Совет 1: Что происходит с водой при нагревании

У самого распространенного на планете Земля вещества – воды – есть одна особенность, которая отличает его от прочих жидкостей. При нагревании вода имеет свойство расширяться, однако лишь с 4оС. А вот в пределах от 0 до 4оС происходит противоположный процесс – вода уменьшается. Благодаря этому свойству при замерзании поверхности воды в глубинах водоемов продолжают жить рыбы и иные обитатели водного мира.
Что происходит с водой при нагревании

Удивительные свойства воды


Воде присущи поразительные свойства, которые сильно отличают ее от прочих жидкостей. Но это и хорошо, иначе, обладай вода «обычными» свойствами, планета Земля была бы абсолютно другой.

Для подавляющего большинства веществ характерно при нагревании расширяться. Что довольно легко объяснить с позиции механической теории теплоты. Согласно ей, при нагревании атомы и молекулы вещества начинают двигаться быстрее. В твердых телах колебания атомов достигают большей амплитуды, и им необходимо больше свободного пространства. Как результат – происходит расширение тела.


Тот же самый процесс происходит и с жидкостями, и с газами. То есть, за счет повышения температуры увеличивается скорость теплового движения свободных молекул, и тело расширяется. При охлаждении же, соответственно, происходит сжатие тела. Это свойственно практически для всех веществ. За исключением воды.

При охлаждении в интервале от 0 до 4оС вода расширяется. И сжимается – при нагревании. Когда отметка температуры воды достигает 4оС, в этот момент вода имеет максимальную плотность, которая равна 1000 кг/м3. Если температура ниже или выше этой отметки, то плотность всегда немного меньше.

Благодаря этому свойству при понижении температуры воздуха осенью и зимой в глубоких водоемах происходит интересный процесс. Когда вода охлаждается, она опускается ниже, на дно, однако лишь до того момента, пока ее температура не станет +4оС. Именно по этой причине в больших водоемах более холодная вода находится ближе к поверхности, а более теплая – опускается на дно. Так что когда зимой поверхность воды замерзает, более глубокие слои продолжают сохранять температуру 4оС. Благодаря этому моменту рыба может спокойно зимовать в глубинах покрывшихся льдом водоемов.

Влияние расширения воды на климат


Исключительные свойства воды при нагревании серьезным образом влияют на климат Земли, поскольку около 79% поверхности нашей планеты покрыто водой. За счет солнечных лучей происходит нагревание верхних слоев, которые затем опускаются ниже, а на их месте оказываются холодные слои. Те тоже, в свою очередь, постепенно нагреваются и опускаются ближе ко дну.

Таким образом, слои воды непрерывно меняются, что приводит к равномерному прогреванию, пока не достигается температура, соответствующая максимальной плотности. Затем, нагреваясь, верхние слои становятся менее плотными и уже не опускаются вниз, а остаются наверху и просто постепенно становятся теплее. За счет этого процесса огромные толщи воды довольно легко прогреваются солнечными лучами.

Совет 2 : Как увеличивается объем при нагревании

Объем тела напрямую связан с межатомным или межмолекулярным расстоянием вещества. Соответственно, увеличение объема обусловлено увеличением данных расстояний за счет различных факторов. Одним из таких факторов является нагрев.
Как увеличивается объем при нагревании
Вам понадобится
  • Учебник по физике, лист бумаги, карандаш.
Инструкция
1
Прочитайте в учебнике по физике, как устроены вещества, имеющие различное агрегатное состояние. Как известно, одно агрегатное состояние вещества отличается от другого явными внешними различиями, например, такими, как твердость, текучесть, масса или объем. Если же взглянуть внутрь каждого из видов веществ, можно заметить, что разница выражается в межатомном или межмолекулярном расстояниях.
2
Обратите внимание, что масса определенного объема газа всегда меньше массы такого же объема жидкости, а та, в свою очередь, всегда ниже массы твердого тела. Это говорит о том, что количество частиц вещества, умещающихся на единичный объем, у газов гораздо меньше, чем у жидкостей, и еще меньше, чем у твердых тел. Иначе, можно сказать, что концентрация частиц более твердых веществ всегда больше, чем у менее твердых, в частности, у жидких или газообразных. Значит, твердые тела имеют в своей структуре более плотную упаковку атомов, что означает меньшее расстояние между частицами, чем, скажем, у жидкостей или газов.
3
Вспомните, что происходит с металлами, когда их нагревают. Они расплавляются и приобретают свойство текучести. То есть металлы становятся жидкостями. Если провести эксперимент, то можно заметить, что при расплавлении объем металлического вещества увеличивается. Вспомните также, что происходит с водой при нагревании и последующем кипении. Вода превращается в пар, представляющий собой газообразное состояние воды. Известно, что объем пара гораздо выше объема первоначальной жидкости. Таким образом, при нагревании тел межатомное или межмолекулярное расстояние увеличивается, что подтверждается опытами.
4
Определите понятие температуры в контексте внутримолекулярного строения вещества. Как известно, температура тела всего лишь характеризует величину средней кинетической энергии движения молекул или атомов. Таким образом, чем выше температура, тем более подвижны частицы тела.
5
Нарисуйте на листе бумаги кристаллическую решетку какого-нибудь произвольного тела в виде девяти точек, изображающих атомы. Представьте себе, что данные атомы колеблются вокруг своего равновесного положения. Колебания атомов и приводят к образованию определенных межатомных расстояний. Величина же данных интервалов определяется амплитудой колебаний атомов. Таким образом, чем выше температура тела, тем больше амплитуда данных колебаний, что приводит к увеличению интервалов между молекулами или атомами вещества и увеличению, соответственно, макроскопического объема.
Совет полезен?
Поиск
Добавить комментарий к статье
Осталось символов: 500