совсем не замечаем. Она просто есть. Но, оказывается, обыкновенная вода может менять свой объем и весить то больше, то меньше. При испарении воды, ее нагревании и охлаждении происходят поистине удивительные вещи, о которых мы и узнаем сегодня.
Мюриэль Мэнделл в своей занимательной книге «Phycisc Experiments for Children» излагает интереснейшие мысли о свойствах воды, на основе которых не только юные физики могут узнать немало нового, но и взрослые освежат свои знания, которые давненько не приходилось применять, поэтому они оказались слегка забытыми. Сегодня речь пойдет об объеме и весе воды. Оказывается, один и тот же объем воды не всегда весит одинаково. И если налить воду в стакан и она не прольется через край — это еще не значит, что она поместится в нем при любых обстоятельствах.

1. При нагревании вода увеличивается в объеме

Поставьте наполненную водой банку в кастрюлю, наполненную сантиметров на пять кипящей водой, и на слабом огне поддерживайте кипение. Вода из банки начнет переливаться через край. Это происходит потому, что при нагревании вода, подобно другим жидкостям, начинает занимать больше пространства. Молекулы отталкиваются друг от друга с большей интенсивностью и это ведет к увеличению объема воды.
2. При охлаждении вода сжимается

Дайте воде в банке остыть при комнатной температуре, или налейте новую воду, и поставьте ее в холодильник. Через некоторое время вы обнаружите, что полная прежде банка уже не полна. При охлаждении до температуры 3,89 градусов по Цельсию вода уменьшает свой объем по мере снижения температуры. Причиной тому стало снижение скорости движения молекул и их сближение друг с другом под воздействием охлаждения. Казалось бы, все очень просто: чем холоднее вода, тем меньший объем она занимает, но…

3. …объем воды вновь возрастает при замерзании
Наполните банку водой до краев и накройте куском картона. Поставьте ее в морозилку и дождитесь замерзания. Вы обнаружите, что картонную «крышку» вытолкнуло. На температурном интервале между 3,89 и 0 градусов по Цельсию, то есть на подходе к точке своего замерзания, вода вновь начинает расширяться. Она является одним из немногих известных веществ, обладающих подобным свойством. Если использовать плотную крышку, то лед просто разнесет банку. Приходилось ли вам слышать о том, что даже водопроводные трубы может разорвать льдом?
4. Лед легче воды
Поместите пару кубиков льда в стакан с водой. Лед будет плавать на поверхности. Вода при замерзании увеличивается в объеме. И, вследствие этого, лед легче воды: его объем составляет около 91% соответствующего объема воды.
Это свойство воды существует в природе не зря. У него есть вполне определенное предназначение. Говорят, что зимой реки замерзают. Но на самом деле это не совсем верно. Обычно замерзает лишь небольшой верхний слой. Это ледяной покров не тонет, поскольку он легче жидкой воды. Он замедляет замерзание воды на глубине реки и служит своеобразным одеялом, оберегая рыб и другую речную да озерную живность от лютых зимних морозов. Изучая физику, начинаешь понимать, что очень многое в природе устроено целесообразно.
5. Водопроводная вода содержит минералы
Влейте в небольшую стеклянную миску 5 столовых ложек обычной водопроводной воды. Когда вода испарится, на миске останется белая кайма. Эта кайма сформирована минералами, которые были растворены в воде, когда она проходила слои грунта. Посмотрите внутрь своего чайника и вы увидите там минеральный налет. Такой же налет образуется и на отверстии для стока воды в ванне. Попробуйте испарить дождевую воду, чтобы самостоятельно проверить, содержит ли она минералы.

Нас окружает вода, сама по себе, в составе других веществ и тел. Она может быть в твердом, жидком или газообразном состоянии, но вода всегда вокруг нас. Почему трескается асфальт на дорогах, почему стеклянная банка с водой на морозе лопается, почему в холодное время года запотевают окна, почему самолет оставляет в небе белый след — ответы на все эти и другие «почему» мы будем искать на этом уроке. Мы узнаем, как изменяются свойства воды при нагревании, охлаждении и замораживании, как образуются подземные пещеры и причудливые фигуры в них, как работает термометр.

Тема: Неживая природа

Урок: Свойства воды в жидком состоянии

В чистом виде вода не имеет вкуса, запаха и цвета, но она почти никогда не бывает такой, потому что активно растворяет в себе большинство веществ и соединяется с их частицами. Так же вода может проникать в различные тела (ученые нашли воду даже в камнях).

Если в стакан набрать воды из-под крана, она будет казаться чистой. Но на самом деле, это — раствор многих веществ, среди которых есть газы (кислород, аргон, азот, углекислый газ), различные примеси, содержащиеся в воздухе, растворенные соли из почвы, железо из водопроводных труб, мельчайшие нерастворенные частицы пыли и др.

Если нанести пипеткой капельки водопроводной воды на чистое стекло и дать ей испариться, останутся едва заметные пятнышки.

В воде рек и ручьев, большинства озер содержатся различные примеси, например, растворенные соли. Но их немного, потому что эта вода — пресная.

Вода течет на земле и под землей, наполняет ручьи, озера, реки, моря и океаны, создает подземные дворцы.

Прокладывая себе путь сквозь легкорастворимые вещества, вода проникает глубоко под землю, унося их с собой, и через щелочки и трещинки в скальных породах, образуя подземные пещеры, капает с их свода, создавая причудливые скульптуры. Миллиарды капелек воды за сотни лет испаряются, а растворенные в воде вещества (соли, известняки) оседают на сводах пещеры, образуя каменные сосульки, которые называют сталактитами.

Сходные образования на полу пещеры называются сталагмитами.

А когда сталактит и сталагмит срастается, образуя каменную колонну, это называют сталагнатом.

Наблюдая ледоход на реке, мы видим воду в твердом (лед и снег), жидком (текущая под ним) и газообразном состоянии (мельчайшие частицы воды, поднимающиеся в воздух, которые ещё называют водяным паром).

Вода может одновременно находится во всех трех состояниях: в воздухе всегда есть водяной пар и облака, которые состоят из капелек воды и кристалликов льда.

Водяной пар невидим, но его можно легко обнаружить, если оставить в теплой комнате охлаждавшийся в холодильнике в течение часа стакан с водой, на стенках которого сразу появятся капельки воды. При соприкосновении с холодными стенками стакана, водяной пар, содержащийся в воздухе, преобразуется в капельки воды и оседает на поверхности стакана.

Рис. 11. Конденсат на стенках холодного стакана ()

По этой же причине в холодное время года запотевает внутренняя сторона оконного стекла. Холодный воздух не может содержать столько же водяного пара, сколько и теплый, поэтому какое-то его количество конденсируется — превращается в капельки воды.

Белый след за летящим в небе самолетом — тоже результат конденсации воды.

Если поднести к губам зеркальце и выдохнуть, на его поверхности останутся мельчайшие капельки воды, это доказывает то, что при дыхании человек вдыхает с воздухом водяной пар.

При нагревании вода «расширяется». Это может доказать простой опыт: в колбу с водой опустили стеклянную трубку и замерили уровень воды в ней; затем колбу опустили в сосуд с теплой водой и после нагревания воды повторно замерили уровень в трубке, который заметно поднялся, поскольку вода при нагревании увеличивается в объеме.

Рис. 14. Колба с трубкой, цифрой 1 и чертой обозначен первоначальный уровень воды

Рис. 15. Колба с трубкой, цифрой 2 и чертой обозначен уровень воды при нагревании

При охлаждении вода «сжимается». Это может доказать сходный опыт: в этом случае колбу с трубкой опустили в сосуд со льдом, после охлаждения уровень воды в трубке понизился относительно первоначальной отметки, потому что вода уменьшилась в объеме.

Рис. 16. Колба с трубкой, цифрой 3 и чертой обозначен уровень воды при охлаждении

Так происходит, потому что частицы воды, молекулы, при нагревании движутся быстрее, сталкиваются между собой, отталкиваются от стенок сосуда, расстояние между молекулами увеличивается, и поэтому жидкость занимает больший объем. При охлаждении воды движение её частиц замедляется, расстояние между молекулами уменьшается, и жидкости требуется меньший объем.

Рис. 17. Молекулы воды обычной температуры

Рис. 18. Молекулы воды при нагревании

Рис. 19. Молекулы воды при охлаждении

Такими свойствами обладает не только вода, но и другие жидкости (спирт, ртуть, бензин, керосин).

Знание этого свойства жидкостей привело к изобретению термометра (градусника), где используется спирт или ртуть.

При замерзании вода расширяется. Это можно доказать, если емкость, наполненную до краев водой, неплотно накрыть крышкой и поставить в морозильную камеру, через время мы увидим, что образовавшийся лед приподнимет крышку, выйдя за пределы емкости.

Это свойство учитывается при прокладывании водопроводных труб, которые обязательно утепляются, чтобы при замерзании образовавшийся из воды лед не разорвал трубы.

В природе замерзающая вода может разрушать горы: если осенью в трещинах скал скапливается вода, зимой она замерзает, и под напором льда, который занимает больший объем, чем вода, из которой он образовался, горные породы трескаются и разрушаются.

Вода, замерзающая в трещинах дорог, приводит к разрушению асфальтового покрытия.

Длинные гребни, напоминающие складки, на стволах деревьев — раны от разрывов древесины под напором замерзающего в ней древесного сока. Поэтому в холодные зимы можно услышать треск деревьев в парке или в лесу.

  1. Вахрушев А.А., Данилов Д.Д. Окружающий мир 3. М.: Баллас.
  2. Дмитриева Н.Я., Казаков А.Н. Окружающий мир 3. М.: ИД «Федоров».
  3. Плешаков А.А.Окружающий мир 3. М.: Просвещение.
  1. Фестиваль педагогических идей ().
  2. Наука и образование ().
  3. Открытый класс ().
  1. Составьте короткий тест (4 вопроса с тремя вариантами ответа) на тему «Вода вокруг нас».
  2. Проведите небольшой опыт: стакан с очень холодной водой поставьте на стол в теплой комнате. Опишите, что будет происходить, объясните, почему.
  3. *Нарисуйте движение молекул воды в нагретом, нормальном и охлажденном состоянии. Если нужно, сделайте подписи на своем рисунке.

Японский физик Масакадзу Мацумото выдвинул теорию, которая объясняет, почему вода при нагревании от 0 до 4°C сжимается, вместо того чтобы расширяться. Согласно его модели, вода содержит микрообразования — «витриты», представляющие собой выпуклые пустотелые многогранники, в вершинах которых находятся молекулы воды, а ребрами служат водородные связи. При повышении температуры конкурируют между собой два явления: удлинение водородных связей между молекулами воды и деформация витритов, приводящая к уменьшению их полостей. В диапазоне температур от 0 до 3,98°C последнее явление доминирует над эффектом удлинения водородных связей, что в итоге и дает наблюдаемое сжатие воды. Экспериментального подтверждения модели Мацумото пока что нет — впрочем, как и других теорий, объясняющих сжатие воды.

В отличие от подавляющего большинства веществ, вода при нагревании способна уменьшать свой объем (рис. 1), то есть обладает отрицательным коэффициентом теплового расширения. Впрочем, речь идет не обо всём температурном интервале, где вода существует в жидком состоянии, а лишь об узком участке — от 0°C примерно до 4°C. При больших температурах вода, как и другие вещества, расширяется.

Между прочим, вода — не единственное вещество, имеющее свойство сжиматься при увеличении температуры (или расширяться при охлаждении). Подобным поведением могут «похвастать» еще висмут, галлий, кремний и сурьма. Тем не менее, в силу своей более сложной внутренней структуры, а также распространенности и важности в разнообразных процессах, именно вода приковывает внимание ученых (см. Продолжается изучение структуры воды, «Элементы», 09.10.2006).

Некоторое время назад общепринятой теорией, отвечающей на вопрос, почему вода увеличивает свой объем при понижении температуры (рис. 1), была модель смеси двух компонент — «нормальной» и «льдоподобной». Впервые эта теория была предложена в XIX веке Гарольдом Витингом и позднее была развита и усовершенствована многими учеными. Сравнительно недавно в рамках обнаруженного полиморфизма воды теория Витинга была переосмыслена. Отныне считается, что в переохлажденной воде существует два типа льдообразных нанодоменов: области, похожие на аморфный лед высокой и низкой плотности. Нагревание переохлажденной воды приводит к плавлению этих наноструктур и к появлению двух видов воды: с большей и меньшей плотностью. Хитрая температурная конкуренция между двумя «сортами» образовавшейся воды и порождает немонотонную зависимость плотности от температуры. Однако пока эта теория не подтверждена экспериментально.

С приведенным объяснением нужно быть осторожным. Не случайно здесь говорится лишь о структурах, которые напоминают аморфный лед. Дело в том, что наноскопические области аморфного льда и его макроскопические аналоги обладают разными физическими параметрами.

Японский физик Масакадзу Мацумото решил найти объяснение обсуждаемого здесь эффекта «с нуля», отбросив теорию двухкомпонентной смеси. Используя компьютерное моделирование, он рассмотрел физические свойства воды в широком диапазоне температур — от 200 до 360 К при нулевом давлении, чтобы в молекулярном масштабе выяснить истинные причины расширения воды при ее охлаждении. Его статья в журнале Physical Review Letters так и называется: Why Does Water Expand When It Cools? («Почему вода при охлаждении расширяется?»).

Изначально автор статьи задался вопросом: что влияет на коэффициент теплового расширения воды? Мацумото считает, что для этого достаточно выяснить влияние всего трех факторов: 1) изменения длины водородных связей между молекулами воды, 2) топологического индекса — числа связей на одну молекулу воды и 3) отклонения величины угла между связями от равновесного значения (углового искажения).

Рис. 2. Молекулам воды «удобнее» всего объединяться в кластеры с углом между водородными связями, равным 109,47 градуса. Такой угол называют тетраэдральным, поскольку это угол, соединяющий центр правильного тетраэдра и две его вершины. Рисунок с сайта lsbu.ac.uk

Перед тем как рассказать о результатах, полученных японским физиком, сделаем важные замечания и разъяснения по поводу вышеупомянутых трех факторов. Прежде всего, привычная химическая формула воды H 2 O соответствует лишь парообразному ее состоянию. В жидкой форме молекулы воды посредством водородной связи объединяются в группы (H 2 O) x , где x — количество молекул. Наиболее энергетически выгодно объединение из пяти молекул воды (x = 5) с четырьмя водородными связями, в котором связи образуют равновесный, так называемый тетраэдральный угол, равный 109,47 градуса (см. рис. 2).

Проанализировав зависимость длины водородной связи между молекулами воды от температуры, Мацумото пришел к ожидаемому выводу: рост температуры рождает линейное удлинение водородных связей. А это, в свою очередь, приводит к увеличению объема воды, то есть к ее расширению. Сей факт противоречит наблюдаемым результатам, поэтому далее он рассмотрел влияние второго фактора. Как коэффициент теплового расширения зависит от топологического индекса?

Компьютерное моделирование дало следующий результат. При низких температурах наибольший объем воды в процентном отношении занимают кластеры воды, у которых на одну молекулу приходится 4 водородных связи (топологический индекс равен 4). Повышение температуры вызывает уменьшение количества ассоциатов с индексом 4, но при этом начинает возрастать число кластеров с индексами 3 и 5. Проведя численные расчеты, Мацумото обнаружил, что локальный объем кластеров с топологическим индексом 4 с повышением температуры практически не меняется, а изменение суммарного объема ассоциатов с индексами 3 и 5 при любой температуре взаимно компенсирует друг друга. Следовательно, изменение температуры не меняет общий объем воды, а значит, и топологический индекс никакого воздействия на сжатие воды при ее нагревании не оказывает.

Остается выяснить влияние углового искажения водородных связей. И вот здесь начинается самое интересное и важное. Как было сказано выше, молекулы воды стремятся объединиться так, чтобы угол между водородными связями был тетраэдральным. Однако тепловые колебания молекул воды и взаимодействия с другими молекулами, не входящими в кластер, не дают им этого сделать, отклоняя величину угла водородной связи от равновесного значения 109,47 градуса. Чтобы как-то количественно охарактеризовать этот процесс угловой деформации, Мацумото с коллегами, основываясь на своей предыдущей работе Topological building blocks of hydrogen bond network in water, опубликованной в 2007 году в Journal of Chemical Physics, выдвинули гипотезу о существовании в воде трехмерных микроструктур, напоминающих выпуклые полые многогранники. Позднее, в следующих публикациях, такие микроструктуры они назвали витритами (рис. 3). В них вершинами являются молекулы воды, роль ребер играют водородные связи, а угол между водородными связями — это угол между ребрами в витрите.

Согласно теории Мацумото, существует огромное разнообразие форм витритов, которые, как мозаичные элементы, составляют большую часть структуры воды и которые при этом равномерно заполняют весь ее объем.

Рис. 3. Шесть типичных витритов, образующих внутреннюю структуру воды. Шарики соответствуют молекулам воды, отрезки между шариками обозначают водородные связи. Витриты удовлетворяют известной теореме Эйлера для многогранников: суммарное количество вершин и граней минус количество ребер равно 2. Это означает, что витриты — выпуклые многогранники. Другие типы витритов можно посмотреть на сайте vitrite.chem.nagoya-u.ac.jp. Рис. из статьи Masakazu Matsumoto, Akinori Baba, and Iwao Ohminea Network Motif of Water, опубликованной в журнале AIP Conf. Proc.

Молекулы воды стремятся создать в витритах тетраэдральные углы, поскольку витриты должны обладать минимально возможной энергией. Однако из-за тепловых движений и локальных взаимодействий с другими витритами некоторые микроструктуры не обладают геометрией с тетраэдральными углами (или углами, близкими к этому значению). Они принимают такие структурно неравновесные конфигурации (не являющиеся для них самыми выгодными с энергетической точки зрения), которые позволяют всему «семейству» витритов в целом получить наименьшее значение энергии среди возможных. Такие витриты, то есть витриты, которые как бы приносят себя в жертву «общим энергетическим интересам», называются фрустрированными. Если у нефрустрированных витритов объем полости максимален при данной температуре, то фрустрированные витриты, напротив, обладают минимально возможным объемом.

Компьютерное моделирование, проведенное Мацумото, показало, что средний объем полостей витритов с ростом температуры линейным образом уменьшается. При этом фрустрированные витриты значительно уменьшают свой объем, тогда как объем полости нефрустрированных витритов почти не меняется.

Итак, сжатие воды при увеличении температуры вызвано двумя конкурирующими эффектами — удлинением водородных связей, которое приводит к увеличению объема воды, и уменьшением объема полостей фрустрированных витритов. На температурном отрезке от от 0 до 4°C последнее явление, как показали расчеты, преобладает, что в итоге и приводит к наблюдаемому сжатию воды при повышении температуры.

Осталось дождаться экспериментального подтверждения существования витритов и такого их поведения. Но это, увы, очень непростая задача.

Нас окружает вода, сама по себе, в составе других веществ и тел. Она может быть в твердом, жидком или газообразном состоянии, но вода всегда вокруг нас. Почему трескается асфальт на дорогах, почему стеклянная банка с водой на морозе лопается, почему в холодное время года запотевают окна, почему самолет оставляет в небе белый след — ответы на все эти и другие «почему» мы будем искать на этом уроке. Мы узнаем, как изменяются свойства воды при нагревании, охлаждении и замораживании, как образуются подземные пещеры и причудливые фигуры в них, как работает термометр.

Тема: Неживая природа

Урок: Свойства воды в жидком состоянии

В чистом виде вода не имеет вкуса, запаха и цвета, но она почти никогда не бывает такой, потому что активно растворяет в себе большинство веществ и соединяется с их частицами. Так же вода может проникать в различные тела (ученые нашли воду даже в камнях).

Если в стакан набрать воды из-под крана, она будет казаться чистой. Но на самом деле, это — раствор многих веществ, среди которых есть газы (кислород, аргон, азот, углекислый газ), различные примеси, содержащиеся в воздухе, растворенные соли из почвы, железо из водопроводных труб, мельчайшие нерастворенные частицы пыли и др.

Если нанести пипеткой капельки водопроводной воды на чистое стекло и дать ей испариться, останутся едва заметные пятнышки.

В воде рек и ручьев, большинства озер содержатся различные примеси, например, растворенные соли. Но их немного, потому что эта вода — пресная.

Вода течет на земле и под землей, наполняет ручьи, озера, реки, моря и океаны, создает подземные дворцы.

Прокладывая себе путь сквозь легкорастворимые вещества, вода проникает глубоко под землю, унося их с собой, и через щелочки и трещинки в скальных породах, образуя подземные пещеры, капает с их свода, создавая причудливые скульптуры. Миллиарды капелек воды за сотни лет испаряются, а растворенные в воде вещества (соли, известняки) оседают на сводах пещеры, образуя каменные сосульки, которые называют сталактитами.

Сходные образования на полу пещеры называются сталагмитами.

А когда сталактит и сталагмит срастается, образуя каменную колонну, это называют сталагнатом.

Наблюдая ледоход на реке, мы видим воду в твердом (лед и снег), жидком (текущая под ним) и газообразном состоянии (мельчайшие частицы воды, поднимающиеся в воздух, которые ещё называют водяным паром).

Вода может одновременно находится во всех трех состояниях: в воздухе всегда есть водяной пар и облака, которые состоят из капелек воды и кристалликов льда.

Водяной пар невидим, но его можно легко обнаружить, если оставить в теплой комнате охлаждавшийся в холодильнике в течение часа стакан с водой, на стенках которого сразу появятся капельки воды. При соприкосновении с холодными стенками стакана, водяной пар, содержащийся в воздухе, преобразуется в капельки воды и оседает на поверхности стакана.

Рис. 11. Конденсат на стенках холодного стакана ()

По этой же причине в холодное время года запотевает внутренняя сторона оконного стекла. Холодный воздух не может содержать столько же водяного пара, сколько и теплый, поэтому какое-то его количество конденсируется — превращается в капельки воды.

Белый след за летящим в небе самолетом — тоже результат конденсации воды.

Если поднести к губам зеркальце и выдохнуть, на его поверхности останутся мельчайшие капельки воды, это доказывает то, что при дыхании человек вдыхает с воздухом водяной пар.

При нагревании вода «расширяется». Это может доказать простой опыт: в колбу с водой опустили стеклянную трубку и замерили уровень воды в ней; затем колбу опустили в сосуд с теплой водой и после нагревания воды повторно замерили уровень в трубке, который заметно поднялся, поскольку вода при нагревании увеличивается в объеме.

Рис. 14. Колба с трубкой, цифрой 1 и чертой обозначен первоначальный уровень воды

Рис. 15. Колба с трубкой, цифрой 2 и чертой обозначен уровень воды при нагревании

При охлаждении вода «сжимается». Это может доказать сходный опыт: в этом случае колбу с трубкой опустили в сосуд со льдом, после охлаждения уровень воды в трубке понизился относительно первоначальной отметки, потому что вода уменьшилась в объеме.

Рис. 16. Колба с трубкой, цифрой 3 и чертой обозначен уровень воды при охлаждении

Так происходит, потому что частицы воды, молекулы, при нагревании движутся быстрее, сталкиваются между собой, отталкиваются от стенок сосуда, расстояние между молекулами увеличивается, и поэтому жидкость занимает больший объем. При охлаждении воды движение её частиц замедляется, расстояние между молекулами уменьшается, и жидкости требуется меньший объем.

Рис. 17. Молекулы воды обычной температуры

Рис. 18. Молекулы воды при нагревании

Рис. 19. Молекулы воды при охлаждении

Такими свойствами обладает не только вода, но и другие жидкости (спирт, ртуть, бензин, керосин).

Знание этого свойства жидкостей привело к изобретению термометра (градусника), где используется спирт или ртуть.

При замерзании вода расширяется. Это можно доказать, если емкость, наполненную до краев водой, неплотно накрыть крышкой и поставить в морозильную камеру, через время мы увидим, что образовавшийся лед приподнимет крышку, выйдя за пределы емкости.

Это свойство учитывается при прокладывании водопроводных труб, которые обязательно утепляются, чтобы при замерзании образовавшийся из воды лед не разорвал трубы.

В природе замерзающая вода может разрушать горы: если осенью в трещинах скал скапливается вода, зимой она замерзает, и под напором льда, который занимает больший объем, чем вода, из которой он образовался, горные породы трескаются и разрушаются.

Вода, замерзающая в трещинах дорог, приводит к разрушению асфальтового покрытия.

Длинные гребни, напоминающие складки, на стволах деревьев — раны от разрывов древесины под напором замерзающего в ней древесного сока. Поэтому в холодные зимы можно услышать треск деревьев в парке или в лесу.

  1. Вахрушев А.А., Данилов Д.Д. Окружающий мир 3. М.: Баллас.
  2. Дмитриева Н.Я., Казаков А.Н. Окружающий мир 3. М.: ИД «Федоров».
  3. Плешаков А.А.Окружающий мир 3. М.: Просвещение.
  1. Фестиваль педагогических идей ().
  2. Наука и образование ().
  3. Открытый класс ().
  1. Составьте короткий тест (4 вопроса с тремя вариантами ответа) на тему «Вода вокруг нас».
  2. Проведите небольшой опыт: стакан с очень холодной водой поставьте на стол в теплой комнате. Опишите, что будет происходить, объясните, почему.
  3. *Нарисуйте движение молекул воды в нагретом, нормальном и охлажденном состоянии. Если нужно, сделайте подписи на своем рисунке.

Японский физик Масакадзу Мацумото выдвинул теорию, которая объясняет, почему вода при нагревании от 0 до 4°C сжимается, вместо того чтобы расширяться. Согласно его модели, вода содержит микрообразования — «витриты», представляющие собой выпуклые пустотелые многогранники, в вершинах которых находятся молекулы воды, а ребрами служат водородные связи. При повышении температуры конкурируют между собой два явления: удлинение водородных связей между молекулами воды и деформация витритов, приводящая к уменьшению их полостей. В диапазоне температур от 0 до 3,98°C последнее явление доминирует над эффектом удлинения водородных связей, что в итоге и дает наблюдаемое сжатие воды. Экспериментального подтверждения модели Мацумото пока что нет — впрочем, как и других теорий, объясняющих сжатие воды.

В отличие от подавляющего большинства веществ, вода при нагревании способна уменьшать свой объем (рис. 1), то есть обладает отрицательным коэффициентом теплового расширения. Впрочем, речь идет не обо всём температурном интервале, где вода существует в жидком состоянии, а лишь об узком участке — от 0°C примерно до 4°C. При бо льших температурах вода, как и другие вещества, расширяется.

Между прочим, вода — не единственное вещество, имеющее свойство сжиматься при увеличении температуры (или расширяться при охлаждении). Подобным поведением могут «похвастать» еще висмут, галлий, кремний и сурьма. Тем не менее, в силу своей более сложной внутренней структуры, а также распространенности и важности в разнообразных процессах, именно вода приковывает внимание ученых (см. Продолжается изучение структуры воды , «Элементы», 09.10.2006).

Некоторое время назад общепринятой теорией, отвечающей на вопрос, почему вода увеличивает свой объем при понижении температуры (рис. 1), была модель смеси двух компонент — «нормальной» и «льдоподобной». Впервые эта теория была предложена в XIX веке Гарольдом Витингом и позднее была развита и усовершенствована многими учеными. Сравнительно недавно в рамках обнаруженного полиморфизма воды теория Витинга была переосмыслена. Отныне считается, что в переохлажденной воде существует два типа льдообразных нанодоменов: области, похожие на аморфный лед высокой и низкой плотности. Нагревание переохлажденной воды приводит к плавлению этих наноструктур и к появлению двух видов воды: с большей и меньшей плотностью. Хитрая температурная конкуренция между двумя «сортами» образовавшейся воды и порождает немонотонную зависимость плотности от температуры. Однако пока эта теория не подтверждена экспериментально.

С приведенным объяснением нужно быть осторожным. Не случайно здесь говорится лишь о структурах, которые напоминают аморфный лед. Дело в том, что наноскопические области аморфного льда и его макроскопические аналоги обладают разными физическими параметрами.

Японский физик Масакадзу Мацумото решил найти объяснение обсуждаемого здесь эффекта «с нуля», отбросив теорию двухкомпонентной смеси. Используя компьютерное моделирование, он рассмотрел физические свойства воды в широком диапазоне температур — от 200 до 360 К при нулевом давлении, чтобы в молекулярном масштабе выяснить истинные причины расширения воды при ее охлаждении. Его статья в журнале Physical Review Letters так и называется: Why Does Water Expand When It Cools? («Почему вода при охлаждении расширяется?»).

Изначально автор статьи задался вопросом: что влияет на коэффициент теплового расширения воды? Мацумото считает, что для этого достаточно выяснить влияние всего трех факторов: 1) изменения длины водородных связей между молекулами воды, 2) топологического индекса — числа связей на одну молекулу воды и 3) отклонения величины угла между связями от равновесного значения (углового искажения).

Перед тем как рассказать о результатах, полученных японским физиком, сделаем важные замечания и разъяснения по поводу вышеупомянутых трех факторов. Прежде всего, привычная химическая формула воды H 2 O соответствует лишь парообразному ее состоянию. В жидкой форме молекулы воды посредством водородной связи объединяются в группы (H 2 O) x , где x — количество молекул. Наиболее энергетически выгодно объединение из пяти молекул воды (x = 5) с четырьмя водородными связями, в котором связи образуют равновесный , так называемый тетраэдральный угол , равный 109,47 градуса (см. рис. 2).

Проанализировав зависимость длины водородной связи между молекулами воды от температуры, Мацумото пришел к ожидаемому выводу: рост температуры рождает линейное удлинение водородных связей. А это, в свою очередь, приводит к увеличению объема воды, то есть к ее расширению. Сей факт противоречит наблюдаемым результатам, поэтому далее он рассмотрел влияние второго фактора. Как коэффициент теплового расширения зависит от топологического индекса?

Компьютерное моделирование дало следующий результат. При низких температурах наибольший объем воды в процентном отношении занимают кластеры воды, у которых на одну молекулу приходится 4 водородных связи (топологический индекс равен 4). Повышение температуры вызывает уменьшение количества ассоциатов с индексом 4, но при этом начинает возрастать число кластеров с индексами 3 и 5. Проведя численные расчеты, Мацумото обнаружил, что локальный объем кластеров с топологическим индексом 4 с повышением температуры практически не меняется, а изменение суммарного объема ассоциатов с индексами 3 и 5 при любой температуре взаимно компенсирует друг друга. Следовательно, изменение температуры не меняет общий объем воды, а значит, и топологический индекс никакого воздействия на сжатие воды при ее нагревании не оказывает.

Остается выяснить влияние углового искажения водородных связей. И вот здесь начинается самое интересное и важное. Как было сказано выше, молекулы воды стремятся объединиться так, чтобы угол между водородными связями был тетраэдральным. Однако тепловые колебания молекул воды и взаимодействия с другими молекулами, не входящими в кластер, не дают им этого сделать, отклоняя величину угла водородной связи от равновесного значения 109,47 градуса. Чтобы как-то количественно охарактеризовать этот процесс угловой деформации, Мацумото с коллегами, основываясь на своей предыдущей работе Topological building blocks of hydrogen bond network in water , опубликованной в 2007 году в Journal of Chemical Physics , выдвинули гипотезу о существовании в воде трехмерных микроструктур, напоминающих выпуклые полые многогранники. Позднее, в следующих публикациях, такие микроструктуры они назвали витритами (рис. 3). В них вершинами являются молекулы воды, роль ребер играют водородные связи, а угол между водородными связями — это угол между ребрами в витрите.

Согласно теории Мацумото, существует огромное разнообразие форм витритов, которые, как мозаичные элементы, составляют большую часть структуры воды и которые при этом равномерно заполняют весь ее объем.

Молекулы воды стремятся создать в витритах тетраэдральные углы, поскольку витриты должны обладать минимально возможной энергией. Однако из-за тепловых движений и локальных взаимодействий с другими витритами некоторые микроструктуры не обладают геометрией с тетраэдральными углами (или углами, близкими к этому значению). Они принимают такие структурно неравновесные конфигурации (не являющиеся для них самыми выгодными с энергетической точки зрения), которые позволяют всему «семейству» витритов в целом получить наименьшее значение энергии среди возможных. Такие витриты, то есть витриты, которые как бы приносят себя в жертву «общим энергетическим интересам», называются фрустрированными. Если у нефрустрированных витритов объем полости максимален при данной температуре, то фрустрированные витриты, напротив, обладают минимально возможным объемом.

Компьютерное моделирование, проведенное Мацумото, показало, что средний объем полостей витритов с ростом температуры линейным образом уменьшается. При этом фрустрированные витриты значительно уменьшают свой объем, тогда как объем полости нефрустрированных витритов почти не меняется.

Итак, сжатие воды при увеличении температуры вызвано двумя конкурирующими эффектами — удлинением водородных связей, которое приводит к увеличению объема воды, и уменьшением объема полостей фрустрированных витритов. На температурном отрезке от от 0 до 4°C последнее явление, как показали расчеты, преобладает , что в итоге и приводит к наблюдаемому сжатию воды при повышении температуры.

Осталось дождаться экспериментального подтверждения существования витритов и такого их поведения. Но это, увы, очень непростая задача.

Тепловое расширение тел при нагревании

ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ ТЕЛ ПРИ НАГРЕВАНИИ  [c.149]

ТЕМПЕРАТУРА ТЕЛА И ЕЕ ИЗМЕРЕНИЕ. РАСШИРЕНИЕ ТЕЛ ПРИ НАГРЕВАНИИ. КОМПЕНСАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ УДЛИНЕНИЙ  [c.22]

В устройстве жидкостного термометра используется свойство расширения жидкостей при нагревании. В качестве рабочего тела обычно применяется ртуть, спирт, глицерин. Чтобы измерить температуру тела, термометр приводят в контакт с этим телом между телом и термометром будет осуществляться теплопередача до установления теплового равновесия. Масса термометра  [c.76]


Потенциальная энергия взаимодействия двух атомов для отрицательных значений х обычно существенно отрицательна (т. е. соответствует отталкиванию), и поэтому S и х) положительны, что соответствует расширению твердых тел при их нагревании. Немногие известные случаи сжатия твердых тел при нагревании связаны преимущественно с эффектами магнитного упорядочения спинов электронов. Для сплавов с малым коэффициентом расширения, например таких, как инвар, тепловое расширение и магнитное сжатие взаимно компенсируют друг друга в той области температур, которая представляет практический интерес.  [c.239]

Таким образом, расстояние между атомами, совершающими гармонические колебания, при нагревании не изменяется, так как их среднее смещение =0, а следовательно, и тепловое расширение должно отсутствовать, что противоречит реальной ситуации. Все твердые тела при нагревании расширяются. Для большинства твердых тел относительное расширение при нагревании на ] К составляет примерно 10 =. В табл. 6.1 приведены значения температурных коэффициентов линейного расширения для некоторых изотропных веществ.  [c.184]

При нагревании подавляющее большинство твердых тел испытывает расширение, приводящее к изменению их размеров. Различие коэффициентов теплового расширения (КТР) вызывает появление внутренних напряжений в пленках, покрытиях, адгезионных соединениях, сварных швах и т. д., что не всегда желательно и допустимо. Поэтому практически важным является согласование КТР материалов, идущих на изготовление РЭА. Для подбора этих материалов и направленного изменения их КТР требуется знание физической природы самого явления теплового расширения тел Рассмотрим кратко ее суть.  [c.135]

Особенностью расширения воды объясняется то, что вода в прудах и озерах не промерзает зимой до дна. Осенью при охлаждении до температуры +4° она опускается на дно и на ее место снизу поступают более теплые слои воды. Здесь же надо обратить внимание обучаемых на то, что тепловое расширение тел имеет особенно большое значение. В подтверждение этого показать выведенную из работы разрывом часть газопровода в результате его расширения при нагревании или сжатия при охлаждении вслед-. ствие неправильной укладки.  [c.34]

Тепловое расширение тел — расширение твердых тел при нагревании и обратное сжатие 1ИХ при охлаждении. Тепловое расширение тел используется, например, для надевания муфт на валы. При охлаждении размеры их уменьшаются, и они прочно и неподвижно удерживаются на своих местах.  [c.346]

При нагревании твердого тела в обычных условиях, т. е. при постоянном атмосферном давлении, тело расширяется. Причина теплового расширения тел совершенно ясна, стоит только взглянуть на формулу для давления (11.10). При нагревании положительное тепловое давление Рт возрастает. Для того чтобы полное давление осталось неизменным, упругое давление р должно стать отрицательным, т. е. тело должно расшириться до тех пор, пока силы сцепления, удерживающие атомы в решетке, или отрицательное давление не уравновесят расталкивающее действие положительного теплового давления. Отсюда становится ясной связь между коэффициентами Грюнайзена, теплового расширения и сжимаемости, которая выражается формулой (11.15). В самом деле, небольшое расширение при постоянном давлении связано с небольшим нагреванием условием  [c.545]


Линейное тепловое расширение характеризуется коэффициентом линейного расширения средним коэффициентом линейного расширения) а в данном интервале температур. Если 0 — начальная длина тела при температуре 0, а А1=1 — / — увеличение длины тела при нагревании  [c.171]

Громадное большинство оптически изотропных тел обладает статистической изотропией изотропия таких тел есть результат усреднения, обусловленного хаотическим расположением составляющих их молекул. Отдельные молекулы или группы молекул могут быть анизотропны, но эта. микроскопическая анизотропия в среднем сглаживается случайным взаимным расположением отдельных групп, и макроскопически среда остается изотропной. Но если какое-либо внешнее воздействие дает достаточно ясно выраженное преимущественное направление, то возможна перегруппировка анизотропных элементов, приводящая к макроскопическому проявлению анизотропии. Не исключена возможность и того, что достаточно сильные внешние воздействия могут деформировать даже вначале изотропные элементы, создавая и микроскопическую анизотропию, первоначально отсутствующую. По-види-мому, подобный случай имеет место при одностороннем сжатии каменной соли или сильвина (см. 142.) Достаточные внешние воздействия могут проявляться и при механических деформациях, вызываемых обычным давлением или возникающих при неравномерном нагревании (тепловое расширение и закалка), или осуществляться электрическими и магнитными полями, налагаемыми извне. Известны даже случаи, когда очень слабые воздействия, проявляющиеся при течении жидкостей или пластических тел с сильно анизотропными элементами, оказываются достаточными для создания искусственной анизотропии.  [c.525]

Другой эффективный метод контроля качества клеевых соединений основан на том, что при нагревании тела расширяются. Причем если изделие состоит из нескольких материалов, то тепловое расширение их различно и зависит от коэффициента температурного расширения и, материала.  [c.109]

Количественное определение температуры связано с использованием любого зависящего от степени нагретости свойства тела. Так, для измерения температур может быть использовано тепловое расширение жидкостей (ртутные, спиртовые термометры) или газов (газовые термометры). Часто применяются термометры сопротивления, в которых используется изменение при нагревании электрического сопротивления металлической нити, а также термопары, в которых измеряется напряжение термотока, развивающегося при нагревании спая двух металлов.  [c.16]

Газообразное тело вследствие своей способности к большому расширению при нагревании наиболее подходит для использования его в качестве рабочего тела при превращении тепловой энергии в механическую.  [c.16]

Коэффициент теплового расширения а равен относительному изменению при нагревании тела на I К  [c.136]

Тепловое расширение — способность материала к изменению формы и размеров при его нагревании. Твердые тела расширяются при нагревании во всех направлениях (стержни и проволоки расширяются в основном в длину).  [c.78]

С увеличением температуры тепловое движение частиц (атомов, ионов, молекул) усиливается, пока не достигается такая температура, при которой энергия колебаний решётки стано-г) вится сравнимой с энергией химической связи и близлежащие частицы обретают способность в той или иной степени преодолевать взаимное притяжение. В процессе нагревания тела происходит его тепловое расширение. Эти явления можно увязать в следующей простой модели (рис. 8).  [c.42]

В качестве другого интересного примера термической генерации шума упомянем генерацию звука нагреванием поверхности твердого или жидкого тела электронной бомбардировкой и поглощением электромагнитной радиации. В [3, 4] приводятся результаты такого рода экспериментов и их обсуждение. Поверхность (предварительно зачерненная) облучалась светом от рубинового лазера или высокочастотными радиоимпульсами. При поглощении электромагнитной радиации поверхность нагревалась, и вследствие теплового расширения возникали упругие импульсы, распространяющиеся по образцу. Электронная бомбардировка поверхности также приводит к генерации упругих импульсов.  [c.473]


Тепловым расширением называется способность различных тел, включая металлы, расширяться при нагревании. Объем и линейные размеры при этом увеличиваются. При охлаждении происходит обратное явление. Исключение составляет только вода, которая имеет наименьший объем и наибольшую плотность при 4° С.  [c.33]

Газообразное тело вследствие своей способности к большому расширению при нагревании наиболее подходит для использования его в качестве рабочего тела при превращении тепловой энергии в механическую. В описанных ранее установках с паровой машиной и паровой турбиной рабочим телом служит водяной пар.  [c.13]

Кстати отметим, что в терминах упругого давления тепловое расширение находит естественную интерпретацию. Действительно, при нагревании кристалла появляются тепловые составляющие давления, которые всегда положительны поскольку же сумма тепловых и упругих составляющих равна внешнему давлению, которое при обычных условиях можно положить равным нулю, то возникают соответствующие отрицательные составляющие упругого давления, что и соответствует расширению тела.  [c.162]

В терморегулируемых поршнях карбюраторных двигателей ВАЗ и других тепловое расширение юбки ограничивают заливкой в ее тело вставок из материала с меньшим коэффициентом расширения, чем у основного металла поршня. При остывании отливки такого поршня вставки создают напряженное состояние и препятствуют значительному сокращению диаметра юбки. При нагревании поршня до рабочей температуры вставки, наоборот, ограничивают его тепловое расширение. Таким образом, общий диапазон температурного изменения диаметральных размеров поршня со вставками значительно снижается.  [c.25]

Процесс преобразования тепловой энергии, источником которой в технике по преимуществу является топливо, в механическую осуществляется с помощью рабочего тела, т. е. вещества, способного воспринимать тепло и совершать работу. Наиболее удобным для названного процесса является газообразное состояние тела, так как оно среди других агрегатных состояний характеризуется наибольшей способностью тела к расширению при нагревании.  [c.13]

Обозначим удельный объем тела в этом состоянии (р = О, Г = 0) через 7ок- Этот объем немного меньше объема тела о при нормальных условиях р = О или 1 атм, что все равно, и Го 300° К), так как при нагревании вещества от абсолютного нуля до комнатной температуры То происходит тепловое расширение, о котором мы скажем в следующем параграфе. Нормальный объем металлов Уо обычно больше объема 7ок, который мы будем называть нулевым, на 1—2%. Во многих случаях этим небольшим различием объемов о и Уок можно пренебречь.  [c.537]

При нагревании происходит изменение объема твердых тел, величина которого характеризуется объемным коэффициентом теплового расширения 5,  [c.29]

По-видимому, наконец найдена жидкая среда с почти идеальными флюоресцентными свойствами. Однако это решает только первую часть задачи. Среди многих оставшихся проблем главной остается проблема коэффициента теплового расширения жидкости, который примерно в 1000 раз больше, чем в твердых телах. Ударная тепловая волна, возникающая в среде при вспышке, может привести к бедственным для ячейки последствиям. Эффективны простые компенсационные объемы на обоих торцах трубки, но разрабатываются и лучшие конструкции. Нагревание жидкости, вызванное возбуждающей лампой, сопровождается также изменением коэффициента преломления, который возмущает путь лучей и тем самым приводит к потерям в полости. В данном случае большое значение приобретает перемешивание жидкости, в особенности для лазеров, работающих в непрерывном режиме и при больших частотах импульсов.  [c.55]

Тепловым расширением называется увеличение линейных размеров и объемов тел, происходящее при повышении их температуры. Линейное тепловое расширение характерно для твердых тел. Объемное тепловое расширение происходит как в твердых телах, так и в жидкостях при их нагревании.  [c.171]

В системах контроля температуры могут использоваться биметаллические преобразователи (термопары). Их применяют в широком диапазоне температур. Принцип действия основан на тепловом расширении твердых тел, состоящих из сваренных пластин с разными коэффициентами расширения. При нагревании биметаллических элементов происходит де рмация, которая приводит в дей-  [c.351]

На рис. 135,а показана схема термодинамического механизма подачи круга в круглошлифовальных станках, работающего на принципе теплового расширения тел при нагревании (конструкция Б. Т. Бреева),  [c.273]

Воспользуемся, например, для измерения температуры объемным расширением тел при нагревании и возьмем ртутный и спиртовой термометры обычного типа. Если шкалы их между точками, соответствующими температурам кипения воды и таяния льда при нормальном атмосферном давлении, разделить на 100 равных частей (считая за О точку таяния льда), то очевидно, что показания обоих термометров. — ртутного и спиртового — будут одинаковы в точках О и 100, потому что эти температурные точки были приняты за исходные для получения основного интервала шкалы. Если этими термометрами будем измерять одинаковую температуру какой-либо среды не в этих точках, то показания их будут различны, так как коэ4)фициенты объемного теплового расширения ртути и спирта различно зависят от температуры.  [c.57]

Интересным н важным является вопрос о тепловом расширении ферромагнитных тел. В гл. 4 было показано, что расширение твердых тел при нагревании обусловлено ангармоническим характером колебаний частиц около положений равновесия. У диамагнитных и парамагнитных твердых тел это является единственной причиной их расширения. Обозначим КТР, обусловленный ангармонизмом, через В ферромагнитных материалах дело обстоит сложнее. Изменение температуры приводит к изменению их намагниченности и тем самым к изменению их размеров. Это явление было названо Акуловым термостракцией. Обозначим КТР, обусловленный термострикцей, через а . Полный КТР ферромагнетика равен а = ад + а ,. КТР всегда положителен, КТР Кц, мом ет быть и положительным, и отрицательным. Поэтому результирующий КТР ферромагнетиков может быть положительным, равным нулю я отрицательным. В частности, к ферромагнитным материалам, имеющим отрицательную ферромагнитную составляющую КТР ( м). относятся инвар-ные сплавы. На рис. 11.31 приведена зависимость КТР железоникелевых и железоплатиновых сплавов от их состава. У сплавов, содержащих 36% никеля, КТР примерно в 10 раз меньше, чем у чистого никеля и железа у сплава, содержащего 56% пластины, КТР отрицателен.  [c.318]


ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ — HiM H fnie размеров тела при нагревании,. Т, р. при пост,, тан.пении р количественно характеризуется изобарным коэф. расширения (коэф. объёмного Т. р.) ri.= V dVidT) . где V—объём [сла (твёрдого, жидкого или газообразного). Практически З1 ачение а определяется ф-лой  [c.75]

Тепловое расширсппс представляет собой изменение объема тел при нагревании Величина теплового расширения характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения который равен приращению единицы объема тела при нагревании на ГС  [c.16]

ДИЛАТОМЕТРИЯ, область измерительной физики, изучающая методы исследования свойств различных тел, основанные на расширении этих тел при нагревании. Первоначально задачей Д. было только определение коэф-та теплового расширения гл. обр. жидких и твердых тел. Однако дальнейшее развитие Д. позволило применить ее методы к исследованию самых разнообразных свойств гл. обр. твердых тел. Наибольшее значение Д. имеет для изучения монокристаллов и поликристаллов и особенно в тех случаях, когда изучаемые явления сопровождаются резкими изменениями объема при повышении или понижении темп-ры. В самое недавнее время дилатометрич. метод получил в отношении к металлам, металлич. сплавам и огнеупорным изделиям широкое применение для изучения полошения точек преврап1ения, явлений закалки стали, роста чугуна (см. Термообработка металлов) и др. В отношении твердых тел, в частности металлических сплавов, Д. преследует гл. обр. две цели 1) изучение расширения разных сплавов в пределах определенной г°-ной зоны и нанесение кривой коэф. расширения — состав (атомный или весовой) 2) изучение расширения сплавов определенного состава в функции от г° и выявление тем самым точек превращения, соответствующих ненормальностям в ходе теплового рас-ишрения изучаемого сплава. При исследова-  [c.324]

Расширяемость при нагревании. Чем больше тело нагрето, тем больше оно расширяется. Увеличение, длины в миллиметрах при нагреве образца длиной 1 мм на 1° назы- / вается коэффициентом теплового расширения. Он измеряется в мм1мм°С и обозначается греческой буквой а (альфа). Для обычной стали коэффициент теплового расширения 0,000012 (12,0-10 ), для алюминия 0,000024 (24,0-Ю )-  [c.12]

При нагревании материала вследствие увеличения подвода энергии частота колебания атомов и межатомные расстояния увеличиваются. На рис. 6.4 показана зависимость энергии взаимодействия двух атомов от расстояния между ними. Если бы потенциальная яма между парой атомов имела точно параболическую форму даже при больших амплитудах колебания, то среднее отклонение двух атомов должно было бы быть одним и тем же, т. е. силы взаимодействия между атомами были бы гармоническими . Твердое тело, для которого характерен только гармонический характер колебания атомов, не должно расширяться при повышении температуры. Причиной теплового расширения является асимметричность кривой энергия взаимодействия — расстояние между атомами и, следовательно, ангармонический характер колебаний атомов в твердом теле. Это означает, что полуамплитуда подъема больше полуамплитуды спада колебаний. Проводя горизонтальные линии на рис. 6.4, можно наглядно показать различие средних значений энергии и, следовательно, различие температур. Увеличение энергии приводит к увеличению среднего расстояния между атомами (линия АВ) и твердое тело должно расширяться. Величина термического расширения зависит от энергии межатомного взаимодействия, т. е. от крутизны и ширины потенциальной ямы. При наличии прочных ковалентных связей, например в алмазе или карбиде кремния или в ионных телах с малым радиусом и высоким зарядом ионов, коэффициент термического расширеня будет низким. В этих случаях наблюдается быстрое изменение потенциальной энергии в зависимости от расстояния между атомами. Для молекулярно-кристаллических тел или полимеров со слабым меж-  [c.246]

Под термостойкостью подразумевают способность материалов сопротивляться напряжениям, возникающим под влиянием внезапного изменения температуры. При нагревании или охлаждении любого тела в нем возникает градиент температуры. Под влиянием градиента температуры в массе испытуемого образца или работающей детали появляются термические напряжения. В общем случае величина этих напряжений зависит от градиента температуры, формы тела, коэффициента теплового расширения, модуля упругости, коэффициента Пуассона, теплопроводности и других физических характеристик. Наибольшее влияние на величину напряжений оказывает разность в величинах коэффициентов теплового расширения поверхностного покрытия и основного материала. Для определения напряжений, возникающих в покрытии и в пластине покрытого материала, Кинджери [72] рекомендует следующие расчетные формулы  [c.76]

Под тепловым расширением твердых тел понимают изменение их линейных размеров при нагревании. Следует учитывать, что при обработке деташи на станке в процессе снятия стружки выделяется большое количество теплоты, частично идущей на нагрев обрабатываемого предмета. Поэтому размеры обработанной детали, имеющей повышенную температуру, значительно отличаются от размеров остывшей детали. Если не учесть изменения размеров при охлаждении, деталь можно изготовить с отступлением от чертежа. Бывает и так, что измерительная пробка, оставленная на небольшой промежуток времени в отверстии нагретой детали, при охлаждении последней оказывается зажатой в отверстии.  [c.6]

Как видно из рассмотренного примера, рабочее тело тепловых машин должно обладать способностью к значительному расширению и сжатию. В качестве рабочего тела теоретически можно использовать любое вещество, обладаюигее этим свойством. Практическое же применение получили только паро-газовыс вещества, которые под воздействием давления и при нагревании изменяют свой объем значительно сильнее, чем жидкие и твердые вещества. Это дает возможность получить от них большую работу, чем от жидких и твердых веществ.  [c.16]

Шевенар [9] впервые высказал догадку, что аномалия теплового расширения инвара имеет чисто ферромагнитную природу. Сущность этой догадки состояла в следующем при нагревании ферромагнитных металлов, каковыми являются и инварные сплавы, возникающему магнитному превращению сопутствуют объемные изменения, которые приводят к компенсации обычного термического расширения тела, вызываемого тепловыми колебаниями атомов.  [c.180]


Вода расширяется или сжимается при нагревании?

Вода, как и любое другое соединение, реагирует на изменение температуры, но аномалия возникает в узком диапазоне вокруг точки плавления, и это изменение имеет большое значение. Когда вы нагреваете лед, молекулы получают кинетическую энергию, и лед расширяется, пока не растает. Но как только весь лед превращается в воду и температура снова начинает повышаться, расширение прекращается. При температуре от 32 до 40 градусов по Фаренгейту (от 0 до 4 градусов по Цельсию) талая вода фактически сжимается при повышении температуры.За пределами 40 F (4 C) он снова начинает расширяться. Это явление делает лед менее плотным, чем вода вокруг него, поэтому лед плавает.

TL;DR (слишком длинный; не читал)

Лед расширяется с фиксированной скоростью, жидкая вода расширяется с ускорением при повышении температуры, а пар снова расширяется с фиксированной скоростью. Между температурами от 32 F (0 C) до 40 F (4 C) жидкая вода фактически сжимается с повышением температуры.

Расширение льда, воды и пара

Будучи твердым телом, лед может расширяться только линейно, что означает изменение длины и ширины кубика льда.Коэффициент линейного расширения льда, который измеряет относительное изменение длины и ширины на градус Кельвина, является постоянной величиной 50 x 10 -6 ÷ K. Это означает, что лед расширяется в одинаковой степени с каждым градусом тепла, который вы добавляете к Это.

Когда лед становится жидкой водой, он больше не имеет фиксированных линейных размеров, но имеет объем. Ученые используют другой тепловой коэффициент — коэффициент объемного расширения — для измерения реакции жидкой воды на температуру. Этот коэффициент, который измеряет относительные изменения объема на градус Кельвина, не является фиксированным.Она увеличивается с температурой монтажа, пока вода не начнет кипеть. Другими словами, жидкая вода расширяется с возрастающей скоростью по мере повышения температуры.

Когда вода превращается в пар, она расширяется по закону идеального газа: PV = nRT. Если давление (P) и количество молей пара (n) остаются постоянными, объем пара (V) линейно увеличивается с температурой (T). В этом уравнении R — постоянная, называемая постоянной идеального газа.

Критическая аномалия

При температуре плавления вода обладает характеристиками, не свойственными никакому другому соединению.Вместо того, чтобы продолжать расширяться в жидком состоянии, он сжимается, и его плотность увеличивается, пока не достигнет максимума при 40 F (4 C). От точки плавления до этой критической точки коэффициент расширения отрицателен, а в точке максимальной плотности коэффициент расширения равен 0. Если температура продолжает повышаться, коэффициент расширения снова становится положительным.

Если изменить градиент температуры и охладить воду до точки замерзания, она начнет расширяться при 40 F (4 C) и продолжит расширяться, пока не замерзнет.Это причина того, что водопроводные трубы лопаются в морозную погоду, и почему вы никогда не должны ставить стеклянную бутылку с водой в морозильник.

при нагревании воды до 4°C расширяется. если вместо этого охлаждать, то будет

Вопрос Ответить
Температура таяния льда 0 градусов по Цельсию или 32 градуса по Фаренгейту
Когда вы касаетесь пальцем горячей монеты на солнце, поток энергии От копейки до пальца
Какая самая маленькая единица измерения температуры? Один градус Фаренгейта

Какой закон термодинамики касается направления теплового потока?

Многие процессы протекают самопроизвольно только в одном направлении, и второй закон термодинамики касается направления самопроизвольных процессов.Согласно второму закону термодинамики, ни один процесс не может иметь единственным результатом передачу тепла от более холодного объекта к более горячему.

Когда температура воды падает ниже 4 C Какова ее температура?

Пояснение: 4 градуса C оказывается температурой, при которой жидкая вода имеет наибольшую плотность. Если его нагреть или охладить, он расширится. Расширение воды при охлаждении до более низких температур необычно, поскольку большинство жидкостей при охлаждении сжимаются.

При нагревании воды от 0 С до 4 С ее плотность?

Когда вода нагревается от 0 0С, ее объем уменьшается потому что ее плотность увеличивается и вы можете наблюдать этот эффект до 4 0С. Потому что плотность льда максимальна при 4 0С. Затем, когда плотность уменьшается, объем увеличивается.

Замерзает ли вода при 4 градусах Цельсия?

Летом большинство озер термически стратифицированы. Теплая вода с более низкой плотностью находится поверх более холодной воды с более высокой плотностью.… Этот процесс продолжается до тех пор, пока поверхностная вода не остынет ниже 4 градусов по Цельсию, после чего она станет менее плотной, и в конце концов замерзнет . Помните, что вода наиболее плотная при 4 градусах Цельсия.

При какой температуре вода расширяется?

Между 32 и 40 градусами по Фаренгейту (0 и 4 градуса по Цельсию) талая вода фактически сжимается при повышении температуры. За пределами 40 F (4 C) он снова начинает расширяться.

Замерзает ли вода при 4 градусах?

При температуре ниже 4° по Цельсию вода становится менее плотной по мере того, как становится холоднее , в результате чего вода, которая вот-вот замерзнет, ​​всплывает на поверхность.… И поскольку та же самая масса молекул занимает больше места при замерзании, лед менее плотный, чем жидкая вода. По этой же причине вода с температурой ниже 4° по Цельсию становится все менее плотной по мере того, как становится холоднее.

Что значит сказать, что вода обладает высокой удельной теплоемкостью, значит сказать, что вода?

Удельная теплоемкость определяется количеством тепла, необходимым для повышения температуры 1 грамма вещества на 1 градус Цельсия (°C). Вода имеет высокую удельную теплоемкость, а это означает, что требуется больше энергии для повышения температуры воды по сравнению с другими веществами .

При нагревании железного кольца дырка становится?

Хорошо, кольцо становится толще, но и больше. Подумайте о том, чтобы посмотреть на кольцо через небольшое увеличительное стекло (скажем, с увеличением 1,01x, которое добавит 1% ко всем размерам. Тогда все будет увеличено: внешний диаметр , толщина, а также диаметр отверстие

Когда вы встаете на цыпочки на напольных весах, происходит увеличение?

Домашнее задание 6

увеличивается.
Вопрос Ответить
Когда вы встаете на цыпочки на напольных весах, число Давление на весы, не зарегистрированное как вес
Давление в жидкости зависит от жидкости Глубина и плотность
Давление воды самое большое по сравнению с Дно подводного объекта
Артериальное давление обычно выше у вашего футов

Что такое четвертый закон термодинамики?

Четвертый закон термодинамики: диссипативная составляющая эволюции направлена ​​к наибольшему восхождению энтропии .

Является ли кипящая вода тепловой энергией?

Кипячение воды на плите является примером тепловой энергии . Тепловая энергия вырабатывается, когда атомы и молекулы в веществе вибрируют быстрее из-за повышения температуры.

Согреваются от конденсата из-за того, что молекулы воды в воздухе ударяются о наши тела?

Домашнее задание 8

Вопрос Ответить
Что сгорает сильнее, 100 градусов воды или 100 градусов пара? пар
Когда газ превращается в жидкую фазу, газ Высвобождает энергию
Мы согреваемся за счет конденсата, потому что молекулы воды в воздухе сталкиваются с нашими телами Передать часть своей кинетической энергии нам

Что происходит с водой при 4 градусах Цельсия?

A: 4 градуса C оказывается температурой, при которой жидкая вода имеет наибольшую плотность .Если его нагреть или охладить, он расширится. Расширение воды при охлаждении до более низких температур необычно, поскольку большинство жидкостей при охлаждении сжимаются.

Что происходит с объемом воды ниже 4 C?

Решение: При повышении температуры объемы большинства жидкостей также увеличиваются, а при увеличении объема плотность уменьшается. … Но при дальнейшем охлаждении воды ее объем начинает увеличиваться, и, следовательно, плотность воды уменьшается при охлаждении ниже 4 градусов по Цельсию.

Что расширяется при понижении температуры ниже?

Вода расширяется при снижении температуры ниже 4 градусов Цельсия.

При нагревании вода расширяется?

При нагревании вода расширяется, или увеличивается в объеме . Когда вода увеличивается в объеме, она становится менее плотной. При охлаждении вода сжимается и уменьшается в объеме.

Какова плотность воды при 4°С?

Плотность воды при 4°C составляет 1,0 г·см–3 г\ см^{-3} г·см–3 .«Здравствуйте, добро пожаловать, опередите плотность воды и 4 градуса по Цельсию.

При нагревании воды от 0 С до 10 С ее объем?

Правильный ответ: должно сначала уменьшаться, а затем увеличиваться . При нагревании воды от 0 до 10 градусов Цельсия ее объем сначала уменьшается, а затем увеличивается.

4 градуса по Цельсию — холодно или жарко?

Температура

Температура °C Что может быть при этой температуре Каково это
Вода замерзает, лед тает Холодный
4 Холодильник Холодный
10 Холодный
15 Крутой

При охлаждении воды с 4 градусов Цельсия до нуля градусов Цельсия она будет?

При охлаждении воды с 4°C до 0°C ее плотность уменьшается .

Почему 4 градуса Цельсия является критической температурой?

Почему 4°C является критической температурой? В результате образования водородных связей вода расширяется при затвердевании . … Водородные связи удерживают молекулы достаточно далеко друг от друга, чтобы сделать лед примерно на 10% менее плотным, чем вода при 4°C; именно эта более низкая плотность льда позволяет ему плавать.

Почему вода расширяется при охлаждении?

Во время замерзания молекулы воды теряют энергию и не вибрируют и не перемещаются так энергично.Это позволяет образовывать более стабильные водородные связи между молекулами воды, поскольку для разрыва связей требуется меньше энергии. … Таким образом, вода расширяется при замерзании , а лед плавает поверх воды.

Что происходит с водой при охлаждении?

Когда вода охлаждается, молекулы воды движутся медленнее и сближаются . Это делает холодную воду более плотной, чем вода комнатной температуры. Поскольку холодная вода более плотная, она тонет в воде комнатной температуры.

Что происходит с образцом воды при нагревании от 4°С до 100°С?

Что происходит с пробой воды при понижении ее температуры от 4°С до 100°С? Его плотность увеличивается .… Количество молекул в контейнере удваивается, а температура Кельвина удваивается.

В каком состоянии находится вода при 4 градусах Цельсия?

Итак, при -4 градусах Цельсия вода находится в твердом состоянии .

Замерзает ли вода при температуре С?

Обычно точка замерзания воды и точка плавления составляют 0 °C или 32 °F.

Как долго вода замерзает при температуре С?

Замораживание грунта занимает от 6 до 8 недель при 32° по Фаренгейту или ниже 0° по Цельсию в небольших садах и от от 10 до 12 недель на полях.И он будет заморожен до тех пор, пока температура не достигнет 40° по Фаренгейту или +4° по Цельсию. И сколько времени нужно, чтобы снег растаял при 35 градусах? Обычно около 5 часов.

Как вода имеет высокую удельную теплоемкость?

Вода имеет более высокую удельную теплоемкость из-за прочности водородных связей . Для разделения этих связей требуется значительная энергия.

Почему вода имеет большую скрытую теплоту парообразования?

Таким образом, жидкость может течь, в отличие от твердого тела.… Энергия, необходимая для полного разделения молекул, двигающихся из жидкости в газ, намного больше, чем если бы вы просто уменьшили их разделение из твердого тела в жидкое. Отсюда причина, по которой скрытая теплота парообразования больше скрытой теплоты плавления .

Почему важно, чтобы вода имела высокую удельную теплоемкость?

Высокая удельная теплоемкость воды означает, что требуется большое количество тепла для повышения температуры воды . Это помогает температуре окружающей среды не становиться слишком высокой или слишком низкой.(@)C` Причина: Плотность

Кривая нагрева и кривая охлаждения воды – энтальпия плавления и испарения

Почему лед плавает в воде? — Джордж Зейдан и Чарльз Мортон

Вода: подвижность молекул и температура

Похожие запросы

если вы нагреете медный стержень, его плотность будет
вещество, которое нагревается относительно быстро, имеет
вещество с высокой тепловой инерцией имеет высокую
до того, как на озере может образоваться лед, вся вода в озере должна быть охлаждается до 90 352, которая быстрее всего нагревается при нагревании: вода, железо или серебро 90 352, если бы удельная теплоемкость воды была ниже, чем она есть, пруды в холодную зиму были бы 90 352, если бы удельная теплоемкость воды была выше, чем то есть, озера были бы
количество теплоты, которое вещество может передать, относится к его

Смотрите больше статей в категории: Часто задаваемые вопросы Кнопка «Вернуться к началу»

при какой температуре вода начинает расширяться

При какой температуре вода начинает расширяться?

Между 32 и 40 градусами по Фаренгейту (0 и 4 градуса по Цельсию) талая вода фактически сжимается при повышении температуры.За пределами 40 F (4 C) он снова начинает расширяться. 27 апреля 2018 г.

При какой температуре вода расширяется?

Когда жидкая вода охлаждается, она сжимается, как и следовало ожидать, пока не будет достигнута температура приблизительно 4 градуса Цельсия. После этого он немного расширяется, пока не достигает точки замерзания , а затем при замерзании расширяется примерно на 9%.

Почему вода расширяется при 4 градусах?

Когда вода охлаждается с 4 до 0 градусов по Цельсию, она расширяется , потому что кристаллизуется в лед .А когда вода нагревается от 0 до 4 градусов Цельсия, она сжимается.

Вода расширяется в горячем или холодном состоянии?

Когда вода нагревается, она расширяется или увеличивается в объеме. Когда вода увеличивается в объеме, она становится менее плотной. При охлаждении вода сжимается и уменьшается в объеме. Когда вода уменьшается в объеме, она становится более плотной.

Почему вода расширяется при охлаждении?

Во время замерзания молекулы воды теряют энергию и не вибрируют и не перемещаются так энергично.Это позволяет образовывать более стабильные водородные связи между молекулами воды, поскольку для разрыва связей требуется меньше энергии. … Таким образом, вода расширяется при замерзании , а лед плавает поверх воды.

Как заставить воду расширяться?

Чем холоднее вода, тем больше она расширяется?

Холоднее 4° по Цельсию (39° по Фаренгейту) вода начинает расширяться и становится менее плотной по мере охлаждения . В результате, близкие к замерзанию, более холодная вода всплывает наверх, а более теплая опускается на дно.… Лед менее плотный, чем вода, из-за того, что он образует шестиугольную кристаллическую структуру.

Что происходит с водой, когда она нагревается выше 4 С?

Плотность уменьшается с повышением температуры . … При понижении температуры теплой воды молекулы воды замедляются, а плотность увеличивается. При 4°С начинают формироваться кластеры. Молекулы все еще замедляются и сближаются, но образование кластеров отдаляет молекулы друг от друга.

Что происходит с водой при температуре 0 градусов Цельсия?

Когда жидкость достигает своей стандартной точки замерзания (обычно 0 градусов по Цельсию для воды) , она кристаллизуется и становится твердой . Чтобы вода кристаллизовалась и образовала лед, должен быть затравочный кристалл, вокруг которого может образоваться кристаллическая структура, создающая твердое тело.

При нагревании воды с температурой 4°С она расширяется при охлаждении воды с температурой 4°С.

Температура, нагрев и расширение

Вопрос Ответить
Тепло это _____. энергия, передаваемая между объектами из-за разницы температур
При нагревании воды до 4 градусов Цельсия она расширяется. Когда вода при температуре 4°С охлаждается, она _____. расширяет

Вода расширяется и сжимается в зависимости от температуры?

Твердые тела, жидкости и газы расширяются при нагревании . Вода расширяется примерно на четыре процента при нагревании от комнатной температуры до точки кипения.

Насколько расширяется вода при 100 градусах?

В закрытой или «водяно-твердой» системе водяного отопления давление теплового расширения равно примерно 2.5 % объема на каждые 100°F подъема .

Что такое расширение воды?

Аномальное расширение воды — это аномальное свойство воды , при котором она расширяется, а не сжимается при изменении температуры от 4°C до 0°C, и становится менее плотной. Плотность становится все меньше и меньше по мере замерзания, потому что молекулы воды обычно образуют открытые кристаллические структуры, когда находятся в твердой форме.

До какой степени замерзает вода?

Пресная вода замерзает при 32 градусах по Фаренгейту , а морская вода замерзает примерно при 28.4 градуса по Фаренгейту из-за соли в нем.

Может ли вода замерзнуть, не расширяясь?

Нет, не зависнет . Вода расширяется, превращаясь в лед, потому что молекулы располагаются в жесткой решетчатой ​​структуре, в которой молекулы находятся дальше друг от друга, чем в жидкой воде.

Насколько расширяется вода при замерзании?

Вода — единственное известное неметаллическое вещество, расширяющееся при замерзании; его плотность уменьшается, и он расширяется примерно на 9% по объему .

Холод расширяется или сжимается?

Когда холодно, кинетическая энергия уменьшается, поэтому атомы занимают меньше места, и материал сжимается . Некоторые металлы расширяются больше, чем другие, из-за различий в силах между атомами/молекулами.

Что произойдет с чашкой воды, если поставить ее в морозильную камеру?

вода замерзает . Когда он становится льдом, его объем сильно увеличивается, так как плотность льда намного ниже плотности воды.Поэтому не наполняйте бутылку полностью водой перед тем, как поставить ее в морозильную камеру. Бутылка лопнет — нет ничего сильнее силы расширения воды.

При какой температуре лед начинает расширяться?

Когда вода замерзает, при температуре 32 градуса она резко расширяется. Странное поведение является результатом формы молекулы воды и того, как молекулы связываются. Каждая молекула воды состоит из двух атомов водорода, связанных с одним атомом кислорода (h3O).

Что расширяется при охлаждении?

Тепловое расширение – это тенденция материала изменять свои характеристики под воздействием внешней температуры.При экстремально низких температурах кремний и германий расширяются при охлаждении, а не при нагревании. Эффект называется отрицательным тепловым расширением.

Замерзание какой воды понижено?

Замораживание зависит от массы и изменения температуры. Точка замерзания определяется как точка, при которой жидкая вода начинает превращаться в твердый лед. Температура замерзания воды 0 градусов по Цельсию. Итак, пока замораживает , температура воды понижается.

Замерзает ли вода при 4С?

Теплая вода с более низкой плотностью находится поверх более холодной воды с более высокой плотностью.… Этот процесс продолжается до тех пор, пока поверхностная вода не остынет ниже 4 градусов по Цельсию, после чего она станет менее плотной, и в конце концов замерзнет . Помните, что вода наиболее плотная при 4 градусах Цельсия. Он становится менее плотным выше и ниже этой температуры.

При какой температуре абсолютный ноль?

При ноль кельвинов (минус 273 градуса по Цельсию) частицы перестают двигаться и беспорядок исчезает. Таким образом, ничего не может быть холоднее абсолютного нуля по шкале Кельвина.

При какой температуре вода имеет наибольшую плотность?

При 39°F (или 3,98°C, если быть точным) вода является самой плотной. Это потому, что молекулы находятся ближе всего друг к другу при этой температуре.

Может ли вода замерзнуть при 1 градусе Цельсия?

Да, вода может оставаться жидкой при температуре ниже нуля градусов по Цельсию . Есть несколько способов, как это может произойти. Температура замерзания воды падает ниже нуля градусов по Цельсию, когда вы оказываете давление. … Прежде всего, фаза материала (будь то газ, жидкость или твердое тело) сильно зависит как от его температуры, так и от давления.

Может ли жидкая вода иметь температуру более 100 градусов?

Жидкая вода может быть горячее 100 °C (212 °F) и холоднее 0 °C (32 °F). Нагрев воды выше точки кипения без кипения называется перегревом. Если вода перегрета, она может превысить свою точку кипения без кипения.

Насколько холодной может быть вода, не замерзая?

Теперь химики, возможно, решили одну загадку, показав, как вода может стать холодной, прежде чем она обязательно замерзнет: 48 градусов ниже нуля по Цельсию (минус 55 по Фаренгейту) .

В каком состоянии находится вода при 4 градусах Цельсия?

Итак, при -4 градусах Цельсия вода находится в твердом состоянии .

Что происходит с пробой воды при понижении ее температуры от 4°С до 0°С?

Что происходит с пробой воды при понижении ее температуры от 4°С до 100°С? Его плотность увеличивается . … В образце газа число молекул удвоилось, температура по Кельвину уменьшилась вдвое, а объем утроился.

Почему вся вода в озере должна быть охлаждена до 4°С, прежде чем поверхностная вода может быть охлаждена ниже 4°С?

Почему вся вода в озере должна быть охлаждена до 4°C, прежде чем поверхностная вода может быть охлаждена ниже 4°C? Вода имеет низкую удельную теплоемкость при 4°C , что позволяет ей быстро охлаждаться и замерзать.Когда вода охлаждается до 4°C, она тонет, охлаждая при этом всю воду в пруду до 4°C.

Насколько расширяется вода при 80?

жидкости

Кнопка «Вернуться к началу»

Тепловое расширение твердых тел и жидкостей

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Дайте определение и опишите тепловое расширение.
  • Рассчитайте линейное расширение объекта, зная его начальную длину, изменение температуры и коэффициент линейного расширения.
  • Рассчитайте объемное расширение объекта, зная его начальный объем, изменение температуры и коэффициент объемного расширения.
  • Рассчитайте тепловую нагрузку на объект, зная его первоначальный объем, изменение температуры, изменение объема и объемный модуль.

Рис. 1. Термокомпенсаторы, подобные этим, на мосту Окленд-Харбор-Бридж в Новой Зеландии позволяют мостам изменять длину без потери устойчивости. (кредит: Ингольфсон, Wikimedia Commons)

Расширение спирта в термометре является одним из многих часто встречающихся примеров теплового расширения , изменения размера или объема данной массы в зависимости от температуры.Горячий воздух поднимается вверх, потому что его объем увеличивается, что приводит к тому, что плотность горячего воздуха становится меньше, чем плотность окружающего воздуха, вызывая выталкивающую (поднимающую) силу на горячий воздух. То же самое происходит со всеми жидкостями и газами, приводя к естественному переносу тепла вверх в домах, океанах и погодных системах. Твердые тела также подвергаются термическому расширению. Железнодорожные пути и мосты, например, имеют компенсаторы, что позволяет им свободно расширяться и сжиматься при изменении температуры.

Каковы основные свойства теплового расширения? Во-первых, тепловое расширение явно связано с изменением температуры.Чем больше изменение температуры, тем больше будет изгибаться биметаллическая полоса. Во-вторых, это зависит от материала. В термометре, например, расширение спирта намного больше, чем расширение стакана, содержащего его.

Какова основная причина теплового расширения? Как обсуждается в «Кинетической теории: атомное и молекулярное объяснение давления и температуры», повышение температуры подразумевает увеличение кинетической энергии отдельных атомов. В твердом теле, в отличие от газа, атомы или молекулы плотно упакованы вместе, но их кинетическая энергия (в виде небольших быстрых колебаний) отталкивает соседние атомы или молекулы друг от друга.Это отталкивание соседа к соседу приводит в среднем к несколько большему расстоянию между соседями и в сумме к большему размеру всего тела. Для большинства веществ в обычных условиях нет предпочтительного направления, и повышение температуры увеличивает размер твердого тела на определенную долю в каждом измерении.

Линейное тепловое расширение — тепловое расширение в одном измерении

Изменение длины Δ L пропорционально длине L .Зависимость теплового расширения от температуры, вещества и длины сводится к уравнению изменение температуры, а α — коэффициент линейного расширения , который незначительно изменяется с температурой.

В таблице 1 перечислены репрезентативные значения коэффициента линейного расширения, которые могут иметь единицы измерения 1/ºC или 1/K.Поскольку размер кельвина и градуса Цельсия одинаковы, как α , так и Δ T могут быть выражены в кельвинах или градусах Цельсия. Уравнение Δ L = αL Δ T является точным для небольших изменений температуры и может использоваться для больших изменений температуры, если используется среднее значение α .

Таблица 1. Коэффициенты теплового расширения при 20ºC
Материал Коэффициент линейного расширения α (1/ºC) Коэффициент объемного расширения β (1/ºC)
Твердые вещества
Алюминий 25 × 10 6 75 × 10 6
Латунь 19 × 10 6 56 × 10 6
Медь 17 × 10 6 51 × 10 6
Золото 14 × 10 6 42 × 10 6
Железо или сталь 12 × 10 6 35 × 10 6
Инвар (железо-никелевый сплав) 0.9 × 10 6 2,7 × 10 6
Свинец 29 × 10 6 87 × 10 6
Серебро 18 × 10 6 54 × 10 6
Стекло (обычное) 9 × 10 6 27 × 10 6
Стекло (Pyrex®) 3 × 10 6 9 × 10 6
Кварц 0.4 × 10 6 1 × 10 6
Бетон, кирпич ~12 × 10 6 ~36 × 10 6
Мрамор (средний) 2,5 × 10 6 7,5 × 10 6
Жидкости
Эфир 1650 × 10 6
Спирт этиловый 1100 × 10 6
Бензин 950 × 10 6
Глицерин 500 × 10 6
Меркурий 180 × 10 6
Вода 210 × 10 6
Газы
Воздух и большинство других газов при атмосферном давлении 3400 × 10 6

Пример 1.Расчет линейного теплового расширения: мост Золотые Ворота

Главный пролет моста Золотые Ворота в Сан-Франциско имеет длину 1275 м в самое холодное время. Мост подвергается воздействию температур от от 15ºC до 40ºC. Как изменится его длина между этими температурами? Предположим, что мост сделан полностью из стали.

Стратегия

Используйте уравнение линейного теплового расширения Δ L α L Δ T  для расчета изменения длины, Δ L .{\circ}\text{C}\right)=0,84\text{м}\\[/латекс]

Обсуждение

Хотя это изменение длины невелико по сравнению с длиной моста, оно заметно. Обычно он распространяется на множество компенсационных швов, так что расширение в каждом шве невелико.

Тепловое расширение в двух и трех измерениях

Объекты расширяются во всех измерениях, как показано на рисунке 2. То есть их площади и объемы, а также их длины увеличиваются с температурой.Отверстия также увеличиваются с температурой. Если вы прорежете отверстие в металлической пластине, оставшийся материал расширится точно так же, как если бы заглушка оставалась на месте. Пробка станет больше, а значит и отверстие тоже должно стать больше. (Представьте, что кольцо соседних атомов или молекул на стенке отверстия отталкивает друг друга все дальше друг от друга по мере повышения температуры. Очевидно, что кольцо соседей должно немного увеличиваться, поэтому отверстие становится немного больше).

Тепловое расширение в двух измерениях

При небольших изменениях температуры изменение площади Δ A определяется как Δ A = 2αAΔ T , где Δ A — изменение площади A , Δ T 9058 — изменение температуры , а α — коэффициент линейного расширения, слабо меняющийся с температурой.

Рисунок 2. Как правило, объекты расширяются во всех направлениях при повышении температуры. На этих рисунках исходные границы объектов показаны сплошными линиями, а расширенные границы — пунктирными линиями. а) Площадь увеличивается, потому что увеличиваются и длина, и ширина. Площадь круглой пробки также увеличивается. (b) Если заглушка удалена, отверстие, которое она оставляет, становится больше с повышением температуры, как если бы расширяющаяся заглушка оставалась на месте. в) Объем также увеличивается, потому что увеличиваются все три измерения.

Тепловое расширение в трех измерениях

Изменение объема Δ V очень близко к Δ V  = 3 α V Δ T . Это уравнение обычно записывается как Обратите внимание, что значения β в таблице 1 почти точно равны 3α.

Обычно объекты расширяются при повышении температуры.Вода является наиболее важным исключением из этого правила. Вода расширяется при повышении температуры (ее плотность 90 581 уменьшается 90 582 ), когда она находится при температуре выше 4ºC (40ºF). Однако он расширяется с , снижая температуру , когда она находится в диапазоне от +4ºC до 0ºC (от 40ºF до 32ºF). Вода наиболее плотная при +4ºC. (См. рис. 3.) Пожалуй, самым ярким эффектом этого явления является замерзание воды в пруду. Когда вода у поверхности остывает до 4ºC, она становится более плотной, чем оставшаяся вода, и поэтому опускается на дно.Этот «обмен» приводит к образованию слоя более теплой воды у поверхности, которая затем охлаждается. В конце концов, пруд имеет равномерную температуру 4ºC. Если температура в поверхностном слое падает ниже 4ºC, вода имеет меньшую плотность, чем вода ниже, и, таким образом, остается ближе к поверхности. В результате поверхность пруда может полностью замерзнуть. Лед поверх жидкой воды обеспечивает изолирующий слой от суровых зимних температур наружного воздуха. Рыба и другие водные организмы могут выжить подо льдом в воде с температурой 4ºC из-за этой необычной характеристики воды.Он также производит циркуляцию воды в пруду, что необходимо для здоровой экосистемы водоема.

Рис. 3. Плотность воды в зависимости от температуры. Обратите внимание, что тепловое расширение на самом деле очень мало. Максимальная плотность при +4°С всего на 0,0075 % выше плотности при 2°С и на 0,012% выше плотности при 0°С.

Установление связей: связи в реальном мире — заполнение резервуара

Рисунок 4. Поскольку при повышении температуры газ расширяется больше, чем бензобак, вы не сможете проехать на пустом топливе столько миль, сколько зимой.(кредит: Гектор Алехандро, Flickr)

Различия в тепловом расширении материалов могут привести к интересным эффектам на заправочной станции. Одним из примеров является капание бензина из только что заправленного бака в жаркий день. Бензин стартует при температуре земли под заправкой, которая ниже температуры воздуха над ней. Бензин охлаждает стальной бак, когда он заполнен. И бензин, и стальной бак расширяются при нагревании до температуры воздуха, но бензин расширяется гораздо больше, чем сталь, поэтому он может перелиться через край.

Эта разница в расширении также может вызвать проблемы при интерпретации показаний указателя уровня бензина. Фактическое количество (масса) бензина, оставшегося в баке, когда датчик показывает «пусто», летом намного меньше, чем зимой. Бензин имеет тот же объем, что и зимой, когда загорается индикатор «добавьте топливо», но из-за того, что бензин расширился, масса стала меньше. Если вы привыкли проезжать еще 40 миль «пустым» зимой, будьте осторожны — летом вы, вероятно, выбежите гораздо быстрее.

Пример 2. Расчет теплового расширения: газ по сравнению с бензобаком

Предположим, что ваш стальной бензобак объемом 60,0 л (15,9 галлона) заполнен газом, поэтому и бак, и бензин имеют температуру 15,0ºC. Сколько бензина вылилось к моменту их прогрева до 35,0ºC?

Стратегия

Бак и бензин увеличиваются в объеме, но бензин увеличивается больше, поэтому количество пролитого равно разнице в изменении их объема. (Бензиновый бак можно рассматривать как сплошную сталь.) Мы можем использовать уравнение для объемного расширения, чтобы вычислить изменение объема бензина и бака.{\circ}\text{C}\right]\left(\text{60}\text{.{\circ}\text{C}\right)\\ & =& 1\text{.}\text{10}\text{L}\end{array}\\[/latex]

Обсуждение

Это значительное количество, особенно для бака на 60,0 л. Эффект настолько поразителен, потому что бензин и сталь быстро расширяются. Скорость изменения термических свойств обсуждается в главе «Тепло и методы теплопередачи».

Если вы попытаетесь плотно закрыть бак, чтобы предотвратить переполнение, вы обнаружите, что он все равно протекает, либо вокруг крышки, либо из-за разрыва бака.Плотное сжатие расширяющегося газа эквивалентно его сжатию, а как жидкости, так и твердые тела сопротивляются сжатию с чрезвычайно большими силами. Чтобы избежать разрыва жестких контейнеров, эти контейнеры имеют воздушные зазоры, которые позволяют им расширяться и сжиматься, не нагружая их.

Термическое напряжение

Термическое напряжение создается тепловым расширением или сжатием (см. «Упругость: напряжение и деформация» для обсуждения напряжения и деформации). Термическое напряжение может быть разрушительным, например, когда расширяющийся бензин разрывает бак.Это также может быть полезно, например, когда две детали соединяются вместе путем нагревания одной в процессе производства, затем надевания ее на другую и охлаждения комбинации. Термический стресс может объяснить многие явления, такие как выветривание горных пород и дорожного покрытия из-за расширения льда при замерзании.

Пример 3. Расчет теплового напряжения: давление газа

Какое давление создастся в бензобаке, рассматриваемом в примере 2, если температура бензина повысится от 15.от 0ºC до 35,0ºC без расширения? Предположим, что объемный модуль B для бензина равен 1,00 × 10 9 Н/м 2 .

Стратегия

Чтобы решить эту задачу, мы должны использовать следующее уравнение, которое связывает изменение объема Δ V с давлением:

[латекс]\Delta{V}=\frac{1}{B}\frac{F}{A}V_0\\[/latex]

, где [латекс]\frac{F}{A}\\[/латекс] – давление, V 0  – первоначальный объем, а B  – объемный модуль сжатия используемого материала.Мы будем использовать количество, пролитое в Примере 2, как изменение объема, Δ V .

Решение
  1. Измените уравнение для расчета давления: [latex]P=\frac{F}{A}=\frac{\Delta{V}}{V_0}B\\[/latex].
  2. Вставьте известные значения. Объемный модуль упругости бензина равен B = 1,00 × 10 9 Н/м 2 . В предыдущем примере изменение объема Δ 90 581 V 90 582 = 1,10 л — это объем, который может быть пролит. Здесь В 0 = 60.7\text{ Па}\\[/латекс].
Обсуждение

Это давление примерно 2500 фунтов/дюйм 2 , намного больше, чем может выдержать бензобак.

Силы и давления, создаваемые термическим напряжением, обычно такие же большие, как и в приведенном выше примере. Железнодорожные пути и проезжие части могут деформироваться в жаркие дни, если на них недостаточно компенсационных швов. (См. рис. 5.) Линии электропередач провисают больше летом, чем зимой, и ломаются в холодную погоду, если провисание недостаточное.Трещины в оштукатуренных стенах открываются и закрываются по мере того, как дом нагревается и остывает. Стеклянные кастрюли треснут при быстром или неравномерном охлаждении из-за дифференциального сжатия и создаваемых им напряжений. (Pyrex® менее чувствителен из-за его малого коэффициента теплового расширения.) Корпусам высокого давления ядерных реакторов угрожает чрезмерно быстрое охлаждение, и, хотя ни один из них не вышел из строя, некоторые охлаждались быстрее, чем считалось желательным. Когда продукты замораживаются, биологические клетки разрушаются, что ухудшает их вкус.Многократное оттаивание и замораживание усугубляют ущерб. Даже океаны могут быть затронуты. Значительная часть повышения уровня моря в результате глобального потепления связана с тепловым расширением морской воды.

Рис. 5. Термическое напряжение способствует образованию выбоин. (кредит: Editor5807, Wikimedia Commons)

Металл регулярно используется в человеческом теле для изготовления тазобедренных и коленных имплантатов. Большинство имплантатов со временем необходимо заменять, потому что, среди прочего, металл не сцепляется с костью.Исследователи пытаются найти лучшие металлические покрытия, которые позволили бы связывать металл с костью. Одна из задач состоит в том, чтобы найти покрытие с коэффициентом расширения, аналогичным коэффициенту расширения металла. Если коэффициенты расширения слишком разные, термические напряжения в процессе производства приводят к трещинам на границе раздела покрытие-металл.

Еще один пример термического стресса обнаружен во рту. Зубные пломбы могут расширяться иначе, чем зубная эмаль. Это может вызывать боль при употреблении мороженого или горячего напитка.В пломбе могут появиться трещины. Металлические пломбы (золото, серебро и др.) вытесняются композитными пломбами (фарфор), имеющими меньшие коэффициенты расширения и более близкие к зубным.

Проверьте свое понимание

Два блока, А и В, сделаны из одного и того же материала. Блок есть размеры L × H × H × L × L × 2 L × L × L × L × L и Block B имеют размеры 2 L × 2 L × 2 л .Если температура меняется, что такое

  1. изменение объема двух блоков,
  2. изменение площади поперечного сечения l × w и
  3. изменение высоты h двух блоков?

Рис. 6.

Решение
  1. Изменение объема пропорционально исходному объему. Блок А имеет объем л × 2 л × л = 2 л 3 .   Блок B имеет объем 2 л × 2 л × 2 л = 8 л 3 , , что в 4 раза больше объема блока B. должно быть в 4 раза больше изменения объема блока А.
  2. Изменение площади пропорционально площади. Площадь поперечного сечения блока А составляет л × 2 л = 2 л 2 , , а площадь поперечного сечения блока В составляет 2 л × 2 × 2 л 4

    8 = 1 .Поскольку площадь поперечного сечения блока B в два раза больше, чем у блока A, изменение площади поперечного сечения блока B в два раза больше, чем у блока A.

  3. Изменение высоты пропорционально исходной высоте. Поскольку первоначальная высота блока B в два раза больше высоты блока A, изменение высоты блока B в два раза больше высоты блока A.

Резюме раздела

  • Тепловое расширение — это увеличение или уменьшение размера (длины, площади или объема) тела из-за изменения температуры.
  • Тепловое расширение велико для газов и относительно мало, но им можно пренебречь, для жидкостей и твердых тел.
  • Линейное тепловое расширение равно Δ L = α L Δ T , где Δ L — изменение длины L , Δ T — изменение температуры, а α — изменение температуры, а α — изменение температуры расширение, незначительно зависящее от температуры.
  • Изменение площади из-за теплового расширения равно Δ A = 2α A Δ T , где Δ A — изменение площади.
  • Изменение объема из-за теплового расширения равно Δ В = βВ Δ Т , где β — коэффициент объемного расширения, а β ≈ 3α. Термическое напряжение создается, когда тепловое расширение ограничено.

Концептуальные вопросы

  1. Термические нагрузки, вызванные неравномерным охлаждением, могут легко разбить стеклянную посуду. Объясните, почему Pyrex®, стекло с малым коэффициентом линейного расширения, менее восприимчиво.
  2. Вода значительно расширяется при замерзании: происходит увеличение объема примерно на 9%. В результате этого расширения и из-за образования и роста кристаллов при замерзании воды от 10% до 30% биологических клеток разрываются при замораживании животного или растительного материала. Обсудите последствия этого повреждения клеток для перспективы сохранения человеческих тел путем замораживания, чтобы их можно было разморозить в будущем, когда есть надежда, что все болезни будут излечимы.
  3. Один из способов плотного прилегания, скажем, металлического штифта к отверстию в металлическом блоке, заключается в изготовлении штифта немного большего размера, чем отверстие.Затем штифт вставляется при температуре, отличной от температуры блока. Должен ли блок быть горячее или холоднее штифта во время вставки? Поясните свой ответ.
  4. Действительно ли помогает налить горячую воду на плотную металлическую крышку стеклянной банки, прежде чем пытаться ее открыть? Поясните свой ответ.
  5. Жидкости и твердые тела расширяются при повышении температуры, потому что увеличивается кинетическая энергия атомов и молекул тела. Объясните, почему некоторые материалы сжимаются при повышении температуры.

Задачи и упражнения

  1. Высота монумента Вашингтона составляет 170 м в день, когда температура 35.0ºС. Какой будет его высота в день, когда температура понизится до –10,0ºC? Хотя памятник сделан из известняка, предположим, что коэффициент теплового расширения у него такой же, как у мрамора.
  2. Насколько выше станет Эйфелева башня в конце дня, когда температура повысится на 15ºC? Его первоначальная высота составляет 321 м, и можно предположить, что он сделан из стали.
  3. Как изменится длина столбика ртути длиной 3,00 см, если его температура изменится с 37.от 0ºC до 40,0ºC, при условии, что ртуть не ограничена?
  4. Какой температурный зазор следует оставлять между стальными железнодорожными рельсами, если максимальная температура на них может быть на 35,0ºC выше, чем при укладке? Их первоначальная длина составляет 10,0 м.
  5. Вы хотите купить небольшой участок земли в Гонконге. Цена «всего» $60 000 за квадратный метр! В титуле на землю указано, что размеры 20 м × 30 м. На сколько изменилась бы общая цена, если бы вы измерили посылку стальной рулеткой в ​​день, когда температура была на 20ºC выше нормы?
  6. Глобальное потепление приведет к повышению уровня моря частично из-за таяния ледяных шапок, но также из-за расширения воды по мере повышения средней температуры океана.Чтобы получить некоторое представление о величине этого эффекта, рассчитайте изменение длины столба воды высотой 1,00 км при повышении температуры на 1,00ºC. Обратите внимание, что этот расчет является приблизительным, поскольку потепление океана неравномерно с глубиной.
  7. Покажите, что 60,0 л бензина, первоначально нагретого до 15,0ºC, расширится до 61,1 л, когда нагреется до 35,0ºC, как заявлено в Примере 2.
  8. (a) Предположим, что метровая линейка из стали и из инвара (сплав железа и никеля) имеют одинаковую длину при 0ºC.Чем отличается их длина при 22,0°С? (b) Повторите расчет для двух геодезических лент длиной 30,0 м.
  9. (a) Если стеклянный стакан объемом 500 мл наполнить до краев этиловым спиртом при температуре 5,00°С, сколько выльется из него, когда его температура достигнет 22,0°С? б) Насколько меньше воды вылилось бы при тех же условиях?
  10. В большинстве автомобилей имеется бачок охлаждающей жидкости для сбора охлаждающей жидкости, которая может перелиться при горячем двигателе. Радиатор изготовлен из меди и залит на 16.0-литровая емкость при 10,0ºC. Какой объем жидкости радиатора выльется наружу, когда радиатор и жидкость достигнут рабочей температуры 95,0°C, при условии, что объемный коэффициент расширения жидкости равен β = 400 × 10 –6 /°C? Обратите внимание, что этот коэффициент является приблизительным, поскольку большинство автомобильных радиаторов имеют рабочую температуру выше 95,0ºC.
  11. Физик заваривает чашку растворимого кофе и замечает, что по мере охлаждения кофе его уровень в стеклянной чашке падает на 3,00 мм.Покажите, что это снижение не может быть вызвано тепловым сжатием, рассчитав снижение уровня, если 350 см3 кофе находится в чашке диаметром 7,00 см и температура понизится с 95,0°C до 45,0°C. (Большая часть падения уровня происходит из-за выхода пузырьков воздуха.)
  12. (a) Плотность воды при 0ºC составляет почти 1000 кг/м3 (фактически 999,84 кг/м 3 ), тогда как плотность льда при 0ºC составляет 917 кг/м 3 . Рассчитайте давление, необходимое для предотвращения расширения льда при замерзании, пренебрегая влиянием такого большого давления на температуру замерзания.(Эта задача дает вам лишь представление о том, насколько велики могут быть силы, связанные с замерзанием воды.) (б) Каковы последствия этого результата для замороженных биологических клеток?
  13. Покажите, что β ≈ 3α, рассчитав изменение объема Δ V куба со стороной L .

Глоссарий

тепловое расширение:  изменение размера или объема объекта при изменении температуры

коэффициент линейного расширения: α, изменение длины на единицу длины при изменении температуры на 1ºC; константа, используемая при расчете линейного расширения; коэффициент линейного расширения зависит от материала и в некоторой степени от температуры материала

коэффициент объемного расширения:   β , изменение объема на единицу объема при изменении температуры на 1ºC

тепловое напряжение:  напряжение, вызванное тепловым расширением или сжатием

Избранные ответы на задачи и упражнения

1.{\circ}\text{C}\right)\right]\\ & =& \text{61}\text{.}1\text{L}\end{массив}\\[/latex]

9. (а) 9,35 мл; (б) 7,56 мл

11. 0,832 мм

13. Мы знаем, как длина изменяется с температурой: Δ = α L 0 Δ T . Также мы знаем, что объем куба связан с его длиной как V = L 3 , поэтому окончательный объем равен V = V 0 + Δ V 8 ( L 0  + Δ L ) 3 .Подставление для δ L дает V = ( L 0 + α L 0 δ T ) 3 = L 0 3 (1 + αΔ T ) 3 .

Теперь, потому что αδ T маленький, мы можем использовать биномиальное расширение: V L L 0 3 (1 + 3αδ T ) = L 0 3 + 3α L 0 3 Δ T .

Так что писать условия длины с точки зрения объемов дает V = V 0 + δ V V 0 + 3α V 0 δ T , а так δ V = βV 0 Δ T ≈ 3α V 0 Δ T , или β


Вода – Теплофизические свойства

Термодинамические свойства воды:

  • Температура кипения (при 101.325 кПа): 99.974 ° C = 211,953 ° F
  • Модуль модуля 2
  • . = 220,6 бар = 22,06 МПа (Mn / M 2 ) = 3200 фунтов на квадратный дюйм (= LB F / в 2 )
  • Критическая плотность: 0,322 г / см 3 = 0.62478 Slug / FT 3 = 20.1018 LB M / FT 3

    70 3
  • Константа ионизации, PKW (при 25 ° C): 13.995
  • Латентное тепло плавления: 334 KJ / KG = 144 BTU (IT) / LB
  • Латентное тепло испарения (при 100 ° C): 40.657 KJ / MOL = 2256 KJ / KG = 970 BTU (IT) / LB
  • Максимальная плотность (при 4 O C): 999,975 кг / м 3 = 1,9403 слаг/фут 3 = 8,34519 фунтов м /гал(США)
  • Температура плавления (при 101.325 кПа): 0 ° C = 32 ° F
  • Молярная масса: 18.01527 г / моль
  • рН (при 25 ° C): 6,9976
  • Удельное тепло (C P ) Вода (при 15 ° C / 60 ° F):  4,187 кДж/кгK = 1,001 БТЕ(ИТ)/(фунт м °F) или ккал/(кг К)
  • Удельная теплоемкость льда:                                     2,108 кДж/кгK7 (9 м·1·1)0/БТЕ °F) или ккал/(кг K)
  • Удельная теплоемкость водяного пара:                       1.996 кДж/кгК = 0,4767 БТЕ(ИТ)/(фунт м °F) или ккал/(кг К)
  • Удельный вес (при 4 o С):                                 9,806 кН/м 90 0011 3 90 011 3 9 9,806 кН/м 90 011 3 90 9011 3 9 f /ft 3
  • Тепловое расширение от 4 o C до 100 o C: 4,2×10 -2 (Примечание! Объемное температурное расширение воды не линейно зависит от температуры) 9006 9 5791 2 Давление в тройной точке:                              0,00604 атм = 0.00612 bar = 611.657 pa = 0,08871 pai = 0,08871 psi (= lb f / в 2 )
  • Трещающая температура тройной точек: 0,01 ° C = 32,02 ° F

Следуйте по ссылкам ниже, чтобы получить значения для перечисленных Свойства жидкости вода при переменном давлении и температуре :

Для каждой темы есть рисунки и таблицы, показывающие изменения свойств в зависимости от температуры. Также доступны калькуляторы, определяющие свойства при заданных температурах.Все свойства даны как в СИ, так и в имперских единицах.

См. также больше об атмосферном давлении, а также STP — Стандартная температура и давление и NTP — Нормальная температура и давление,
, а также Теплофизические свойства : Ацетон, Ацетилен, Воздух, Аммиак, Аргон, Бензол, Бутан, Углекислый газ , Окись углерода, Этан, Этанол, Этилен, Гелий, Водород, Сероводород, Метан, Метанол, Азот, Кислород, Пентан, Пропан, Толуол и Тяжелая вода, D 2 O.

Тепловое расширение и плотность | ЗЕМЛЯ 111: Вода: наука и общество

Тепловое расширение и плотность

Когда вода является жидкостью, молекулы воды упакованы относительно близко друг к другу, но могут скользить друг относительно друга и свободно перемещаться (как говорилось ранее, это делает воду жидкостью). Чистая вода имеет плотность 1000 г/см3 при 4˚C. При повышении или понижении температуры от 4˚C плотность воды уменьшается. В самом деле, если вы измерите температуру глубоководной воды в больших, умеренных широтах (т.г., широта Пенсильвании и Нью-Йорка) озер, которые замерзают зимой (например, Великие озера), вы обнаружите, что температура составляет 4˚ C; это связано с тем, что пресная вода имеет максимальную плотность при этой температуре, а по мере того, как поверхностные воды остывают осенью и в начале зимы, озера переворачиваются и заполняются водой с температурой 4˚C.

Рис. 3. График зависимости плотности от температуры

Источник: Майк Артур и Демиан Саффер

Однако при добавлении растворенных твердых веществ в чистую воду для повышения солености плотность увеличивается.Плотность средней морской воды соленостью 35 o/oo (35 г/кг) и при 4°С составляет 1,028 г/см3 по сравнению с 1000 г/см3 для чистой воды. Добавляя соли в морскую воду, вы также изменяете некоторые другие ее свойства. Кстати, увеличение солености увеличивает температуру кипения и снижает температуру замерзания. Обычная морская вода замерзает при -2˚C, что на 2˚C холоднее, чем чистая вода. Увеличение солености также снижает температуру максимальной плотности. Этот эффект также помогает объяснить, почему вы должны добавлять соль в лед при приготовлении мороженого или в воду при варке спагетти (хотя в этом случае влияние на температуру кипения незначительно, а соль добавляется в основном для аромата). .

Однако, когда вода замерзает, образуются связи, удерживающие молекулы на месте в правильном (гексагональном) порядке. Почти у каждого известного химического соединения молекулы удерживаются ближе друг к другу (связаны) в твердом состоянии (например, в форме минерала или льда), чем в жидком состоянии. Однако вода уникальна тем, что связывается таким образом, что в твердом состоянии (льде) молекулы находятся на большем расстоянии друг от друга, чем в жидком. Вода расширяется при замерзании, делая ее менее плотной, чем вода, из которой она замерзает.На самом деле его объем чуть более чем на 9% больше (или плотность примерно на 9% меньше), чем в жидком состоянии. По этой причине лед плавает на воде (как кубик льда в стакане с водой). Это последнее свойство очень важно для организмов в океанах и/или пресноводных озерах. Например, рыба в пруду переживает зиму, потому что лед образуется на поверхности пруда (она плавает) и эффективно изолирует (не так эффективно отводит тепло из пруда в атмосферу) остальную часть пруда внизу, предотвращая ее замерзание. сверху вниз (или снизу вверх).

Если бы вода не расширялась при замерзании, то она была бы плотнее жидкой воды при замерзании; поэтому он утонул бы и заполнил бы озера или океан снизу доверху. Когда океаны заполнятся льдом, жизнь в них будет невозможна. Мы все знаем, что расширение жидкой воды до льда имеет огромную силу. Вы или член вашей семьи (вы же не признаетесь в этом, не так ли?) когда-нибудь оставляли полную емкость с водой с плотно закрывающейся крышкой (или даже банку газировки?) в морозильной камере? Другими словами, 10 чашек воды, помещенных в морозильник, при замерзании превратятся в 11 чашек льда (упс).Сила кристаллизации льда способна разорвать водопроводные трубы и вызвать расширение трещин в скалах, тем самым ускоряя эрозию гор!

Ниже приведен грубый набросок молекул воды в форме кристаллов льда.

Грубый набросок молекул воды в форме кристаллов льда

Источник: Майкл Артур и Тесс Руссо (Университет штата Пенсильвания — Университетский парк)

Почему вода расширяется при охлаждении? Новое объяснение

Капли воды.Изображение: Викисклад.

(PhysOrg.com) — Большинство из нас, когда мы посещаем наши первые уроки естествознания, узнают, что когда вещи остывают, они уменьшаются. (Мы узнаем, что когда они нагреваются, они обычно расширяются.) Однако вода, похоже, является исключением из правил. Вместо того, чтобы сжиматься при охлаждении, эта обычная жидкость на самом деле расширяется. Чтобы объяснить это явление, некоторые ученые приняли модель «смеси», согласно которой из-за охлаждения преобладают льдоподобные компоненты с низкой плотностью.У Масакадзу Мацумото из Исследовательского центра материаловедения Университета Нагоя в Японии другая идея. Он описывает свои открытия в Physical Review Letters : «Почему вода расширяется при охлаждении?»

«Теоретики часто описывают, что льдоподобная локальная структура возникает в переохлажденной жидкой воде при охлаждении, и увеличение такой неоднородной области низкой плотности вызывает аномалии плотности», — говорит Мацумото PhysOrg.ком . «Такое объяснение легко представить и выглядит правдоподобным. Экспериментаторы склонны верить красивой и простой модели теоретика и интерпретировать свои данные на ее основе».

Однако такая неоднородность, которая должна иметь место в этой смешанной модели, не была достоверно доказана экспериментально. Мацумото решил смоделировать переохлажденную воду и посмотреть, сможет ли он открыть механизм расширения воды в условиях, которые должны вызвать ее сжатие. В предыдущей работе (М. Мацумото, А.Baba и I. Ohmine, J. Chem. физ. 127, 134504 (2007)), Мацумото предложил новый метод анализа структуры сети водородных связей, обнаруженной в переохлажденной жидкой воде. «Я обнаружил, что структуру переохлажденной воды можно разбить на множество многогранных структур, витритов», — говорит он. «Я подумал, что проблема будет хорошим шансом проверить мой метод».

«Вода является сетеобразующим веществом. Вы можете представить структуру сети как кухонную губку», — продолжает Мацумото.«Структура губки изначально представляет собой своего рода пену, но мембраны утрачены, и остаются только балки — связи. И в сети воды, и в сети кухонной губки четыре связи встречаются в точке или узле, образуя трехмерно связанную случайную сеть. Как указал Плато в 19 веке, четыре луча пены пересекаются в узле с правильным тетраэдрическим углом — углом Маральди — подобно сети водородных связей воды».

Мацумото использовал компьютерное моделирование, чтобы рассмотреть три способа изменения объема ячеек пены: расширение связей, изменение ограничивающего угла между связями и изменение топологии сети.«Выделив три вклада, механизм стал очень ясным. Один способствует тепловому расширению, другой способствует тепловому сжатию, а последний нет. Максимум плотности — результат этих конкурирующих вкладов», — объясняет он.

«Я обнаружил, что тепловое сокращение объема происходит из-за отклонения валентных углов от правильного тетраэдрического угла», — говорит Мацумото.Он также применил свою прежнюю идею витритов для классификации местных структур. «Любая локальная структура сжимается, когда валентный угол отклоняется от обычного тетраэдрического угла. Другими словами, локальное структурное разнообразие не является основным фактором, способствующим тепловому сжатию. Вода однородно сжимается из-за теплового углового искажения, независимо от местного структурного разнообразия».

Однако прямо сейчас воспроизвести результаты моделирования Мацумото экспериментально — довольно сложная задача.«Все еще очень трудно наблюдать микроскопическую неоднородность экспериментально». Однако он надеется, что его моделирование, по крайней мере, заставит теоретиков и экспериментаторов задуматься об альтернативах идее о льдоподобном домене с низкой плотностью, растущем в жидкой воде посредством охлаждения. «Мое открытие повлияет на интерпретацию экспериментальных данных о переохлажденной воде, а также о воде вблизи стен, растворенных веществ, биомолекул».

Двигаясь вперед, Мацумото надеется использовать компьютерное моделирование для борьбы с полиаморфизмом воды.«Есть несколько материалов, которые вызывают сосуществование жидкость-жидкость. Наиболее очевидный случай наблюдается в люминофоре, и предполагается, что материалы с тетраэдрической сеткой, такие как вода, кремний, кремний и германий, тоже имеют место», — настаивает он. «С помощью компьютерного моделирования многие люди также воспроизвели сосуществование жидкости и жидкости. Однако никто так и не объяснил, как и почему две жидкие фазы одного компонента могут иметь общую границу раздела».

Оказывается, вода гораздо интереснее, чем многие из нас могли себе представить.

Дополнительная информация:

Масакадзу Мацумото, «Почему вода расширяется при охлаждении?» Письма о физическом обзоре (2009 г.). Доступно в Интернете: http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.103.017801.

М. Мацумото, А. Баба и И. Омине, «Сетевой мотив воды». Журнал химической физики (2007). Доступно в Интернете: theochem.chem.nagoya-u.ac.jp/w … rk+motif+of+water#p0 .

Copyright 2009 PhysOrg.com.
Все права защищены.Этот материал нельзя публиковать, транслировать, переписывать или распространять полностью или частично без письменного разрешения PhysOrg.com.


Ученые наблюдают жидкую воду ниже точки замерзания

Цитата : Почему вода расширяется при охлаждении? Новое объяснение (2009, 17 июля) получено 10 апреля 2022 г. с https://физ.org/news/2009-07-cools-explanation.html

Этот документ защищен авторским правом.