عند تسخينه، يتمدد الماء أو ينكمش. عندما يتجمد الماء، فإنه يتمدد أو ينكمش: فيزياء بسيطة. يحتاج الماء إلى مساحة أكبر عندما يبرد

طرح الفيزيائي الياباني ماساكازو ماتسوموتو نظرية تشرح سبب انكماش الماء بدلاً من التمدد عند تسخينه من صفر إلى 4 درجات مئوية. وفقًا لنموذجه، يحتوي الماء على تكوينات مجهرية - "الفيتريت"، وهي عبارة عن متعددات وجوه محدبة مجوفة، تحتوي رؤوسها على جزيئات ماء، وحوافها عبارة عن روابط هيدروجينية. مع ارتفاع درجة الحرارة، تتنافس ظاهرتان: استطالة الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء وتشوه الفتريت، مما يؤدي إلى انخفاض تجاويفها. في نطاق درجات الحرارة من 0 إلى 3.98 درجة مئوية، تهيمن الظاهرة الأخيرة على تأثير استطالة الروابط الهيدروجينية، مما يعطي في النهاية ضغط الماء الملحوظ. لا يوجد تأكيد تجريبي لنموذج ماتسوموتو حتى الآن، بالإضافة إلى نظريات أخرى تشرح انضغاط الماء.

على عكس الغالبية العظمى من المواد، يمكن أن يقلل الماء من حجمه عند تسخينه (الشكل 1)، أي أن له معامل تمدد حراري سلبي. ومع ذلك، نحن لا نتحدث عن نطاق درجات الحرارة بأكمله حيث يوجد الماء في حالة سائلة، ولكن فقط عن قسم ضيق - من 0 درجة مئوية إلى حوالي 4 درجات مئوية. مع ب ياعند درجات الحرارة المرتفعة، يتمدد الماء، مثل المواد الأخرى.

وبالمناسبة، الماء ليس المادة الوحيدة التي لها خاصية الانكماش عند ارتفاع درجة الحرارة (أو التمدد عند التبريد). يمكن أيضًا أن يتباهى البزموت والغاليوم والسيليكون والأنتيمون بسلوك مماثل. إلا أنه نظرا لبنيته الداخلية الأكثر تعقيدا، فضلا عن شيوعه وأهميته في العمليات المختلفة، فإن الماء هو الذي يجذب انتباه العلماء (انظر دراسة بنية الماء مستمرة، "العناصر"، 10/09/2006 ).

منذ بعض الوقت، كانت النظرية المقبولة عمومًا التي تجيب على سؤال لماذا يزيد حجم الماء مع انخفاض درجة الحرارة (الشكل 1) عبارة عن نموذج لخليط من مكونين - "طبيعي" و"شبيه بالجليد". تم اقتراح هذه النظرية لأول مرة في القرن التاسع عشر بواسطة هارولد وايتنج وتم تطويرها وتحسينها لاحقًا من قبل العديد من العلماء. في الآونة الأخيرة نسبيًا، وفي إطار تعدد أشكال الماء المكتشف، تمت إعادة التفكير في نظرية ويتنج. يُعتقد الآن أن هناك نوعين من المجالات النانوية الشبيهة بالجليد في الماء فائق البرودة: المناطق الشبيهة بالجليد غير المتبلور عالية الكثافة ومنخفضة الكثافة. يؤدي تسخين الماء فائق التبريد إلى ذوبان هذه البنى النانوية وظهور نوعين من الماء: ذو كثافة أعلى وأقل كثافة. إن المنافسة الماكرة في درجات الحرارة بين "الدرجتين" من الماء الناتج تؤدي إلى اعتماد غير رتيب للكثافة على درجة الحرارة. لكن هذه النظرية لم يتم تأكيدها تجريبيا بعد.

عليك أن تكون حذرا مع هذا التفسير. وليس من قبيل الصدفة أننا نتحدث هنا فقط عن الهياكل التي تشبه الجليد غير المتبلور. والحقيقة هي أن المناطق النانوية من الجليد غير المتبلور ونظائرها العيانية لها معلمات فيزيائية مختلفة.

قرر الفيزيائي الياباني ماساكازو ماتسوموتو العثور على تفسير للتأثير الذي تمت مناقشته هنا "من الصفر"، متجاهلاً نظرية الخليط المكون من مكونين. وباستخدام المحاكاة الحاسوبية، قام بفحص الخصائص الفيزيائية للمياه على نطاق واسع من درجات الحرارة - من 200 إلى 360 كلفن عند ضغط صفر - لفهم الأسباب الحقيقية لتمدد الماء عندما يبرد على المستوى الجزيئي. مقالته في المجلة رسائل المراجعة البدنيةعنوانه: لماذا يتمدد الماء عندما يبرد؟ ("لماذا يتمدد الماء عندما يبرد؟").

في البداية طرح كاتب المقال السؤال: ما الذي يؤثر على معامل التمدد الحراري للماء؟ يعتقد ماتسوموتو أنه يكفي معرفة تأثير ثلاثة عوامل فقط: 1) التغيرات في طول الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء، 2) المؤشر الطوبولوجي - عدد الروابط لكل جزيء ماء، و3) انحراف الزاوية بين الروابط من قيمة التوازن (التشويه الزاوي).

وقبل أن نتحدث عن النتائج التي توصل إليها الفيزيائي الياباني، سنقدم تعليقات وتوضيحات مهمة بشأن العوامل الثلاثة المذكورة أعلاه. أولًا، الصيغة الكيميائية المعتادة للماء، H2O، تتوافق فقط مع حالته البخارية. وفي الحالة السائلة، تتحد جزيئات الماء في مجموعات (H 2 O) من خلال الروابط الهيدروجينية. س، أين س- عدد الجزيئات. التركيبة الأكثر فعالية من حيث الطاقة المكونة من خمسة جزيئات ماء ( س= 5) مع أربع روابط هيدروجينية تتشكل فيها الروابط حالة توازن، ما يسمى زاوية رباعية السطوح، تساوي 109.47 درجة (انظر الشكل 2).

بعد تحليل اعتماد طول الرابطة الهيدروجينية بين جزيئات الماء على درجة الحرارة، توصل ماتسوموتو إلى النتيجة المتوقعة: الزيادة في درجة الحرارة تؤدي إلى استطالة خطية لروابط الهيدروجين. وهذا بدوره يؤدي إلى زيادة حجم الماء، أي إلى توسعه. هذه الحقيقة تتناقض مع النتائج المرصودة، لذلك قام بدراسة تأثير العامل الثاني. كيف يعتمد معامل التمدد الحراري على المؤشر الطوبولوجي؟

أعطت النمذجة الحاسوبية النتيجة التالية. عند درجات الحرارة المنخفضة، تشغل التجمعات المائية أكبر حجم من الماء من حيث النسبة المئوية، والتي تحتوي على 4 روابط هيدروجينية لكل جزيء (المؤشر الطوبولوجي هو 4). تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى انخفاض عدد العناصر المرتبطة بالمؤشر 4، ولكن في نفس الوقت يبدأ عدد المجموعات ذات المؤشرات 3 و5 في الزيادة. بعد إجراء الحسابات العددية، اكتشف ماتسوموتو أن الحجم المحلي للمجموعات ذات المؤشرات الطوبولوجية لا يتغير المؤشر 4 عمليا مع زيادة درجة الحرارة، والتغير في الحجم الإجمالي للمؤشرات 3 و 5 في أي درجة حرارة يعوض كل منهما الآخر. وبالتالي فإن التغير في درجة الحرارة لا يغير الحجم الكلي للمياه، وبالتالي فإن المؤشر الطوبولوجي ليس له أي تأثير على ضغط الماء عند تسخينه.

يبقى أن يتم توضيح تأثير التشويه الزاوي لروابط الهيدروجين. وهذا هو المكان الذي يبدأ فيه الشيء الأكثر إثارة للاهتمام والأكثر أهمية. كما ذكرنا سابقًا، تميل جزيئات الماء إلى الاتحاد بحيث تكون الزاوية بين الروابط الهيدروجينية رباعية السطوح. ومع ذلك، فإن الاهتزازات الحرارية لجزيئات الماء والتفاعلات مع الجزيئات الأخرى غير الموجودة في المجموعة تمنعها من القيام بذلك، مما يؤدي إلى انحراف زاوية الرابطة الهيدروجينية عن قيمة التوازن البالغة 109.47 درجة. ولتوصيف عملية التشوه الزاوي هذه بشكل كمي، اعتمد ماتسوموتو وزملاؤه على أعمالهم السابقة لبنات البناء الطوبولوجية لشبكات روابط الهيدروجين في الماء، والتي نُشرت في عام 2007 في مجلة مجلة الفيزياء الكيميائيةافترض وجود هياكل مجهرية ثلاثية الأبعاد في الماء تشبه متعددات الوجوه المجوفة المحدبة. في وقت لاحق، في المنشورات اللاحقة، أطلقوا على هذه الهياكل المجهرية يعرض(تين. 3). فيها، تكون القمم جزيئات ماء، وتلعب الروابط الهيدروجينية دور الحواف، والزاوية بين روابط الهيدروجين هي الزاوية بين الحواف في الفيتريت.

وفقًا لنظرية ماتسوموتو، هناك مجموعة كبيرة ومتنوعة من أشكال التهاب الزجاجة، والتي، مثل عناصر الفسيفساء، تشكل غالبية بنية الماء والتي تملأ في نفس الوقت حجمها بالكامل بالتساوي.

تميل جزيئات الماء إلى تكوين زوايا رباعية السطوح في الفتريت، حيث يجب أن يمتلك الفتريت أقل طاقة ممكنة. ومع ذلك، بسبب الحركات الحرارية والتفاعلات المحلية مع الفتريت الأخرى، فإن بعض الهياكل المجهرية لا تظهر أشكالًا هندسية ذات زوايا رباعية السطوح (أو زوايا قريبة من هذه القيمة). إنهم يقبلون مثل هذه التكوينات غير المتوازنة هيكليًا (والتي ليست الأكثر ملاءمة لهم من وجهة نظر الطاقة)، ​​والتي تسمح لجميع "عائلة" الفتريت ككل بالحصول على أقل قيمة طاقة بين تلك الممكنة. يُطلق على مثل هذا النوع من التهاب الزجاج، أي التهاب الزجاج الذي يبدو أنه يضحي بنفسه من أجل "مصالح الطاقة المشتركة"، اسم محبط. إذا كان حجم التجويف في التهاب الزجاجة غير المحبط هو الحد الأقصى عند درجة حرارة معينة، فإن التهاب الزجاجة المحبط، على العكس من ذلك، يكون له أقل حجم ممكن.

أظهرت النمذجة الحاسوبية التي أجراها ماتسوموتو أن متوسط ​​حجم تجاويف الفيتريت يتناقص خطيًا مع زيادة درجة الحرارة. في هذه الحالة، يؤدي التهاب الزجاجية المحبط إلى تقليل حجمه بشكل كبير، في حين يظل حجم تجويف التهاب الزجاجية غير المحبط دون تغيير تقريبًا.

لذلك، فإن ضغط الماء مع زيادة درجة الحرارة ناتج عن تأثيرين متنافسين - استطالة الروابط الهيدروجينية، مما يؤدي إلى زيادة حجم الماء، وانخفاض حجم تجاويف الفتريت المحبط. وفي نطاق درجات الحرارة من 0 إلى 4 درجات مئوية، فإن الظاهرة الأخيرة، كما أظهرت الحسابات، يسودمما يؤدي في النهاية إلى ضغط الماء الملحوظ مع زيادة درجة الحرارة.

يبقى أن ننتظر التأكيد التجريبي لوجود الفتريت وسلوكهم. ولكن هذه، للأسف، مهمة صعبة للغاية.

من أكثر المواد شيوعاً على وجه الأرض: الماء. إنه، مثل الهواء، ضروري بالنسبة لنا، ولكن في بعض الأحيان لا نلاحظ ذلك على الإطلاق. هي فقط. ولكن اتضح

من أكثر المواد شيوعاً على وجه الأرض: الماء. إنه، مثل الهواء، ضروري بالنسبة لنا، ولكن في بعض الأحيان لا نلاحظ ذلك على الإطلاق. هي فقط. ولكن اتضح أن الماء العادي يمكن أن يغير حجمه ويزن أكثر أو أقل. عندما يتبخر الماء، يسخن ويبرد، تحدث أشياء مذهلة حقًا، سنتعرف عليها اليوم.
توضح موريل مانديل في كتابها الترفيهي "تجارب فيزيائية للأطفال" أفكارًا مثيرة للاهتمام حول خصائص الماء، والتي على أساسها لا يمكن للفيزيائيين الشباب فقط تعلم الكثير من الأشياء الجديدة، ولكن أيضًا البالغين سوف يقومون بتحديث معرفتهم، والتي لم يكن من الضروري استخدامه لفترة طويلة، لذلك اتضح أنه تم نسيانه قليلاً.اليوم سنتحدث عن حجم ووزن الماء. اتضح أن نفس الحجم من الماء ليس له نفس الوزن دائمًا. وإذا صببت الماء في كوب ولم ينسكب على الحافة، فهذا لا يعني أنه سوف يتناسب معه تحت أي ظرف من الظروف.

1. عندما يتم تسخين الماء، فإنه يتوسع في الحجم

ضع الجرة المملوءة بالماء في وعاء مملوء بحوالي خمسة سنتيمترات من الماء المغلي.الماء والحفاظ على نار خفيفة على نار خفيفة. سيبدأ الماء من الجرة بالفيضان. يحدث هذا لأنه عندما يسخن الماء، مثل السوائل الأخرى، فإنه يبدأ في شغل مساحة أكبر. تتنافر الجزيئات مع بعضها البعض بقوة أكبر، مما يؤدي إلى زيادة حجم الماء.

2. عندما يبرد الماء، فإنه ينكمش

اترك الماء الموجود في الجرة ليبرد في درجة حرارة الغرفة، أو أضف ماءًا جديدًا وضعه في الثلاجة. وبعد فترة، ستكتشف أن الجرة الممتلئة سابقًا لم تعد ممتلئة. عند تبريده إلى 3.89 درجة مئوية، يقل حجم الماء مع انخفاض درجة الحرارة. وكان السبب في ذلك هو انخفاض سرعة حركة الجزيئات واقترابها من بعضها البعض تحت تأثير التبريد.يبدو أن كل شيء بسيط للغاية: كلما كان الماء باردًا، قل حجمه، ولكن...

3. ...يزداد حجم الماء مرة أخرى عندما يتجمد

املأ الجرة بالماء حتى الحافة ثم غطيها بقطعة من الورق المقوى. ضعه في الثلاجة وانتظر حتى يتجمد. ستجد أن "غطاء" الورق المقوى قد تم دفعه للخارج. وفي نطاق درجة الحرارة بين 3.89 و0 درجة مئوية، أي عند اقترابها من نقطة التجمد، يبدأ الماء بالتمدد من جديد. وهي واحدة من المواد القليلة المعروفة التي تتمتع بهذه الخاصية.إذا كنت تستخدم غطاء محكم، فإن الثلج سوف يحطم الجرة ببساطة. هل سمعت من قبل أنه حتى أنابيب المياه يمكن أن تنكسر بسبب الجليد؟

4. الثلج أخف من الماء

ضع زوجًا من مكعبات الثلج في كوب من الماء. سوف يطفو الجليد على السطح. عندما يتجمد الماء، فإنه يزيد في الحجم. ونتيجة لذلك، فإن الجليد أخف من الماء: يبلغ حجمه حوالي 91٪ من الحجم المقابل للماء.
خاصية الماء هذه موجودة في الطبيعة لسبب ما. لها غرض محدد للغاية. يقولون أن الأنهار تتجمد في الشتاء. ولكن في الواقع هذا ليس صحيحا تماما. عادة ما تتجمد طبقة عليا صغيرة فقط. ولا تغرق هذه الطبقة الجليدية لأنها أخف من الماء السائل. إنه يبطئ تجميد المياه في عمق النهر ويعمل كنوع من البطانية، ويحمي الأسماك والحياة النهرية والبحيرات الأخرى من الصقيع الشتوي الشديد. من خلال دراسة الفيزياء، تبدأ في فهم أن الكثير من الأشياء في الطبيعة مرتبة بشكل مناسب.

5. يحتوي ماء الصنبور على معادن

صب 5 ملاعق كبيرة من ماء الصنبور العادي في وعاء زجاجي صغير. عندما يتبخر الماء، ستبقى حافة بيضاء على الوعاء. تتكون هذه الحافة من معادن تذوب في الماء أثناء مرورها عبر طبقات التربة.انظر داخل غلايتك وسترى رواسب معدنية. يتم تشكيل نفس الطلاء على فتحة التصريف في حوض الاستحمام.حاول تبخير مياه الأمطار لتختبر بنفسك ما إذا كانت تحتوي على معادن.يتمتع الماء بخصائص مذهلة تميزه بشكل كبير عن السوائل الأخرى. لكن هذا أمر جيد، وإلا لو كان للمياه خصائص "عادية"، لكان كوكب الأرض مختلفًا تمامًا.

تميل الغالبية العظمى من المواد إلى التمدد عند تسخينها. وهو أمر يسهل شرحه من موقف النظرية الميكانيكية للحرارة. ووفقا له، عند تسخينها، تبدأ ذرات وجزيئات المادة في التحرك بشكل أسرع. في المواد الصلبة، تصل الاهتزازات الذرية إلى سعة أكبر وتتطلب مساحة حرة أكبر. ونتيجة لذلك، يتوسع الجسم.

وتحدث نفس العملية مع السوائل والغازات. أي أنه بسبب ارتفاع درجة الحرارة تزداد سرعة الحركة الحرارية للجزيئات الحرة ويتوسع الجسم. عند التبريد، على التوالي، ينقبض الجسم. وهذا أمر طبيعي بالنسبة لجميع المواد تقريبًا. باستثناء الماء.

عند تبريده في نطاق من 0 إلى 4 درجات مئوية، يتمدد الماء. وينكمش عند تسخينه. عندما تصل درجة حرارة الماء إلى 4 درجات مئوية، تكون كثافة الماء في هذه اللحظة تساوي 1000 كجم/م3. إذا كانت درجة الحرارة أقل أو أعلى من هذه العلامة، فإن الكثافة تكون دائمًا أقل قليلاً.

بفضل هذه الخاصية، عندما تنخفض درجة حرارة الهواء في الخريف والشتاء، تحدث عملية مثيرة للاهتمام في الخزانات العميقة. عندما يبرد الماء، فإنه يغوص إلى الأسفل، ولكن فقط حتى تصل درجة حرارته إلى +4 درجة مئوية. ولهذا السبب، في المسطحات المائية الكبيرة، يكون الماء البارد أقرب إلى السطح، بينما يهبط الماء الدافئ إلى القاع. لذلك عندما يتجمد سطح الماء في الشتاء، تستمر الطبقات العميقة في الحفاظ على درجة حرارة 4 درجات مئوية. بفضل هذه اللحظة، يمكن للأسماك فصل الشتاء بأمان في أعماق الخزانات المغطاة بالجليد.

تأثير التوسع المائي على المناخ

تؤثر الخصائص الاستثنائية للمياه عند تسخينها بشكل خطير على مناخ الأرض، حيث أن حوالي 79٪ من سطح كوكبنا مغطى بالمياه. بسبب أشعة الشمس، يتم تسخين الطبقات العليا، ثم تنخفض بعد ذلك، وتظهر الطبقات الباردة في مكانها. وهذه بدورها تسخن تدريجياً وتغرق بالقرب من القاع.

وهكذا تتغير طبقات الماء بشكل مستمر، مما يؤدي إلى تسخين موحد حتى الوصول إلى درجة الحرارة المقابلة للكثافة القصوى. بعد ذلك، مع ارتفاع درجة حرارتها، تصبح الطبقات العليا أقل كثافة ولم تعد تغوص للأسفل، ولكنها تظل في الأعلى وتصبح ببساطة أكثر دفئًا تدريجيًا. ونتيجة لهذه العملية، يتم تسخين طبقات ضخمة من الماء بسهولة بواسطة أشعة الشمس.

نحن محاطون بالمياه، في حد ذاتها، كجزء من المواد والأجسام الأخرى. يمكن أن يكون في صورة صلبة أو سائلة أو غازية، ولكن الماء موجود دائمًا حولنا. لماذا يتشقق الأسفلت على الطرق، ولماذا ينفجر وعاء زجاجي به ماء في البرد، ولماذا تتشكل الضباب على النوافذ في موسم البرد، ولماذا تترك الطائرة أثرًا أبيض في السماء - سنبحث عن إجابات لكل هذه الأسئلة وغيرها من "الأسباب" في هذا الدرس. سوف نتعلم كيف تتغير خصائص الماء عند تسخينه وتبريده وتجميده، وكيف تتشكل الكهوف تحت الأرض والأشكال الغريبة فيها، وكيف يعمل مقياس الحرارة.

الموضوع: الطبيعة الجامدة

الدرس: خواص الماء السائل

في شكله النقي، ليس للماء طعم أو رائحة أو لون، لكنه لا يكون كذلك على الإطلاق، لأنه يذيب بنشاط معظم المواد في حد ذاته ويتحد مع جزيئاتها. يمكن أن يخترق الماء أيضًا أجسامًا مختلفة (وجد العلماء الماء حتى في الحجارة).

إذا ملأت كوبًا بماء الصنبور، فسيبدو نظيفًا. لكنه في الحقيقة محلول للعديد من المواد، من بينها الغازات (الأكسجين، الأرجون، النيتروجين، ثاني أكسيد الكربون)، الشوائب المختلفة الموجودة في الهواء، الأملاح الذائبة من التربة، الحديد من أنابيب المياه، جزيئات الغبار الصغيرة غير الذائبة ، إلخ.

إذا قمت بوضع قطرات من ماء الصنبور على زجاج نظيف وتركته يتبخر، فستبقى بقع بالكاد مرئية.

تحتوي مياه الأنهار والجداول، ومعظم البحيرات، على شوائب مختلفة، مثل الأملاح الذائبة. ولكن هناك عدد قليل منهم، لأن هذه المياه عذبة.

تتدفق المياه في باطن الأرض وتحت الأرض، وتملأ الجداول والبحيرات والأنهار والبحار والمحيطات، مكونة قصورًا تحت الأرض.

تشق المياه طريقها عبر مواد قابلة للذوبان بسهولة، وتتغلغل في أعماق الأرض، وتأخذها معها، ومن خلال الشقوق والشقوق في الصخور، مكونة كهوفًا تحت الأرض، تقطر من أسطحها، مكونة منحوتات غريبة. تتبخر مليارات قطرات الماء على مدى مئات السنين، وتستقر المواد الذائبة في الماء (الأملاح والحجر الجيري) على أقواس الكهف، لتشكل رقاقات ثلجية حجرية تسمى الهوابط.

تسمى التكوينات المماثلة الموجودة على أرضية الكهف بالصواعد.

وعندما تنمو الهوابط والصواعد معًا لتشكل عمودًا حجريًا، فإنها تسمى صواعدًا.

عند مراقبة انجراف الجليد على أحد الأنهار، نرى الماء في حالة صلبة (جليد وثلج)، وفي حالة سائلة (تتدفق تحتها)، وفي حالة غازية (جزيئات صغيرة من الماء ترتفع في الهواء، والتي تسمى أيضًا بخار الماء).

يمكن أن يكون الماء في الحالات الثلاث في نفس الوقت: يوجد دائمًا بخار ماء في الهواء والسحب، والتي تتكون من قطرات الماء وبلورات الجليد.

بخار الماء غير مرئي، ولكن يمكن اكتشافه بسهولة إذا تركت كوبًا من الماء مبردًا في الثلاجة لمدة ساعة في غرفة دافئة، فسوف تظهر قطرات الماء على الفور على جدران الزجاج. عند ملامسة جدران الزجاج الباردة، يتحول بخار الماء الموجود في الهواء إلى قطرات ماء ويستقر على سطح الزجاج.

أرز. 11. التكثيف على جدران الزجاج البارد ()

لنفس السبب، يتشكل الضباب داخل زجاج النافذة خلال موسم البرد. لا يمكن للهواء البارد أن يحتوي على كمية كبيرة من بخار الماء مثل الهواء الدافئ، ولذلك يتكثف بعض منه - ويتحول إلى قطرات ماء.

إن المسار الأبيض خلف الطائرة التي تحلق في السماء هو أيضًا نتيجة لتكثيف الماء.

إذا أحضرت مرآة إلى شفتيك وقمت بالزفير ستبقى على سطحها قطرات صغيرة من الماء، وهذا يثبت أنه عند التنفس يستنشق الإنسان بخار الماء مع الهواء.

عندما يتم تسخين الماء، فإنه "يتوسع". يمكن إثبات ذلك من خلال تجربة بسيطة: تم إنزال أنبوب زجاجي في دورق به ماء وقياس مستوى الماء فيه؛ ثم تم إنزال القارورة في وعاء به ماء دافئ، وبعد تسخين الماء، تم إعادة قياس المستوى في الأنبوب، والذي ارتفع بشكل ملحوظ، حيث يزداد حجم الماء عند تسخينه.

أرز. 14. قارورة بأنبوبة رقم 1 وخط يشيران إلى مستوى الماء الأولي

أرز. 15. دورق به أنبوبة رقم 2 وخط يشير إلى مستوى الماء عند تسخينه

عندما يبرد الماء، فإنه "ينضغط". يمكن إثبات ذلك من خلال تجربة مماثلة: في هذه الحالة، تم إنزال قارورة بأنبوب في وعاء به ثلج بعد التبريد، انخفض مستوى الماء في الأنبوب مقارنة بالعلامة الأصلية، لأن حجم الماء انخفض.

أرز. 16. دورق به أنبوبة رقم 3 وخط يشير إلى مستوى الماء أثناء التبريد

يحدث هذا لأن جزيئات الماء، الجزيئات، تتحرك بشكل أسرع عند تسخينها، وتتصادم مع بعضها البعض، ويتم صدها من جدران الوعاء، وتزداد المسافة بين الجزيئات، وبالتالي يحتل السائل حجمًا أكبر. عندما يبرد الماء، تتباطأ حركة جزيئاته، وتقل المسافة بين الجزيئات، ويتطلب السائل حجمًا أقل.

أرز. 17. جزيئات الماء في درجة الحرارة العادية

أرز. 18. جزيئات الماء عند تسخينها

أرز. 19. جزيئات الماء أثناء التبريد

ليس فقط الماء، ولكن أيضا السوائل الأخرى (الكحول والزئبق والبنزين والكيروسين) لديها مثل هذه الخصائص.

أدت معرفة خاصية السوائل هذه إلى اختراع مقياس الحرارة (مقياس الحرارة) الذي يستخدم الكحول أو الزئبق.

عندما يتجمد الماء، فإنه يتوسع. يمكن إثبات ذلك إذا كانت الحاوية المملوءة بالماء مغطاة بشكل غير محكم بغطاء ووضعها في الثلاجة بعد فترة من الوقت، فسنرى أن الجليد المتشكل سيرفع الغطاء ويتجاوز الحاوية؛

تؤخذ هذه الخاصية بعين الاعتبار عند وضع أنابيب المياه التي يجب عزلها بحيث لا يمزق الجليد المتكون من الماء الأنابيب عند التجميد.

في الطبيعة، يمكن للمياه المتجمدة أن تدمر الجبال: إذا تراكم الماء في شقوق الصخور في الخريف، فإنه يتجمد في الشتاء، وتحت ضغط الجليد الذي يحتل حجمًا أكبر من الماء الذي تشكلت منه، تتشقق الصخور وتنهار.

يؤدي تجمد الماء في شقوق الطرق إلى تدمير الرصيف الإسفلتي.

التلال الطويلة التي تشبه الطيات على جذوع الأشجار هي جروح ناجمة عن تمزق الخشب تحت ضغط عصارة الأشجار المتجمدة فيه. لذلك، في الشتاء البارد، يمكنك سماع تكسير الأشجار في الحديقة أو الغابة.

1. فاخروشيف أ.أ.، دانيلوف د. العالم من حولنا 3. م: بالاس.
2. دميتريفا ن.يا.، كازاكوف أ.ن. العالم من حولنا 3. م: دار فيدوروف للنشر.
3. بلشاكوف أ.أ. العالم من حولنا 3. م: التعليم.

1. مهرجان الأفكار التربوية ().
2. العلم والتعليم ().
3. الطبقة العامة ().

1. قم بإجراء اختبار قصير (4 أسئلة مع ثلاثة خيارات للإجابة) حول موضوع "المياه من حولنا".
2. قم بإجراء تجربة صغيرة: ضع كوبًا من الماء البارد جدًا على طاولة في غرفة دافئة. صف ما سيحدث، واشرح السبب.
3. *رسم حركة جزيئات الماء في الحالة الساخنة والطبيعية والمبردة. إذا لزم الأمر، اكتب التسميات التوضيحية على الرسم الخاص بك.