Глава 12 Вода - одна из ключевых составляющих жизни человека. Вода ядовитая, вода целебная. Оздоровление дома и организма человека при помощи воды. Очищение амулетов и талисманов при помощи воды Вода - один из универсальных символов мироздания. Китайцы, например, считали

Почему родителям нужен буддизм и почему буддистам стоит стать родителями Движимый любовью и сочувствием К тем, кто еще не узнал эту подлинную природу, Я посвящаю свои действия благу других: Пусть все существа достигнут освобождения! Я проявился в человеческом

Вода и мы «Какой смысл в том, что вы барахтаетесь у берега и уверяете, что жемчуга в море нет? Нужно отплыть от берега и нырнуть глубоко…» Ни для кого уже не является больше секретом, что все живое, начинало свое развитие в водной среде и поэтому, почти на 80 % состоит из воды.

Казалось бы, что может быть обычнее льда? В средней полосе Евразии, где зима длится несколько месяцев, на севере, где зи­ма продолжается большую часть года, да и в южных горных районах снег и лед - привыч­ные компоненты ландшафта.

Между тем необычен сам процесс образо­вания льда. Посмотрим, например, как изме­няется объем воды при переходе из жидкого состояния в твердое, то есть при замерзании. Это изменение происходит совсем не так, как у других известных нам веществ. Все они, кроме висмута и галлия, сжимаются, сокра­щают объем по мере охлаждения. При затвер­девании их объем значительно уменьшается по сравнению с такой же массой расплава.

При замерзании воды все происходит на­оборот - плотность льда уменьшается, а объ­ем увеличивается на 10% по сравнению с объ­емом, занимаемым той же массой воды.

Издавна люди знали это свойство льда. Не умея его объяснить, они, тем не менее, успеш­но им пользовались. Могучие постройки на севере Европы возводились из каменных мо­нолитов, весящих сотни килограммов. Что­бы изготовить такие блоки, в скалах пробива­ли сравнительно неглубокие пазы или выби­рали подходящие трещины. Перед наступле­нием зимних холодов их заливали водой, и об­разовавшийся лед выполнял роль взрывчат­ки. Так терпеливо, год за годом, люди дроби­ли крепчайшие скалы, получали строитель­ный материал, используя расширение воды при замерзании. Теперь наука может объяс­нить причину этого явления. Как видно из рис. 1.8, изменение объема с понижени­ем температуры идет своеобразно. Сначала вода ведет себя, как и многие другие жидко­сти: понемногу уплотняясь, уменьшает свой объем. Это наблюдается вплоть до 4°С (точ­нее - до 3,98°С). При этой температуре как будто бы наступает кризис. Дальнейшее охла­ждение уже не уменьшает, а постепенно уве­личивает объем. Плавность резко прерывает­ся при 0°С, кривая переходит в отвесную пря­мую, объем скачком возрастает почти на 10%. Вода превращается в лед.

Очевидно, при 3,98°Степловыепомехив об­разовании ассоциатов начинают ослабевать настолько, что появляется возможность неко­торой структурной перестройки воды в льдо- подобные каркасы. Молекулы взаимно упоря­дочиваются, местами складывается характер­ная для льда гексагональная структура1.

Эти процессы в жидкой воде как бы подго­тавливают полную структурную перестройку, и при 0°С она наступает: струящаяся вода ста­новится льдом - кристаллическим твердым те­лом. Каждая молекула получает возможность соединиться водородными связями с четырь-

Мя соседними. Поэтому в фазе льда вода обра­зует ажурную конструкцию с «каналами» меж­ду фиксированными группами молекул воды.

Вероятно, со структурной перестройкой связано и еще одно своеобразное свойство во­ды - резкий скачок теплоемкости при фазо­вом переходе «вода - лед». Вода при 0°С име­ет удельную теплоемкость 1,009. Удельная те­плоемкость превратившейся в лед воды при этой же температуре вдвое ниже.

Благодаря особенности структурного пере­хода «вода - лед», в интервале 3,98...0°С при­родные водоемы достаточной глубины обыч­но не промерзают до дна. С наступлением зимних холодов верхние слои воды, охладив­шись примерно до +4°С и достигнув макси­мальной плотности, опускаются на дно водо­ема. Эти слои несут в глубины кислород и по­могают равномерному распределению пита­тельных примесей. На их место к поверхно­сти поднимаются более теплые массы воды, уплотняются, остывая при контакте с припо­верхностным воздухом, и, охладившись до +4°С, в свою очередь опускаются вглубь. Пе­ремешивание идет до тех пор, пока циркуля­ция не исчерпается и водоем не покроется плавающим слоем льда. Лед надежно предо­храняет глубины от сплошного промерзания - ведь его теплопроводность намного мень­ше, чем воды.

С каждым годом становится всё популярнее здоровый стиль жизни. Люди бросают курить, начинают заниматься спортом, подсчитывают калории в продуктах, которые употребили за день, контролируют лишний вес. Существует ряд видов спорта …

Технология широкоформатной печати подразумевает тиражирование полиграфической продукции больших параметров на специальных "широких принтерах" и плоттерах. Благодаря применению такого мощного современного оборудования можно получать отпечатки разных форматов А1, А2, А3 и …

Утепление – важный процесс любого ремонта дома. ведь именно от него будет зависеть долговечность конкретной стены и фасада в целом. Сегодня производители предлагают самые разнообразные материалы для утепления – минеральная …

нагретого пламени, а во втором-то же самое количество теплоты исходит от сравнительно холодного железа.

Опыты показали, что никакой разницы в обоих случаях не существует, а потому теплота, рассматриваемая по отношению к ее способности нагревать тела и изменять их состояние, есть количество, подлежащее точному измерению, и не может представлять качественных отличий.

К. Максуэлл. „Теория теплоты", % 1883.

Расширение воды при замерзании.

Начиная с 4°Ц. до самой точки замерзания, вода при охлаждении расширяется, а когда она превращается в лед, расширение ее совершается быстро и внезапно. Лед, как известно, плавает на воде, потому что, вследствие расширения, он становится легче ее.

Сила, с которою происходит эт*о расширение воды при замерзании, огромна. Чтобы составить себе понятие об этой напряженности, сделаем опыт: вода наливается в железный сосуд, стенки которого имеют полдюйма толщины. Количество воды не велико, но она наполняет сосуд; после этого,он плотно закрывается крышкой, навинчиваемой на его шейку. Б^ерем и другой такой же сосуд. Погрузим оба сосуда в охлаждающую смесь. Они постепенно охладевают, вода внутри них доходит до своей точки наибольшей плотности, и без сомнения в этот момент не совершенно наполняет бутылки, а оставляет внутри небольшую пустоту. Но скоро сжатие воды прекращается, наступает расширение; пустота медленно заполняется; вода постепенно переходит из жидкого состояния h твердое, причем объем ее увеличивается, и этому увеличению объема сопротивляются стенки железного сосуда. Но их сопротивление бессильно перед молекулярными силами: молекулы-это замаскированные гиганты. Раздается треск: бутылка разрывается кристаллизующимися частицами; то же происходит и с другою бутылкой.

В другом опыте с громким взрывом лопались толстые стенки артиллерийской бомбы: бомба была наполнена водою, туго завинчена и поставлена в кадку с охлаждающей смесью. При выполнении этого опыта надо покрывать кадку толстым холстом: когда я не делал этого, обломки бомбы подбрасывало под потолок.

Теперь вам понятно действие мороза на водопроводные трубы в домах. Обычно думают, что разрыв труб происходит во время таяния льда в трубах *), но на самом деле это происходит во время замерзания:

*) Вследствие дурной теплопроводности стен и почвы, холод весьма медленно про­ никает через них и достигает водопроводных труб в домах (особенно в подвалах) с зна­ чительным опозданием-нередко лишь тогда, когда вне здания успела уже после морозов наступить оттепель; в этом, по всей вероятности, и следует видеть причину распространен­ ного заблуждения, будто водопроводные трубы лопаются не в мороз, а в оттепель, т.-е. не от замерзания воды, а от таяния льда.- Сост.

Расширяется или сжимается? Ответ следующий: с приходом зимы вода начинает свой процесс расширения. Почему это происходит? Это свойство выделяет воду из списка всех остальных жидкостей и газов, которые, наоборот, сжимаются при охлаждении. В чем заключается причина такого поведения этой необычной жидкости?

Физика 3 класса: вода при замерзании расширяется или сжимается?

Большинство веществ и материалов увеличиваются в объеме при нагревании и уменьшаются при охлаждении. Газы этот эффект показывают более заметно, но различные жидкости и твердые металлы проявляют такие же свойства.

Одним из наиболее ярких примеров расширения и сжимания газа является воздух в воздушном шаре. Когда мы выносим воздушный шар на улицу в минусовую погоду, то шар сразу уменьшается в размерах. Если мы шар вносим в отапливаемое помещение, то он сразу же увеличивается. А вот если мы внесем воздушный шар в баню - он лопнет.

Молекулы воды требуют больше места

Причиной тому, что происходят эти процессы расширения и сжатия различных веществ, являются молекулы. Те из них, которые получают больше энергии (это происходит в теплом помещении), двигаются намного быстрее, чем молекулы, находящиеся в холодном помещении. Частицы, которые имеют большую энергию, сталкиваются намного активнее и чаще, им необходимо больше места для движения. Чтобы сдержать то давление, которое оказывают молекулы, материал начинает увеличиваться в размерах. Причем это происходит достаточно стремительно. Итак, вода при замерзании расширяется или сжимается? Почему это происходит?

Вода не подчиняется этим правилам. Если мы начинаем охлаждать воду до четырех градусов Цельсия, то она уменьшает свой объем. Но если температура продолжает падать, то вода вдруг начинает расширяться! Существует такое свойство, как аномалия плотности воды. Это свойство возникает при температуре в четыре градуса Цельсия.

Теперь, когда мы выяснили, расширяется или сжимается вода при замерзании, давайте узнаем, как вообще возникает эта аномалия. Причина таится в частицах, из которых она состоит. Молекула воды создана из двух атомов водорода и одного - кислорода. Формулу воды все знают еще с начальных классов. Атомы в этой молекуле притягивают электроны по-разному. У водорода создается положительный центр тяжести, а у кислорода, наоборот - отрицательный. Когда молекулы воды сталкиваются друг с другом, то атомы водорода одной молекулы переходят на атом кислорода совершенно другой молекулы. Этот феномен называется водородной связью.

Воде нужно больше места при ее охлаждении

В тот момент, когда начинается процесс формирования водородных связей, в воде начинают возникать места, где молекулы находятся в том же порядке, что и в кристалле льда. Эти заготовки называются кластерами. Они не прочны, как в твердом кристалле воды. При повышении температуры они разрушаются и меняют свое местоположение.

Во время процесса начинает стремительно увеличиваться количество кластеров в жидкости. Они требуют больше пространства для распространения, вследствие этого вода и увеличивается в размерах после достижения своей аномальной плотности.

При падении столбика термометра ниже нуля кластеры начинают превращаться в мельчайшие кристаллы льда. Они начинают подниматься вверх. Вследствие всего этого вода превращается в лед. Это очень необычная способность воды. Данный феномен необходим для очень большого количества процессов в природе. Мы все знаем, а если не знаем, то запоминаем, что плотность льда незначительно меньше плотности прохладной или же холодной воды. Благодаря этому лед плавает на поверхности воды. Все водоемы начинают замерзать сверху вниз, что позволяет спокойно существовать и не замерзать водным обитателям на дне. Итак, теперь мы в подробностях знаем о том, расширяется или сжимается вода при замерзании.

Горячая вода замерзает быстрее холодной. Если мы возьмем два одинаковых стакана и нальем в один горячей воды, а в другой столько же холодной, то мы заметим, что горячая вода замерзнет быстрее, чем холодная. Это не логично, согласитесь? Горячей воде нужно остыть, чтобы начинать замерзать, а холодной этого не нужно. Как объяснить данный факт? Ученые по сей день не могут объяснить эту загадку. Данный феномен имеет название «Эффект Мпембы». Открыт был в 1963 году ученым из Танзании при необычном стечении обстоятельств. Студент хотел сделать себе мороженое и заметил, что горячая вода замерзает быстрее. Об этом он поделился со своим учителем физики, который сначала не поверил ему.