De uitzettingskracht van water als het bevriest. Grote encyclopedie van olie en gas

Water is de meest voorkomende en meest mysterieuze substantie op onze planeet. Het heeft eenvoudige eigenschappen die al sinds de oudheid bekend zijn. Het is dankzij deze kenmerken dat het de 'basis van het leven' wordt genoemd. Dus wat is de "prachtigheid" van deze eigenschappen? Laten we het uitzoeken.

Vloeibaarheid. De belangrijkste eigenschap van alle vloeistoffen, inclusief water. Onder invloed van externe krachten kan het de vorm aannemen van elk vat. En dit zorgt voor een alomtegenwoordige beschikbaarheid. Water stroomt in aquaducten, vormt meren, rivieren en zeeën. En het allerbelangrijkste: je kunt het altijd meenemen in een handige verpakking - van een kleine fles tot een grote tank.

temperatuur eigenschappen. Warm water is lichter dan koud water en stijgt altijd. Daarom kunnen we soep koken door de pan alleen van onderaf te verwarmen, en niet van alle kanten tegelijk. Vanwege dit fenomeen, "convectie" genaamd, leven de meeste bewoners van terrestrische waterlichamen dichter bij het oppervlak.

Maar de belangrijkste thermische eigenschappen van water zijn de hoge warmtecapaciteit - 10 keer groter dan die van ijzer. Dit betekent dat er een grote hoeveelheid energie nodig is om het te verwarmen, maar dezelfde hoeveelheid energie komt vrij als het afkoelt. De verwarmingssystemen in onze huizen zijn gebaseerd op dit principe - en de koelsystemen die in de industrie worden gebruikt.

Bovendien spelen de zeeën en oceanen de rol van de temperatuurregulator van de aarde, waardoor seizoensgebonden temperatuurschommelingen worden verzacht, in de zomer warmte wordt geabsorbeerd en in de winter wordt afgegeven. En met een combinatie van warmtecapaciteit en convectie verwarm je zelfs een heel continent! We hebben het over de "hoofdbatterij van Europa", de warme stroming van de Golfstroom. Gigantische stromen warm water, die langs het oppervlak van de Atlantische Oceaan bewegen, zorgen voor een aangename temperatuur aan de kust, wat niet typisch is voor deze breedtegraden.

Bevriezen. Het vriespunt van water is voorwaardelijk gelijk aan 0 graden, maar in feite hangt deze parameter af van een aantal factoren: atmosferische druk, de container waarin het water wordt geplaatst en de aanwezigheid van onzuiverheden erin.

Water is uniek omdat het, in tegenstelling tot andere stoffen, uitzet als het bevriest. Met onze strenge winters is dit misschien een negatieve eigenschap te noemen. Bevriezend en toenemend in volume, scheurt water (of liever, al ijs) gewoon metalen buizen.

Dus wanneer water in vaste toestand overgaat, neemt het in volume toe, maar wordt het minder dicht. Daarom is ijs altijd lichter dan water en bevindt het zich op het oppervlak. Bovendien geleidt het de warmte slecht: zelfs in de koudste winter wordt het leven bewaard in de reservoirs van de planeet. Immers, hoe dikker het ijs "kussen", hoe warmer het water eronder. Dankzij deze eigenschap bouwen sommige mensen ook nog steeds zogenaamde "gletsjers" - kelders of grotten met ijs, die zelfs in de zomer niet smelten en waardoor voedsel zeer lang kan worden bewaard.

Sommige wetenschappers hebben zelfs voorgesteld om ijs te gebruiken om de opwarming van de aarde tegen te gaan. De essentie van het idee is dit: een speciaal schip sleept een ijsberg op sleeptouw die ergens in de buurt van Antarctica drijft. En sleept hem vervolgens naar warmere oorden, waar mensen last hebben van de hitte. De ijsberg smelt, waardoor het hele kustgebied afkoelt. Dat is de "Golfstroom integendeel", alleen door de mens gecreëerd.

Kokend. Laten we verder gaan van koud ijs naar hete stoom. We weten allemaal dat water kookt bij 100 graden Celsius. Maar dit is alleen onder omstandigheden van normale luchtsamenstelling en atmosferische druk. Maar op de top van Everest, waar de druk lager is en de lucht ijler is, kookt je waterkoker al op 68 graden! Kokend water helpt schadelijke micro-organismen te doden. Bovendien is gestoomd voedsel veel gezonder dan gefrituurd voedsel.

Bovendien kan waterdamp een echte motor van de beschaving worden genoemd. Het is nog geen 100 jaar geleden sinds het tijdperk van stoommachines, en veel mensen verwijzen nog steeds ten onrechte naar spoorweglocomotieven (die nu voornamelijk op elektriciteit rijden) als 'stoomlocomotieven'.

Trouwens, over elektriciteit. Zonder stoom zou het nog steeds een zeldzame en dure curiositeit zijn. Het werkingsprincipe van de meeste energiecentrales is immers gebaseerd op de rotatie van de rotor onder de druk van hete stoom. Moderne kerncentrales verschillen alleen van oude kolen- of oliecentrales in het principe van waterverwarming. Zelfs innovatieve en veilige zonne-energie maakt gebruik van stoom: enorme spiegels, als een vergrootglas, richten de zonnestralen op een tank met water en veranderen het in stoom voor elektrische turbines.

Ontbinding. Een andere belangrijke eigenschap van water, zonder welke niet alleen wetenschap en industrie, maar het leven zelf onmogelijk zou zijn! Wat denk je dat bloedplasma gemeen heeft met je favoriete frisdrank? Het antwoord is simpel: soda is een waterige oplossing van verschillende zouten, mineralen en gassen. Plasma bestaat voor 90% uit water, maar ook uit eiwitten en andere stoffen. En elke cel van een levend organisme krijgt de stoffen die het nodig heeft, ook in de vorm van een waterige oplossing.

Water is het eenvoudigste, veiligste, maar niettemin het meest betrouwbare natuurlijke oplosmiddel. Tussen zijn mobiele moleculen kan bijna elke stof "kruipen" - van vloeistoffen tot metalen. Deze prachtige eigenschap is opgemerkt sinds het begin van de mensheid. Oude kunstenaars losten natuurlijke kleurstoffen op in water om op grotmuren te schilderen. Toen werd het stokje overgenomen door middeleeuwse alchemisten, die een verscheidenheid aan stoffen in water oplosten in de hoop een "steen der wijzen" te verkrijgen die elk materiaal in goud verandert. En nu wordt deze eigenschap met succes gebruikt door moderne chemici.

Oppervlaktespanning. De meeste mensen denken bij het horen van de oppervlaktespanning van water alleen aan schaatsende insecten die over het oppervlak van een vijver of plas glijden. En ondertussen is het zonder deze eigenschap van water zelfs onmogelijk om je handen te wassen! Het is dankzij hem dat zeepschuim wordt gevormd. En het is ook moeilijk om je handen te drogen met een handdoek zonder. Alle absorberende materialen (het maakt niet uit of het een papieren handdoek of een microvezeldoek is) hebben immers microscopisch kleine poriën waarin door oppervlaktespanning vocht wordt opgenomen. Om dezelfde reden stroomt water door de fijnste haarvaten en dringt het de wortels van planten binnen. En ook de bereiding van droge bouwmengsels is mogelijk door de oppervlaktespanning van het toegevoegde water.

Watermoleculen worden actief tot elkaar aangetrokken, waardoor het oppervlak bij een bepaald volume tot een minimum neigt. Dat is de reden waarom de natuurlijke vorm van elke vloeistof een bol is. Dit kan eenvoudig worden geverifieerd door in gewichtloosheid te zijn. Hoewel het voor zo'n experiment niet nodig is om de ruimte in te vliegen, gebruik je gewoon een spuit om wat water in een glas plantaardige olie te injecteren en te kijken hoe het zich in ballen verzamelt.

• >

  Ik vermoed dat als gevolg van het feit dat ijs lichter is dan niet-bevroren water, de eerste ijskristallen naar boven drijven, met elkaar vermengen en bevriezing sneller optreedt in het bovenste deel.

  Het is vermeldenswaard dat er aan de andere kant convectie is, die precies het tegenovergestelde zal werken, waardoor warmer water naar de top stijgt en daar ijsvorming wordt voorkomen. Het lijkt mij echter dat bij langzaam uniform invriezen dit effect wordt geëgaliseerd.

• Hoe soldeer je een VOLLE pot water?

  Daar ben ik het mee eens. Perfect solderen werkt hier niet. Dus soldeer erop plakken, zolang het water er maar niet uitloopt. Trouwens, op de plaats van solderen wordt echt waterdamp gevormd bij verhitting met een soldeerbout.

  Het is duidelijk dat het watervolume terugkeert naar het origineel. Echter, vanwege wat - er is een veronderstelling dat het niet de bodem is die wordt ingedrukt (hij is erg gewelfd geworden), maar de zijwand van het blik.

  Als de pot absoluut hermetisch was, ja, dan zou de zijwand erin worden gedrukt. Maar toch komt er lucht binnen. Daarom blijkt na het ontdooien dat er lucht van boven komt, tijdens het invriezen wordt de bodem nog meer uitgeperst, enzovoort, totdat deze volledig is weggegooid.

  P.S. Vandaag heb ik de pot ontdooid en op de tweede vriezer gezet. Eens kijken wat hier uit komt...

• 1. Ik heb geprobeerd te solderen, het werkt niet! Ik kon alleen brouwen met een halfautomatisch apparaat (elektrisch lassen) Ik bevroor, ontdooide de bodem Ik deed er niet aan mee Ik dacht vanwege de lucht, ik nam nog een pot, soldeerde een pipka van de camera Ik controleerde het met lucht voor 2 geldautomaat geen lekken gevuld met water geen lucht! bevroor ontdooid de zijkanten bijna niet ingetrokken gecontroleerd na een uur was er een overdruk en het lijkt mij dat wanneer het water is bevroren en ontdooid, de daarin opgeloste lucht wordt vrijgegeven, en dus de zijkanten niet worden ingetrokken
  2, water kristalliseert van boven (rivier in de winter, vat water) ijs is lichter dan water, ik denk dat koude geleidbaarheid.
• de pot is hetzelfde als die van jou van onder de melk, alles gebeurde op dezelfde manier als je spanning iets zakte na het ontdooien, het ontdooide op kamertemperatuur, het lijkt mij dat het de moeite waard is om de watertemperatuur te overwegen in mijn geval is het 7 graden, en kamertemperatuur 25 graden heeft waarschijnlijk ook invloed. nu ben ik aan het kijken wat er gebeurt als de potten op hun kant worden gezet met de naad naar boven en de naad naar de bodem!
• > 1. Waarom knijpt ijskoud water uit de onderkant en tast het de bovenkant praktisch niet aan?
  Ik geloof dat het vriesproces, gezien het feit dat de pot in een plastic container zat, niet gelijkmatig verliep. Het bovenste deel van het blik was het eerste dat bevroor, omdat het dichter bij de kou was, terwijl het onderste deel zich tussen de wanden van het plastic en de put bevond. blikjes was de lucht een beetje warmer dan van bovenaf. Verder gaf ijsvorming in het bovenste deel van het blik het extra sterkte, maar toen het in ijs veranderde, zette het water uit en drukte het op de vloeistof in het onderste deel van de put. banken.
• > 1. Waarom knijpt ijskoud water uit de onderkant en tast het de bovenkant praktisch niet aan?

  1. IJs vormt zich van bovenaf. dit komt door het feit dat koeling (en niet bevriezend water, zoals de auteur schrijft) naar de top stijgt vanwege het feit dat bij koeling (van 4 graden naar 0), de dichtheid afneemt.
  2. koeling (en geen ijskoud water, zoals de auteur schrijft) door de toename van het volume drukt het niet langer op het deksel, maar op de ijs "puck" die de kracht gelijkmatig verdeelt over het hele gebied van het deksel. het "zwakste" deel van het deksel (vanuit het midden) wordt onderworpen aan dezelfde druk als de meest "sterke" delen (bij de zijwanden). hierdoor wordt de kracht van het koelwater gedoofd door het "sterke" deel van het deksel. er is geen ijs in het onderste deel, water drukt op de "sterke" delen, ze buigen niet, de totale druk gaat naar de "zwakke" delen en wordt niet geabsorbeerd door de "sterke" delen (omdat de kracht wordt overgebracht door het water in alle richtingen). zoiets.

• Tov. Wetenschappers! En kan iemand mij vertellen welke druk het ijskoude water en het resulterende ijs uitoefenen op de wanden van het vat?
• Wees niet slim. Het duwde door de bodem, omdat de zwaartekracht ook op deze pot werkt + het feit dat de bodem de hoogste dichtheid van water heeft bij bevriezing, dus er was niet zoveel massa voor uitzetting aan de bovenkant als aan de onderkant.

  De druk kan worden berekend uit p1/p2 = ((n water)/(n ijs))*T1/T2

  Het bodemdeksel zal altijd worden uitgeknepen, behalve dat de pot zal bevriezen in de toestand van constante rotatie. Of bij afwezigheid van zwaartekracht.

  Om de ijstemperatuur voor de bovenstaande vergelijking te krijgen, meten we de temperatuur van het blik, Q1=Q2, Q1=c*m*dT (blik)
  Q2=c2*m2*dT2 + dL*m + c3*m2*dT3
  water koelt + water kristalliseert + ijs koelt
  dT3 = (c*m*dT-c2*m2*dT2-dL*m)/(c3*m2)

  Dit zal de temperatuurverandering van het ijs zijn.
  Vervang het in T=0+273-dT3 - er zal temperatuur T2 zijn.
  Temperatuur T1 - water - met een thermometer wanneer het water in thermodynamisch evenwicht komt met de pot.

  P2 - ijsdruk, p1=pa+((m*9.8)/S(bodem))

  Het lijkt alles te zijn.
  Neem p2, wat gelijk is aan de hoeveelheid druk die nodig is om een ​​bepaalde hoeveelheid uit je pot te persen.

  In een vereenvoudigde vorm ziet dit probleem er als volgt uit, en het resultaat is niet absoluut nauwkeurig. Voor de nauwkeurigheid zou het nodig zijn om hier te integreren, maar ik denk dat dit te veel is.

  Ik hoop dat ik niets heb gemist.

• Sasha

  13 december 2012, 16:14 uur

  Het beschouwde effect is te wijten aan het feit dat de dichtheid van ijs eigenlijk minder is dan de dichtheid van water, daarom bevriezen de bovenste lagen in het beginstadium (van boven naar beneden). Wanneer de bovenste lagen bevriezen, werken ze samen met de wanden van het vat (wrijvingskracht!). In de laatste fase van bevriezing is deze wrijvingskracht tegen de wanden groter dan de tegenkracht van onze bodem. De bodem knijpt er dus uit.

• Ivan	7 november 2014, 06:54

  0lympian, zoals je weet, wanneer water afkoelt, zullen de warme lagen oprijzen en de koude naar de bodem zinken, dit effect wordt waargenomen tot 4 graden Celsius (de hoogste dichtheid van water) en de lagen zullen niet bewegen totdat het water koelt tot de volledige diepte af tot wel 4 graden. Daarna kristalliseren de moleculen (hun dichtheid is minder dan de dichtheid van water bij 4 graden) en ze stijgen op, ijs vormt zich op het bovenste deksel van de pot, en tijdens het verdere bevriezingsproces is het gemakkelijker voor het ijs om knijp het onderste deksel van de pot uit dan om de weerstand van de "ijsprop" die aan de bovenkant is gevormd te overwinnen (volgens de weg van de minste weerstand).
• Alexander, een onvolledige tank gaat niet open, want. op plaatsen met druk zal het ijs smelten.

• 11 januari 2015, 07:44

  Heel erg bedankt! Ik begrijp dat de vraag misschien primitief lijkt, het niveau van het schoolcurriculum in de natuurkunde, maar ik ben een humanist en op school voelde ik me, om het zacht uit te drukken, niet 'aangetrokken' tot de exacte wetenschappen. Hoewel, sommige posities in de natuurkunde en vooral in de meetkunde trokken me aan. Ik nam aan dat er een plek was waar het ijs kon uitzetten, maar ik wist het niet zeker - het betekent dat de tank gewoon roest op de kruising. Nogmaals bedankt voor je antwoord! Nogmaals bedankt voor je antwoord, fijne feestdagen! Eerlijk. Alexander.
• peta, voor zover ik begrijp, voorkomen vreemde voorwerpen (planken, houtblokken, flessen) in ijskoud water dat er een vast stuk ijs ontstaat. Die gewoon naar de zijkanten en naar beneden drukt. In plaats daarvan hebben we meerdere stukken die ten opzichte van elkaar kunnen bewegen en dus geen druk uitoefenen op de wanden en bodem van de tank.
• Uitzettend ijs oefent GEEN druk uit op de zijwanden en op de bodem.

  Gemiste "NIET" renders

• peta legt een vloer in een bak met water en beschermt deze tegen overdruk na het bevriezen van de buitenmuren en doppen (top ice). Ook met flesjes (plastic). Het is beter om het bad halfvol te laten, zodat de druk van de bevroren aarde en het ijs erin elkaar opheffen.
• Heeft u er wel eens aan gedacht dat het blik van metaal is en bij vorst de neiging heeft te krimpen en bij positieve temperaturen uit te zetten?

• Edward

  26 maart 2016, 07:35

  Wat dacht je van een melkbus? Melk is een vetemulsie. Heb je de binnenkant van de pot ontvet? En zo niet, dan heeft het vet een monomoleculaire laag gecreëerd op het oppervlak van het water in de pot, toch? Misschien heeft het ook effect gehad? Welnu, het is bekend dat de druk groter is in de richting waar de oppositie ertegen zwakker is. Dus als het bevriezen van boven naar beneden plaatsvindt, drukt het resterende niet-bevroren water, bevriezing, op waar er nog geen massief ijs is? Dat wil zeggen - op een relatief plastic bodembedekking, onderaan?
• wie schrijft wat, en niemand antwoordde waarom een ​​gesloten glazen pot vol barst. Laatst kreeg ik ruzie dat het barst omdat het water niet van volume verandert, en het glas krimpt van de kou, en er is nergens om te krimpen, dus de pot barst.. Ze lachten me uit, maar ik herinner het me precies wat de natuurkundeleraar zei. Of herinner je je misschien iets? Corrigeer me..
• en nu weet ik zeker dat ik gelijk heb.

• 25 september 2016, 17:14

  Vladimir Nemov, water verandert gewoon van volume: waterdichtheid = 1, en ijsdichtheid = 0,9. Dat wil zeggen, bij bevriezing wordt een scherpe sprong in het bezette volume verkregen. En aangezien de bank een constant volume heeft, barst hij. Een ander nadeel is dat dit glas is - de barst gaat in één keer over de hele pot. Ik heb op de een of andere manier een pot van drie liter "verpest" waarin een liter water per ongeluk bevroor door de kracht - het barstte volledig.
• Als je een goed geïnformeerd persoon bent, zal ik niet argumenteren, maar er spookt iets, er is iets mis ... Als het bevriest, heeft glas niet de neiging om in volume af te nemen?Hoe zit het met metaal? Hier ligt het antwoord! Maar toch bedankt voor je verduidelijking.
• Dank je.
• Bevriezend water wordt door de bodembedekking naar buiten geperst omdat de potentiële energie van het waterijs niet toeneemt, waardoor het zwaartepunt lager wordt
• Met een verandering in de aggregatietoestand van materie en de gelijktijdige absorptie van energie, neemt het volume van lichamen toe.
• De vraag is relevant vanuit het oogpunt van de praktijk. Er was een zaak. Een kruik gemaakt van kunststeen barstte in de winter op het graf. Het advies ligt voor de hand: dek het af voor de vorst, zodat er geen water in komt. Maar dit is niet altijd mogelijk. Wat is nog meer de oplossing? Zet er bijvoorbeeld iets in.
• alles is heel interessant, aangezien ik bezig ben met het onderwerp koude energie gebruiken, ontwikkelde ik een bijna eeuwigdurende beweging p.v.d.
• Nicolaas! Deel je ontwikkeling. Of geef een link waar het besproken wordt.
• Het ding is dat het ijs dat naar de bovenkant van de pot drijft een gelijkmatig frame vormt, waardoor verdere druk op het bovenste deksel uniform wordt, en het onderste deel bevriest met een ongelijk gebied, dat gelijk is aan de bodem van de pot en met een verhouding van 70% ijs en 30% water, ruwweg gezegd, ijs in de onderste delen krijgen de vorm van een wig, wat een kleiner drukgebied geeft en waardoor de bodem van het blikje doorgedrukt. Je kunt ook rekening houden met de zwaartekracht, het ijs drukt nog steeds op de bodem, zelfs als er water is, een beetje natuurlijk, niet eens merkbaar, maar het drukt.
• Er was een vraag - wat voor soort vat moest worden gemaakt en van wat, zodat het niet zou barsten als het water bevriest. Bevriezend water verhoogt het volume met ongeveer 10%. Omdat het vat niet barstte, betekent dit dat het water zijn volume niet heeft vergroot - d.w.z. bevroor niet. Nu referentie - het vriespunt van water neemt af met een toename van de druk met ongeveer 1 g. C voor elke 130 atm. en bereikt een minimum (-22 gr. C) bij een druk van 2200 atm. Die. men kan stellen dat een vat dat niet zal breken van bevriezend water tot een temperatuur van -22 gr. C moet bestand zijn tegen 2200 atm. Die. meer dan 2 ton per vierkante meter zie Meer dan op de bodem van de Marianentrog
• IJs vormt zich van bovenaf. Aangezien ijs een vaste stof is, is het moeilijker om met druk door de dikte van het ijs + bovendeksel te duwen dan om zonder ijs door de bodem te duwen en dan het effect van de zuiger van boven naar beneden met druk op het water.

Uitbreiden of krimpen? Het antwoord is dit: met de komst van de winter begint het water zijn expansieproces. Waarom gebeurt dit? Deze eigenschap onderscheidt water van de lijst van alle andere vloeistoffen en gassen, die daarentegen bij afkoeling worden gecomprimeerd. Wat is de reden voor dit gedrag van deze ongewone vloeistof?

Natuurkunde Graad 3: Zet water uit of krimpt het als het bevriest?

De meeste stoffen en materialen zetten uit bij verhitting en krimpen bij afkoeling. Gassen laten dit effect beter zien, maar verschillende vloeistoffen en vaste metalen hebben dezelfde eigenschappen.

Een van de meest opvallende voorbeelden van uitzetting en samentrekking van gas is lucht in een ballon. Als we de ballon bij min weer naar buiten brengen, wordt de ballon meteen kleiner. Als we de bal in een verwarmde ruimte brengen, neemt deze onmiddellijk toe. Maar als we een ballon in het bad brengen, barst hij.

Watermoleculen hebben meer ruimte nodig

De reden dat deze processen van uitzetting en samentrekking van verschillende stoffen plaatsvinden, zijn moleculen. Degenen die meer energie krijgen (dit gebeurt in een warme kamer) bewegen veel sneller dan moleculen in een koude kamer. Deeltjes die meer energie hebben botsen veel actiever en vaker op elkaar, ze hebben meer bewegingsruimte nodig. Om de druk van de moleculen in bedwang te houden, begint het materiaal in omvang toe te nemen. En het gebeurt vrij snel. Dus zet water uit of krimpt het als het bevriest? Waarom gebeurt dit?

Water houdt zich niet aan deze regels. Als we water beginnen af ​​te koelen tot vier graden Celsius, dan neemt het volume af. Maar als de temperatuur blijft dalen, begint het water ineens uit te zetten! Er is zo'n eigenschap als een anomalie in de dichtheid van water. Deze eigenschap treedt op bij een temperatuur van vier graden Celsius.

Nu we hebben uitgezocht of water uitzet of krimpt als het bevriest, laten we eens kijken hoe deze anomalie zich voordoet. De reden ligt in de deeltjes waaruit het is samengesteld. Het watermolecuul bestaat uit twee waterstofatomen en één zuurstof. Iedereen kent de formule van water al sinds de lagere school. De atomen in dit molecuul trekken op verschillende manieren elektronen aan. Waterstof heeft een positief zwaartepunt, terwijl zuurstof juist een negatief zwaartepunt heeft. Wanneer watermoleculen met elkaar botsen, worden de waterstofatomen van het ene molecuul overgebracht naar het zuurstofatoom van een heel ander molecuul. Dit fenomeen wordt waterstofbinding genoemd.

Water heeft meer ruimte nodig als het afkoelt

Op het moment dat het proces van vorming van waterstofbruggen begint, verschijnen er plaatsen in het water waar de moleculen zich in dezelfde volgorde bevinden als in het ijskristal. Deze blanco's worden clusters genoemd. Ze zijn niet duurzaam, zoals in een vast waterkristal. Wanneer de temperatuur stijgt, worden ze vernietigd en veranderen ze van locatie.

Tijdens het proces begint het aantal clusters in de vloeistof snel toe te nemen. Ze hebben meer ruimte nodig om zich te verspreiden, daarom neemt het water in omvang toe nadat het zijn abnormale dichtheid heeft bereikt.

Wanneer de thermometer onder nul zakt, beginnen de clusters in kleine ijskristallen te veranderen. Ze beginnen omhoog te gaan. Als gevolg van dit alles verandert water in ijs. Dit is een zeer ongebruikelijk vermogen van water. Dit fenomeen is nodig voor een zeer groot aantal processen in de natuur. We weten het allemaal, en als we het niet weten, herinneren we ons dat de dichtheid van ijs iets minder is dan de dichtheid van koud of koud water. Hierdoor kan ijs op het wateroppervlak drijven. Alle reservoirs beginnen van boven naar beneden te bevriezen, waardoor waterbewoners op de bodem kunnen bestaan ​​​​en niet bevriezen. We weten nu dus in detail of water uitzet of krimpt als het bevriest.

Warm water bevriest sneller dan koud water. Als we twee identieke glazen nemen en heet water in de ene gieten en dezelfde hoeveelheid koud water in de andere, zullen we merken dat warm water sneller bevriest dan koud water. Het is niet logisch, toch? Heet water moet afkoelen voordat het begint te bevriezen, maar koud water niet. Hoe dit feit te verklaren? Wetenschappers kunnen dit raadsel tot op de dag van vandaag niet verklaren. Dit fenomeen wordt het Mpemba-effect genoemd. Het werd in 1963 ontdekt door een wetenschapper uit Tanzania onder ongebruikelijke omstandigheden. De student wilde zelf ijs maken en merkte dat heet water sneller bevriest. Hij deelde dit met zijn natuurkundeleraar, die hem aanvankelijk niet geloofde.

Het lijkt erop, wat is er meer gebruikelijk dan ijs? In de middelste zone van Eurazië, waar de winter enkele maanden duurt, in het noorden, waar de winter het grootste deel van het jaar duurt, en in de zuidelijke berggebieden, zijn sneeuw en ijs de gebruikelijke componenten van het landschap.

Ondertussen is het proces van ijsvorming ongewoon. Laten we bijvoorbeeld eens kijken hoe het volume van water verandert tijdens de overgang van een vloeibare naar een vaste toestand, dat wil zeggen wanneer het bevriest. Deze verandering vindt niet op dezelfde manier plaats als bij andere bij ons bekende stoffen. Ze krimpen allemaal, behalve bismut en gallium, en verminderen het volume als ze afkoelen. Tijdens het stollen wordt hun volume aanzienlijk verminderd in vergelijking met dezelfde massa van de smelt.

Wanneer water bevriest, gebeurt alles andersom - de dichtheid van ijs neemt af en het volume neemt toe met 10% in vergelijking met het volume dat wordt ingenomen door dezelfde massa water.

Sinds de oudheid kennen mensen deze eigenschap van ijs. Omdat ze niet wisten hoe ze het moesten uitleggen, gebruikten ze het niettemin met succes. Machtige gebouwen in het noorden van Europa werden opgetrokken uit stenen monolieten van honderden kilo's. Om dergelijke blokken te maken, werden relatief ondiepe groeven in de rotsen geponst of werden geschikte scheuren gekozen. Voordat de winterkou begon, werden ze overspoeld met water en het resulterende ijs diende als een explosief. Dus geduldig, jaar na jaar, verpletterden mensen de sterkste rotsen, verkregen bouwmateriaal, gebruikmakend van de expansie van water tijdens het bevriezen. Nu kan de wetenschap de reden voor dit fenomeen verklaren. Zoals uit afb. 1.8 verloopt de verandering in volume bij afnemende temperatuur op een eigenaardige manier. In het begin gedraagt ​​water zich als veel andere vloeistoffen: het condenseert geleidelijk en het volume wordt kleiner. Dit wordt waargenomen tot 4°C (meer precies, tot 3.98°C). Bij deze temperatuur lijkt er een crisis aan te komen. Verdere koeling vermindert niet meer, maar verhoogt geleidelijk het volume. De gladheid wordt abrupt onderbroken bij 0°C, de curve verandert in een verticale rechte lijn en het volume neemt abrupt toe met bijna 10%. Water verandert in ijs.

Het is duidelijk dat bij 3,98°C de thermische interferentie in de vorming van associates zo sterk begint af te zwakken dat het mogelijk wordt om water structureel te herschikken tot ijsachtige structuren. Moleculen zijn onderling geordend, op sommige plaatsen wordt een hexagonale structuur gevormd die kenmerkend is voor ijs1.

Deze processen in vloeibaar water bereiden als het ware voor op een volledige structurele herstructurering, en bij 0 ° C gebeurt het: stromend water wordt ijs - een kristallijne vaste stof. Elk molecuul krijgt de mogelijkheid om te verbinden door waterstofbruggen met vier

Ik ben buur. Daarom vormt water in de ijsfase een opengewerkte structuur met "kanalen" tussen vaste groepen watermoleculen.

Waarschijnlijk is een andere bijzondere eigenschap van water verbonden met de structurele herschikking - een scherpe sprong in warmtecapaciteit tijdens de faseovergang "water-ijs". Water van 0°C heeft een soortelijke warmtecapaciteit van 1.009. De soortelijke warmtecapaciteit van water dat bij dezelfde temperatuur in ijs verandert, is de helft daarvan.

Vanwege de eigenaardigheden van de structurele overgang "water - ijs", in het bereik van 3,98 ... 0 ° C, bevriezen natuurlijke reservoirs van voldoende diepte meestal niet tot op de bodem. Met het begin van de winterkoude zinken de bovenste waterlagen, die zijn afgekoeld tot ongeveer + 4 ° C en een maximale dichtheid hebben bereikt, naar de bodem van het reservoir. Deze lagen dragen zuurstof naar de diepte en helpen om onzuiverheden van voedingsstoffen gelijkmatig te verdelen. In plaats daarvan stijgen warmere watermassa's naar de oppervlakte, condenseren, koelen af ​​bij contact met de oppervlaktelucht en zakken, nadat ze zijn afgekoeld tot +4°C, op hun beurt dieper weg. Het mengen gaat door totdat de circulatie is uitgeput en het reservoir is bedekt met een drijvende laag ijs. IJs beschermt de diepten betrouwbaar tegen continue bevriezing - de thermische geleidbaarheid is immers veel minder dan die van water.

Elk jaar wordt een gezonde levensstijl steeds populairder. Mensen stoppen met roken, gaan sporten, tellen de calorieën in het voedsel dat ze gedurende de dag hebben geconsumeerd en beheersen het overgewicht. Er zijn een aantal sporten…

Grootformaat printtechnologie impliceert replicatie van gedrukte producten met grote parameters op speciale "wide printers" en plotters. Dankzij het gebruik van zulke krachtige moderne apparatuur is het mogelijk om prints te verkrijgen van verschillende formaten A1, A2, A3 en ...

Isolatie is een belangrijk onderdeel van elke woningrenovatie. de duurzaamheid van een bepaalde wand en de gevel als geheel hangt er immers van af. Tegenwoordig bieden fabrikanten een breed scala aan materialen voor isolatie - minerale ...

11. Waarom zet water uit als het bevriest?

Het bevriezen van een watermolecuul betekent dat het de geaccumuleerde fotonen van zonne-oorsprong verliest van het oppervlak van de chemische elementen waaruit het bestaat. De meeste van deze fotonen hopen zich op op het oppervlak van waterstof, omdat de oppervlaktelagen van waterstof een groot percentage Yin-fotonen (absorberende ether) bevatten. De blootstelling van waterstof leidt ertoe dat watermoleculen ten opzichte van elkaar beginnen te draaien. De kale waterstof van naburige moleculen begint elkaar aan te trekken. In de vloeibare toestand van water werd waterstof "bedekt" door vrije deeltjes. Ze schermden de Yin-fotonen af ​​in hun samenstelling en verminderden op deze manier de manifestatie van de Aantrekkingsvelden van deze fotonen buiten. Onder de zonnedeeltjes (uitgezonden door de zon), overheersen Yang-deeltjes (die ether uitstralen). Door deze afscherming is de aantrekkingskracht van water in vloeibare toestand vanaf de waterstofzijde niet zo sterk.

Wanneer water bevriest en de moleculen met “waterstofdelen” naar elkaar “draaien”, draaien de “zuurstofuiteinden” ook naar elkaar toe. In vloeibare toestand zijn de moleculen als volgt verbonden - "waterstof-zuurstof-waterstof-zuurstof" . En in solide als dit: "zuurstof-zuurstof-waterstof-waterstof-zuurstof-zuurstof-waterstof-waterstof" .

Om precies te zijn, in de vaste toestand vindt de verbinding plaats door waterstofbruggen. En de elementen van zuurstof worden gewoon gedwongen om naar elkaar toe te draaien.

Aangezien zuurstofelementen niet zoveel Yin-fotonen bevatten als waterstof in hun oppervlaktelagen, heeft het bevriezingsproces - het verlies van vrije fotonen - geen significante invloed op de kenmerken van het Krachtveld van de elementen. Zoals er een significant afstotingsveld was, zo blijft het. Daarom, wanneer watermoleculen met zuurstof naar elkaar toe draaien, hebben de elementen van zuurstof een transformerend effect op elkaar. Bedenk dat transformatie verwarming is, een temperatuurstijging. Elementen zenden ether naar elkaar uit (dankzij Yang-deeltjes), en. daardoor verhitten (transformeren). De ether die door elk van de elementen naar de andere wordt uitgestraald, voorkomt dat deze ether uitstraalt. Door deze oppositie vindt de transformatie van de kwaliteit van de deeltjes in de samenstelling van de elementen plaats. En zoals je weet gaat verwarming altijd gepaard met uitzetting van materie. Dit is de reden waarom water uitzet als het bevriest. Maar niet veel. Niet zoals het uitzet als je het begint te koken.

Het vriespunt is gepasseerd, de moleculen zijn omgedraaid en de zuurstof is omgezet (opgewarmd) in de samenstelling van de moleculen. Maar deze verwarming is punt, erg zwak. Dit is geen verwarming, bijvoorbeeld door de verbranding van brandstof of de doorgang van een elektrische stroom, wanneer een groot aantal vrije deeltjes met Repulsive Fields (Yang) zich ophopen.

Als de afkoeling van het water in de toekomst doorgaat, zal er geen expansie meer plaatsvinden.

Zo hebben we de redenen voor de uitzetting van water tijdens afkoeling geanalyseerd.

We raden u ten zeerste aan de artikelen over transformatie van deeltjeskwaliteit in deel 2 over deeltjesmechanica te lezen. Anders blijft de belangrijkste reden voor de uitzetting van water, en zelfs stoffen bij verhitting, voor u onbegrijpelijk.