Чому вода замерзає зверху?

Першою ознакою зими є плаваючий на поверхні ставків і озер лід. Це може здатися тривіальним і не дуже важливим, але якби вода вела себе аналогічно практично всім інших рідин, ніхто б не зміг кататися на ковзанах на ставку, тому що лід опускався б на дно відразу ж після свого утворення. Що ще гірше, Земля в цьому випадку, мабуть, була б млявою пустелею, тому що більша частина води лежала б у вигляді льоду на дні океанів, озер і річок.

Більшість рідин стискаються при охолодженні, зменшуючись в об’ємі і збільшуючи свою щільність. Наприклад, твердий віск свічки опускається на дно миски з більш гарячим розплавленим воском. Вода також стискається, але тільки до тих пір, поки не досягне 4 ° С (39 ° F). Нижче цієї температури вода починає розширюватися і її щільність зменшується. Тому лід легше води, що знаходиться поблизу точки замерзання, і як результат, він плаває.

Як вода замерзає

  • Вода в ставку, охолоджена до 4 ° С (39 ° F), стає щільніше і опускається на дно. Більш тепла і тому більш легка вода піднімається до поверхні, охолоджується і також опускається вниз.
  • Коли остання порція води охолоне до 4 ° С (39 ° F), конвекція, під дією якої холодна вода опускається вниз, а тепліша вода піднімається вгору, припиняється. У цьому випадку вся вода має однакову температуру. Щільність води також однакова.
  • Коли вода в поверхневому шарі охолодиться нижче 4 ° С (39 ° F), вона розширюється і стає менш щільною. Оскільки вода при 3 ° С (37 ° F) легше, ніж при 4 ° С (s39 ° F), більш холодна вода залишається нагорі.
  • Поверхневий шар води продовжує охолоджуватися з подальшим зменшенням щільності. Нарешті, при 0 ° С (32 ° F) поверхневий шар води перетворюється на лід.

Температурне розширення і щільність води

При температурах вище 4 ° С (39 ° F) вода при охолодженні стискається, досягаючи своєї найбільшої щільності при 4 ° С. Однак, якщо охолодження продовжується і температура падає нижче 4 ° С, вода починає розширюватися і її щільність зменшується. Кількісно щільність дорівнює масі одиниці об’єму речовини і зазвичай вимірюється в г / см3.

Віск і лід замерзають по-різному

На поверхні кубика льоду утворюється опуклість (лівий малюнок), тому що вода в центрі кубика замерзає останньою і, розширюючись у міру замерзання, може тільки підніматися вгору. На противагу цьому, у верхній частині кубика воску утворюється поглиблення, бо віск (середній малюнок) стискається після затвердіння. Рідини, стискальні при замерзанні рівномірно (правий малюнок) формують увігнуту поверхню.

Пора року і температура води в озері

Влітку вода тепліше біля поверхні, ніж у глибині. Взимку озеро може покритися льодом, і вода в глибині стане тепліше, ніж на поверхні.

ПОДІЛИТИСЯ: