каталог статей

Изделия из серебра оптом
Поддержка проекта:
Медея кондиционеры отзывы.

 


Плотность воды

Общеизвестно, что все вещества при нагревании увеличивают свой объем и уменьшают плотность. У воды наблюдается то же самое, за исключением интервала от 0 до 4° С, когда с возрастанием температуры объем воды не увеличивается, а, наоборот, сокращается. Максимальная плотность отмечается при 4° С (рис. 4). Таким образом, для воды зависимость между объемом и температурой не однозначна (как в нормальных условиях для других веществ), а двузначна. Например, при 3 и 5° С масса воды занимает один и тот же объем, так же как и при 0, 2 и 8° С и т. д. Несмотря на указанную аномалию, вода служит эталоном плотности при 4° С, когда 1 см3 ее имеет массу 1 г.

Что же будет происходить с объемом воды при дальнейшем понижении температуры? Оказывается, что ниже 0° С он продолжает увеличиваться, но только при условии переохлаждения. Однако переохлаждение требует исключительных условий: полной неподвижности воды и отсутствия центров кристаллизации льда (пыли, кристалликов льда и т. п.) (рис. 5).
Вода, лишенная растворенных газов, может быть переохлаждена до минус 70° С без превращения в лед. При легком встряхивании либо при введении льдинки или другого центра кристаллизации она мгновенно превращается в лед, и температура ее подскакивает (на 70° С) до 0° С. Вода также может быть доведена до 150° С без закипания. При введении в такую перегретую воду пузырька воздуха она мгновенно вскипает, и температура ее падает до 100° С.

При замерзании объем воды возрастает внезапно примерно на 11 % и так же внезапно, скачком, уменьшается в обратном направлении при таянии льда при 0° С. Увеличение объема воды при замерзании имеет громадное значение как в природе, так и в технике.
При замерзании воды в замкнутом пространстве и превращении ее в лед происходит расширение объема, что приводит к возникновению избыточного давления, достигающего, как показывают наблюдения, 2500 кгс/см2. Именно этим объясняются как разрушительная сила замерзающей воды в замкнутых пустотах, трещинах горных пород, откалывающая порой многотонные глыбы и дробящая их в дальнейшем на мелкие осколки, так и страшные взрывы наледей, описание которых будет приведено ниже, а также взрывы водопроводных труб при замерзании в них воды.
Здесь следует сделать одну существенную оговорку. Все рассмотренные выше процессы происходят при указанных температурах лишь при условии абсолютного давления, равного 1 атм.

Что же будет происходить с водой при повышении давления? С увеличением давления температура замерзания воды понижается примерно на 1° С через каждые 130 атм. Так, при давлении 500 атм замерзание наступает при температуре минус 4° С, а при давлении 2200 атм - при минус 22° С. Эта зависимость для воды аномальна, так как у других веществ, наоборот, с ростом давления температура замерзания повышается. Подобная аномалия воды очень важна в природе. Даже без учета растворенных в воде солей на больших глубинах в океане вода не замерзает, например, при температуре минус 3 °С она не замерзнет даже на глубине около 4000 м, а на больших глубинах тем более. С повышением температуры жидкой воды ее плотность понижается: на интервале от максимальной плотности при 4 °С, равной 1, до точки кипения воды 100 °С - на 4% (от 1 до 0,95838).
С повышением минерализации воды (т. е. количества содержащихся в ней минеральных веществ) повышается и температура, при которой вода имеет максимальную плотность. Так, на поверхности Мирового океана плотность воды 1,02813, а на глубине 10 км 1,01104 (разница 0,04291, или 4%). Таким образом, установившееся мнение о практической несжимаемости воды справедливо только для сравнительно малых давлений. Если бы вода была совершенно несжимаема, уровень океана поднялся бы на 30 м. В этом случае б6льшая часть Санкт-Петербурга, например, была бы затоплена.

Важным обстоятельством в природе является то, что максимальная плотность воды, как отмечалось выше, наблюдается при 4 °С, а лед оказывается легче жидкой воды и поэтому плавает на ее поверхности. Если бы этого не было, то водоемы и водотоки промерзали бы зимой до самого дна, что было бы настоящей катастрофой для всего живого в них. Впрочем, эта особенность воды при некоторых условиях имеет исключения. Речь идет о возможности образования донного или внутриводного льда, о чем подробнее будет сказано в разделе поверхностные воды.

Вернуться на страницу: физика воды



 
Copyright © 2007-2014 Okeani - чистая вода Вода в природе   Оздоровление водой   Вода в питании   Вода в быту   Стихия воды