Amikor beköszönt a hideg évszak, a hőmérséklet csökkenni kezd. Minden patak, tó, tavak és még folyók is jégpályákká alakulnak mínuszban. Sokan azonban észrevették, hogy az óceán ezen a hőmérsékleten nem fagy be. Aki járt télen a tengernél, az bizonyára észrevette, hogy a víz nem olyan hőmérsékleten fagy meg, mint a tavakon.
Ez azt jelenti, hogy az óceán soha nem fagy be. Ha megnézi az Északi- vagy Déli-sark fényképeit, észre fogja venni, hogy ezeken a helyeken vannak sarki jég. Ha ezeken a területeken befagy az óceán, akkor máshol miért nem történik meg ugyanez?
Az édesvíz fagyáspontja 0 Celsius fok vagy 32 Fahrenheit. A só jelenléte a vízben csökkenti a fagyáspontot. Minél több só van a vízben, annál alacsonyabb a fagyáspont.
Amikor az édesvíz megfagy, a hidrogénből és oxigénből álló vízmolekulák egymáshoz kapcsolódnak, így a jég kristályos szerkezetét alkotják. A só jelenléte megnehezíti a vízmolekulák számára az ilyen anyag képződését. Így a vízmolekula szerkezetébe kerülő só gátolja a jégképződést. A só a jégbe is belevág, vízmolekulákat üt ki a szerkezetből...így megolvasztja.
Amikor a sómolekulák kiszorítják a vízmolekulákat, a fagyás sebessége lelassul. Emiatt gyakran használják a sót a jeges utakon. Megnehezíti a fagyást és biztonságosabbá teszi az autósok számára.
Bár az óceánvíz sótartalma változó, gyakran körülbelül 35 gramm sót tartalmaz minden 1000 hagyományos vízegységre. Ez a tény csökkenti a fagyáspontot tengervíz-1,8 Celsius fokra és 28,8 Fahrenheit fokra. Így az óceán vize megfagy, de ehhez alacsonyabb hőmérséklet elérése szükséges.
A tengervíz fagyását befolyásoló másik tényező a mozgással kapcsolatos. A víztesttől eltérően az óceán hullámai állandó mozgásban vannak, és vannak víz alatti áramlatok is. Ez segít a víznek megtartani a hőt. Ebből kifolyólag csak nagyon hideg területeken, mint például az északi ill Déli-sark, általában kellően alacsony hőmérséklet alakul ki, amely képes megfagyni a vízben.
Meg kell jegyezni, hogy az óceánok vizének csak egy kis része fagy meg. A sómolekulák a jég felszíne alá süllyednek. Ennek eredményeként a sarki jég édesvízi jég, amelybe beleolvadhat vizet inni!
A világ óceánjainak körülbelül 15%-át az év legalább egy részében jég borítja. Lehet, hogy nem tűnik soknak, de ez a terület körülbelül 10 millió négyzetkilométernyi tengeri jég.
A hideg idő beköszöntével a tavak felszínén vékony jégkéreg képződik, ami a vízhőmérséklet csökkenése következménye. negatív értékeket. Ám télen, amikor a levegő hőmérséklete 30 fok alá süllyed, lenyűgöző jégréteg képződik a tavak felszínén, de a nagy tavak sosem fagynak be teljesen. Miért történik ez?
Kiderült, hogy amikor a víz hőmérséklete csökkenni kezd, nagyon érdekes dolgok történnek a zárt víztestekben. Az édesvíz egyedülálló molekulaszerkezetének köszönhetően maximális sűrűsége +4ºС hőmérsékleten van. És amikor a víz hőmérséklete tovább csökken, a tóban különböző hőmérsékletű rétegek válnak el, és szezonális termoklint alkotnak.
A +1-2°C hőmérsékletű víz mindig könnyebb, mint a +4°C hőmérsékletű vízréteg, amely az alján található. A víztömegek gyenge cirkulációja miatt (és emlékszünk rá, hogy ez nem folyó, hanem mély tó) nem történik meg az aktív keveredés és a hőmérséklet kiegyenlítése. Emiatt a körülbelül +4 fokos víz mindig a tározó alsó részében található. Fokozatosan növekvő jégréteg vagy több hideg víz a tározó felső részén a tó nem fagy be a fenékig. A halak és más vízi élőlények továbbra is élnek a tóban, anélkül, hogy félnének attól, hogy jégdarabká válnak.
Természetesen ez a szabály a kis tavaknál nem működik, és a negatív hőmérsékletek beköszöntével a fenékig fagyhatnak. A körültekintő halak általában előre elhagyják az ilyen veszélyes telelőhelyeket, és bemennek a folyókba vagy a szomszédos mélyebb tavakba.
A hideg idő beálltával vékony jégkéreg képződik a tavak felszínén, ami a vízhőmérséklet negatív értékekre süllyedésének következménye. Ám télen, amikor a levegő hőmérséklete 30 fok alá süllyed, lenyűgöző jégréteg képződik a tavak felszínén, de a nagy tavak sosem fagynak be teljesen. Miért történik ez?
Kiderült, hogy amikor a víz hőmérséklete csökkenni kezd, nagyon érdekes dolgok történnek a zárt víztestekben. Az édesvíz egyedülálló molekulaszerkezetének köszönhetően maximális sűrűsége +4ºС hőmérsékleten van. És amikor a víz hőmérséklete tovább csökken, a tóban különböző hőmérsékletű rétegek válnak el, és szezonális termoklint alkotnak.
A +1-2°C hőmérsékletű víz mindig könnyebb, mint a +4°C hőmérsékletű vízréteg, amely az alján található. A víztömegek gyenge cirkulációja miatt (és emlékszünk rá, hogy ez nem folyó, hanem mély tó) nem történik meg az aktív keveredés és a hőmérséklet kiegyenlítése. Emiatt a körülbelül +4 fokos víz mindig a tározó alsó részében található. A tározó felső részén fokozatosan növekvő jégréteg és hidegebb víz megakadályozza, hogy a tó fenékig fagyjon. A halak és más vízi élőlények továbbra is élnek a tóban, anélkül, hogy félnének attól, hogy jégdarabká válnak.
Természetesen ez a szabály a kis tavaknál nem működik, és a negatív hőmérsékletek beköszöntével a fenékig fagyhatnak. A körültekintő halak általában előre elhagyják az ilyen veszélyes telelőhelyeket, és bemennek a folyókba vagy a szomszédos mélyebb tavakba.
A víz olyan anyag, amely három halmozódási állapotban figyelhető meg. Megfagyhat és szilárd jég is lehet, folyékony formában érkezik, és gőz formájában is jelen van - nemcsak a fürdőben, hanem az égen is, felhők formájában. Ennek a cikknek a keretein belül azonban ennek első állapotára, a szilárd állapotára fogunk összpontosítani.
A víz megfagy, kristályokat képezve kemény jég. A jég több kilométernyi felületet képezhet, amely folyókat, tavakat és más víztesteket boríthat be. Ugyanakkor kiderül, hogy könnyebb, mint a folyékony víz, és mindig a tetején van. A víz lefagy az alacsonyabb hőmérséklet miatt.
Az anyagok hőmérséklete és aggregációs állapota
Minél magasabb a hőmérséklet, annál távolabb vannak az anyagok molekulái. Egymástól való távolságuk az anyag lágyulásához vezet, amely először folyékony, majd teljesen gázneművé válik. Ez a folyamat a vas példáján látható, amely tégelyben megolvad és folyékony formát vesz fel. Erős hőmérsékletnövekedéssel gáz halmazállapotúvá is válhat, azaz elpárologhat, de ehhez a hőmérsékletnek igazán magasnak kell lennie.
A normál szobahőmérsékletű víz folyékony. A hőmérséklet emelkedésével gőzzé, a hőmérséklet csökkenésével pedig jéggé válik. Hiszen a hőmérséklet csökkentése ellenkező hatást gyakorol a molekulákra – közelebb kerülnek egymáshoz. És amikor közelebb jönnek, az anyag keményebbé és sűrűbbé válik. Ugyanezt a hatást bármely anyag mechanikus préselésével érhetjük el - keményebb lesz, ismét a molekulák közelsége miatt.
Érdekes:
Miért oldódik fel a cukor?
Mi történik, ha a hőmérséklet csökken?
Amikor a víz hideg hőmérsékletnek van kitéve, a molekulák közelebb kerülnek egymáshoz, és hatszögletű formákat alkotnak. Természetesen ezek hópelyhek, amelyek vízkristályok. A víz lehűlése és kristályosodása valójában szinonimái, amelyek ugyanazt a folyamatot írják le. A víz 0 fokos hőmérsékleten kezd kikristályosodni - ez a pillanat a Celsius-skálán nulla. Ha figyelembe vesszük az amerikai Fahrenheit skálát, akkor a víz megszilárdulása 32 fokon megy végbe.
De a vízkristályok létrehozásához szükség van egy alapra, néhány szennyeződésre vagy szuszpenzióra, amelyeknek köszönhetően ez a folyamat elindul. És ha a víz teljesen tiszta, akkor itt egy kicsit más jelenség figyelhető meg - néha csak -40 fokon fagy meg, és nulla és más nem túl alacsony szinten folyékony marad. Azonban nem fagy csak be nyugodt állapot. Ha fagypont alatti hőmérsékleten megrázod, azonnal jéggé válik.
A vízhez számos paradoxon kapcsolódik. És a fentebb már leírt árnyalaton kívül meg kell jegyezni, hogy a jég nagyobb térfogatot foglal el, mint folyékony víz, azaz fagyáskor ez az anyag kitágul, míg mások éppen ellenkezőleg, kisebb térfogatot foglalnak el, amikor alacsony hőmérsékletek. A jégképződés során a víz tágulásával jár együtt a télre vízzel megtöltött hordók, csövek és egyéb tárgyak szétrepedése.
A fagyás pillanatában a molekulák kissé eltávolodnak egymástól, ami ezt a hatást adja. És ez a tényező, a fagyott légbuborékokkal együtt, teszi a jeget lendületessé. Ha elsüllyedt vagy alulról keletkezett, akkor sem Élőlény nem tudná túlélni a telet a tározókban. Ám azáltal, hogy a felszínen képződik és ott is marad, a jég éppen ellenkezőleg, megtartja a víz melegét, és télen védő funkciót tölt be, lehetőséget adva az állatoknak, növényeknek és halaknak az áttelelésre és a túlélésre.
Mély ősz. A nappalok egyre rövidebbek. A nap egy percre kikandikál a sűrű felhők mögül, ferde sugarával átcsúszik a földön, és újra eltűnik. A hideg szél szabadon sétál az üres mezőkön és a csupasz erdőn, valahol máshol egy megmaradt virágot vagy egy ágra tapadt levelet keresve, hogy leszedje, magasra emelje, majd árokba, árokba vagy barázdába dobja. Reggel a tócsákat már ropogós jégdarabok borítják. Csak a mély tavacska még mindig nem akar megfagyni, szürke felületét pedig még fodrozza a szél. De most bolyhos hópelyhek kezdtek villogni. Sokáig forognak a levegőben, mintha nem mernének leesni a hideg, barátságtalan talajra. A tél közeleg.
Egy vékony jégkéreg, amely először a tó partjainál alakult ki, középen kúszik a mélyebb helyekre, és hamarosan az egész felszínt tiszta jég borítja. tiszta üveg jég. Fagyok támadtak, a jég vastag, majdnem egy méter vastag lett. Az alja azonban még messze van. A jég alatt még erős fagyok esetén is víz marad. Miért nem fagy le a mély tó? A víztározók lakói hálásak lehetnek a víz egyik tulajdonságáért. Mi ez a funkció?
Ismeretes, hogy a kovács először felmelegíti a vasabroncsot, majd felteszi a kerék faperemére. Ahogy az abroncs lehűl, rövidebb lesz, és szorosan illeszkedik a felni köré. A sínek soha nem kerülnek egymás közelébe, különben a napon melegítve biztosan meghajlanak. Ha egy teli üveg olajat öntünk és meleg vízbe helyezzük, az olaj túlcsordul.
Ezekből a példákból világosan látszik, hogy hevítéskor a testek kitágulnak; Kihűléskor összehúzódnak. Ez szinte minden testre igaz, de a vízre ezt nem lehet feltétel nélkül kijelenteni. Más testekkel ellentétben a víz melegítéskor különleges módon viselkedik. Ha egy test melegítéskor kitágul, az azt jelenti, hogy kevésbé sűrűsödik, mert ugyanannyi anyag marad ebben a testben, de térfogata megnő. Folyadékok átlátszó edényekben történő melegítésekor megfigyelhető, hogy a melegebb és ezért kevésbé sűrű rétegek hogyan emelkednek fel alulról, a hidegek pedig süllyednek le. Ez egyébként a természetes vízkeringetéssel rendelkező vízmelegítő készülék alapja. Ahogy a víz lehűl a radiátorokban, sűrűbbé válik, leesik és belép a kazánba, felfelé kiszorítva az ott már felmelegedett, így kevésbé sűrű vizet.
Hasonló mozgás történik egy tóban. A hideg levegőnek átadva a víz lehűl a tó felszínéről, és sűrűbb lévén hajlamos a fenékre süllyedni, kiszorítva az alsó meleg, kevésbé sűrű rétegeket. Ilyen mozgás azonban csak addig lesz, amíg az összes víz plusz 4 fokra nem hűl. A fenéken 4 fokos hőmérsékleten összegyűlt víz már nem emelkedik felfelé, még akkor sem, ha a felszíni rétegei alacsonyabb hőmérsékletűek voltak. Miért?
A 4 fokos víznek a legnagyobb a sűrűsége. Minden más hőmérsékleten - 4 fok felett vagy alatt - a víz kevésbé sűrűnek bizonyul, mint ezen a hőmérsékleten.
Ez a víz egyik eltérése a többi folyadékra jellemző törvényektől, az egyik anomáliája (az anomália a normától való eltérés). Az összes többi folyadék sűrűsége általában az olvadásponttól kezdve csökken hevítéskor.
Mi lesz ezután, ha a tó kihűl? A felső vízrétegek egyre kevésbé sűrűsödnek. Ezért a felszínen maradnak, és nulla fokon jéggé alakulnak. Ahogy tovább hűl, a jégkéreg megnő, alatta pedig még mindig folyékony, nulla és 4 fok közötti hőmérsékletű víz van.
Itt valószínűleg sokakban felmerül a kérdés: miért nem olvad meg a jég alsó széle, ha vízzel érintkezik? Ugyanis a jég alsó szélével közvetlenül érintkező vízréteg nulla fokos hőmérsékletű. Ezen a hőmérsékleten a jég és a víz egyszerre létezik. Ahhoz, hogy a jég vízzé alakuljon, jelentős hőmennyiségre van szükség, mint később látni fogjuk. De ez a melegség nincs meg. Egy könnyű, nulla fokos vízréteg választja el a mélyebb meleg vízrétegeket a jégtől.
De most képzeld el, hogy a víz úgy viselkedik, mint a legtöbb folyadék. Egy enyhe fagy is elég lenne, mint minden folyó, tó és talán északi tengerek, tél folyamán fenékig fagynának. A víz alatti birodalom számos élőlénye halálra lenne ítélve.
Igaz, ha a tél nagyon hosszú és súlyos, akkor sok nem túl mély víztömeg a fenékig fagyhat. De a mi szélességi köreinken ez rendkívül ritka. A jég maga megakadályozza, hogy a víz a fenékig fagyjon: rosszul vezeti a hőt, és megvédi a víz alsó rétegeit a kihűléstől.
