Аномальное тепловое расширение воды

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.com

Загрузка...

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.