Երբ ջեռուցվում է, ջուրն ընդարձակվում կամ կծկվում է: Երբ ջուրը սառչում է, այն ընդլայնվում կամ կծկվում է. պարզ ֆիզիկա: Ջուրը ավելի շատ տարածք է պահանջում, երբ այն սառչում է

Ճապոնացի ֆիզիկոս Մասակազու Մացումոտոն առաջ է քաշել մի տեսություն, որը բացատրում է, թե ինչու ջուրը 0-ից 4°C տաքանալիս ընդլայնվելու փոխարեն կծկվում է: Նրա մոդելի համաձայն՝ ջուրը պարունակում է միկրոձևավորումներ՝ «վիտրիտներ», որոնք ուռուցիկ խոռոչ պոլիեդրաներ են, որոնց գագաթները պարունակում են ջրի մոլեկուլներ, իսկ ծայրերը ջրածնային կապեր են։ Ջերմաստիճանի բարձրացման հետ երկու երևույթ մրցում են միմյանց հետ՝ ջրածնային կապերի երկարացում ջրի մոլեկուլների միջև և վիտրիտների դեֆորմացիա՝ հանգեցնելով դրանց խոռոչների նվազմանը։ Ջերմաստիճանի 0-ից 3,98°C միջակայքում վերջին երևույթը գերակշռում է ջրածնային կապերի երկարացման էֆեկտը, որն ի վերջո տալիս է ջրի դիտարկված սեղմումը։ Դեռևս չկա Մացումոտոյի մոդելի փորձարարական հաստատում, ինչպես նաև ջրի սեղմումը բացատրող այլ տեսություններ:

Ի տարբերություն նյութերի ճնշող մեծամասնության, ջուրը տաքացնելիս կարող է նվազեցնել իր ծավալը (նկ. 1), այսինքն՝ ունի ջերմային ընդարձակման բացասական գործակից։ Այնուամենայնիվ, մենք խոսում ենք ոչ թե ամբողջ ջերմաստիճանի միջակայքի մասին, որտեղ ջուրը գոյություն ունի հեղուկ վիճակում, այլ միայն նեղ հատվածի մասին՝ 0°C-ից մինչև մոտավորապես 4°C: Բ–ի հետ ՕԱվելի բարձր ջերմաստիճանի դեպքում ջուրը, ինչպես մյուս նյութերը, ընդլայնվում է:

Ի դեպ, ջուրը միակ նյութը չէ, որը կծկվելու հատկություն ունի, երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է (կամ ընդլայնվում սառչելիս)։ Նման պահվածքով կարող են պարծենալ նաև բիսմութը, գալիումը, սիլիցիումը և անտիմոնը: Այնուամենայնիվ, իր ավելի բարդ ներքին կառուցվածքի, ինչպես նաև տարբեր գործընթացներում տարածվածության և կարևորության պատճառով հենց ջուրն է գրավում գիտնականների ուշադրությունը (տե՛ս Ջրի կառուցվածքի ուսումնասիրությունը շարունակվում է, «Elements», 10/09/2006 թ. )

Որոշ ժամանակ առաջ ընդհանուր ընդունված տեսությունը, որը պատասխանում էր այն հարցին, թե ինչու է ջուրը մեծացնում իր ծավալը, երբ ջերմաստիճանը նվազում է (նկ. 1), երկու բաղադրիչների խառնուրդի մոդելն էր՝ «նորմալ» և «սառցե նման»: Այս տեսությունն առաջին անգամ առաջարկվել է 19-րդ դարում Հարոլդ Ուայթինգի կողմից և հետագայում մշակվել և կատարելագործվել բազմաթիվ գիտնականների կողմից։ Համեմատաբար վերջերս, ջրի հայտնաբերված պոլիմորֆիզմի շրջանակներում, վերաիմաստավորվեց Վիթինգի տեսությունը։ Այժմ ենթադրվում է, որ գերսառեցված ջրում կա երկու տեսակի սառույցի նմանվող նանոտիրույթներ՝ բարձր խտության և ցածր խտության ամորֆ սառույցի նման շրջաններ: Գերսառեցված ջրի տաքացումը հանգեցնում է այս նանոկառուցվածքների հալման և երկու տեսակի ջրի առաջացմանը՝ ավելի բարձր և ցածր խտությամբ: Ստացված ջրի երկու «դասակարգերի» խորամանկ ջերմաստիճանային մրցակցությունը առաջացնում է խտության ոչ միապաղաղ կախվածություն ջերմաստիճանից։ Սակայն այս տեսությունը փորձնականորեն դեռ չի հաստատվել։

Դուք պետք է զգույշ լինեք այս բացատրության հետ: Պատահական չէ, որ այստեղ խոսքը միայն ամորֆ սառույց հիշեցնող կառույցների մասին է։ Փաստն այն է, որ ամորֆ սառույցի նանոսկոպիկ շրջանները և նրա մակրոսկոպիկ անալոգները ունեն տարբեր ֆիզիկական պարամետրեր:

Ճապոնացի ֆիզիկոս Մասակազու Մացումոտոն որոշեց բացատրություն գտնել այստեղ քննարկված էֆեկտի համար «զրոյից»՝ հրաժարվելով երկու բաղադրիչ խառնուրդի տեսությունից: Համակարգչային սիմուլյացիաների միջոցով նա ուսումնասիրեց ջրի ֆիզիկական հատկությունները ջերմաստիճանի լայն տիրույթում` 200-ից մինչև 360 Կ զրոյական ճնշման դեպքում, որպեսզի մոլեկուլային մասշտաբով հասկանա ջրի ընդլայնման իրական պատճառները, երբ այն սառչում է: Նրա հոդվածը ամսագրում Ֆիզիկական վերանայման նամակներայն կոչվում է. Ինչու՞ է ջուրը մեծանում, երբ սառչում է: («Ինչու է ջուրը ընդարձակվում, երբ սառչում է»):

Սկզբում հոդվածի հեղինակը հարց է տվել՝ ի՞նչն է ազդում ջրի ջերմային ընդլայնման գործակցի վրա։ Մացումոտոն կարծում է, որ դրա համար բավական է պարզել միայն երեք գործոնի ազդեցությունը՝ 1) ջրի մոլեկուլների միջև ջրածնային կապերի երկարության փոփոխություն, 2) տեղաբանական ինդեքս՝ մեկ ջրի մոլեկուլի կապերի քանակը և 3) ջրի մոլեկուլների շեղում։ կապերի միջև անկյունը հավասարակշռության արժեքից (անկյունային աղավաղում):

Մինչ ճապոնացի ֆիզիկոսի ստացած արդյունքների մասին խոսելը, վերը նշված երեք գործոնների վերաբերյալ կանենք կարևոր մեկնաբանություններ և պարզաբանումներ։ Առաջին հերթին ջրի սովորական քիմիական բանաձեւը՝ H 2 O, համապատասխանում է միայն նրա գոլորշիային վիճակին։ Հեղուկ վիճակում ջրի մոլեկուլները ջրածնային կապի միջոցով միավորվում են խմբերի (H 2 O): x, Որտեղ x- մոլեկուլների քանակը. Ջրի հինգ մոլեկուլների էներգետիկ առավել բարենպաստ համադրություն ( x= 5) չորս ջրածնային կապերով, որոնցում առաջանում են կապերը հավասարակշռություն, այսպես կոչված քառատև անկյուն, հավասար է 109,47 աստիճանի (տես նկ. 2)։

Վերլուծելով ջրի մոլեկուլների միջև ջրածնային կապի երկարության կախվածությունը ջերմաստիճանից՝ Մացումոտոն եկավ ակնկալվող եզրակացության՝ ջերմաստիճանի բարձրացումը առաջացնում է ջրածնային կապերի գծային երկարացում։ Իսկ դա իր հերթին բերում է ջրի ծավալի ավելացման, այսինքն՝ ընդլայնման։ Այս փաստը հակասում է դիտարկված արդյունքներին, ուստի նա հետագայում ուսումնասիրեց երկրորդ գործոնի ազդեցությունը։ Ինչպե՞ս է ջերմային ընդարձակման գործակիցը կախված տոպոլոգիական ցուցանիշից:

Համակարգչային մոդելավորումը տվել է հետևյալ արդյունքը. Ցածր ջերմաստիճանի դեպքում ջրի ամենամեծ ծավալը տոկոսային հարաբերակցությամբ զբաղեցնում են ջրային կլաստերները, որոնք մեկ մոլեկուլում ունեն 4 ջրածնային կապ (տոպոլոգիական ինդեքսը 4 է)։ Ջերմաստիճանի աճը հանգեցնում է 4-րդ ինդեքսով ասոցացվածների քանակի նվազմանը, բայց միևնույն ժամանակ սկսում է աճել 3 և 5 ինդեքսներով կլաստերների թիվը, կատարելով թվային հաշվարկներ, Մացումոտոն հայտնաբերեց, որ տոպոլոգիական կլաստերների տեղական ծավալը: 4-րդ ինդեքսը գործնականում չի փոխվում ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, և ցանկացած ջերմաստիճանում 3 և 5 ինդեքսներով ասոցիացիաների ընդհանուր ծավալի փոփոխությունը փոխադարձաբար փոխհատուցում է միմյանց: Հետևաբար, ջերմաստիճանի փոփոխությունը չի փոխում ջրի ընդհանուր ծավալը, և, հետևաբար, տոպոլոգիական ցուցանիշը որևէ ազդեցություն չի ունենում ջրի սեղմման վրա, երբ այն տաքացվում է:

Մնում է պարզել ջրածնային կապերի անկյունային աղավաղման ազդեցությունը։ Եվ այստեղից է սկսվում ամենահետաքրքիրն ու ամենակարևորը։ Ինչպես նշվեց վերևում, ջրի մոլեկուլները հակված են միավորվելու այնպես, որ ջրածնային կապերի միջև անկյունը լինի քառաեզր: Այնուամենայնիվ, ջրի մոլեկուլների ջերմային թրթռումները և կլաստերում չընդգրկված այլ մոլեկուլների հետ փոխազդեցությունները խանգարում են նրանց դա անել՝ ջրածնային կապի անկյունը շեղելով 109,47 աստիճանի հավասարակշռության արժեքից։ Անկյունային դեֆորմացիայի այս գործընթացը ինչ-որ կերպ քանակապես բնութագրելու համար Մացումոտոն և գործընկերները, հիմնվելով իրենց նախորդ աշխատության վրա՝ հիմնվելով ջրում ջրածնային կապերի ցանցերի տոպոոլոգիական կառուցվածքային բլոկների վրա, հրապարակվել են 2007 թ. Քիմիական ֆիզիկայի ամսագիր, ենթադրեց ջրում եռաչափ միկրոկառուցվածքների գոյության մասին, որոնք նման են ուռուցիկ խոռոչ պոլիեդրների։ Հետագայում, հետագա հրապարակումներում նրանք անվանեցին այդպիսի միկրոկառուցվածքներ ցուցափեղկեր(նկ. 3): Դրանցում գագաթները ջրի մոլեկուլներ են, եզրերի դերը կատարում են ջրածնային կապերը, իսկ ջրածնային կապերի անկյունը վիտրիտում եզրերի միջև եղած անկյունն է։

Մացումոտոյի տեսության համաձայն՝ կա վիտրիտի ձևերի հսկայական բազմազանություն, որոնք, ինչպես խճանկարային տարրերը, կազմում են ջրի կառուցվածքի մեծ մասը և որոնք միևնույն ժամանակ հավասարապես լրացնում են նրա ամբողջ ծավալը։

Ջրի մոլեկուլները հակված են վիտրիտներում քառաեզր անկյուններ ստեղծել, քանի որ վիտրիտները պետք է ունենան հնարավորինս նվազագույն էներգիա: Այնուամենայնիվ, ջերմային շարժումների և այլ վիտրիտների հետ տեղական փոխազդեցությունների պատճառով որոշ միկրոկառուցվածքներ չեն ցուցադրում քառաեզր անկյուններով երկրաչափություններ (կամ այս արժեքին մոտ անկյուններ): Նրանք ընդունում են այնպիսի կառուցվածքային անհավասարակշիռ կոնֆիգուրացիաներ (որոնք իրենց համար առավել բարենպաստ չեն էներգետիկ տեսանկյունից), որոնք թույլ են տալիս վիտրիտների ողջ «ընտանիքին» որպես ամբողջություն ստանալ ամենացածր էներգիայի արժեքը հնարավորներից: Նման վիտրիտները, այսինքն՝ վիտրիտները, որոնք կարծես իրենց զոհաբերում են «ընդհանուր էներգետիկ շահերին», կոչվում են հիասթափված։ Եթե ​​չհիասթափված վիտրիտի դեպքում խոռոչի ծավալը տվյալ ջերմաստիճանում առավելագույնն է, ապա հիասթափված վիտրիտը, ընդհակառակը, ունի նվազագույն հնարավոր ծավալ:

Մացումոտոյի կողմից իրականացված համակարգչային մոդելավորումը ցույց է տվել, որ վիտրիտների խոռոչների միջին ծավալը գծայինորեն նվազում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ։ Այս դեպքում հիասթափված վիտրիտը զգալիորեն նվազեցնում է իր ծավալը, մինչդեռ չհիասթափված վիտրիտի խոռոչի ծավալը մնում է գրեթե անփոփոխ:

Այսպիսով, ջերմաստիճանի բարձրացման հետ ջրի սեղմումը պայմանավորված է երկու մրցակցող էֆեկտներով՝ ջրածնային կապերի երկարացումով, ինչը հանգեցնում է ջրի ծավալի ավելացման և հիասթափված վիտրիտների խոռոչների ծավալի նվազմանը: 0-ից 4°C ջերմաստիճանի միջակայքում վերջին երևույթը, ինչպես ցույց են տվել հաշվարկները. գերակշռում է, ինչը, ի վերջո, հանգեցնում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ ջրի նկատվող սեղմմանը։

Մնում է սպասել վիտրիտների գոյության և դրանց վարքագծի փորձնական հաստատմանը։ Բայց սա, ավաղ, շատ բարդ խնդիր է։

Երկրի վրա ամենատարածված նյութերից մեկը՝ ջուրը: Այն, ինչպես օդը, մեզ անհրաժեշտ է, բայց երբեմն մենք դա ընդհանրապես չենք նկատում։ Նա պարզապես կա: Բայց պարզվում է

Երկրի վրա ամենատարածված նյութերից մեկը՝ ջուրը: Այն, ինչպես օդը, մեզ անհրաժեշտ է, բայց երբեմն մենք դա ընդհանրապես չենք նկատում։ Նա պարզապես կա: Բայց պարզվում է, որ սովորական ջուրը կարող է փոխել իր ծավալը և կշռել կամ քիչ, թե շատ։ Երբ ջուրը գոլորշիանում է, տաքանում և սառչում, իսկապես զարմանալի բաներ են տեղի ունենում, որոնց մասին մենք կիմանանք այսօր։
Մյուրիել Մանդելը իր «Ֆիզիկական փորձեր երեխաների համար» զվարճալի գրքում ուրվագծում է հետաքրքիր մտքեր ջրի հատկությունների մասին, որոնց հիման վրա ոչ միայն երիտասարդ ֆիզիկոսները կարող են շատ նոր բաներ սովորել, այլև մեծահասակները կթարմացնեն իրենց գիտելիքները, ինչը պետք չէր երկար ժամանակ օգտագործել, ուստի պարզվեց, որ այն մի փոքր մոռացվել է:Այսօր մենք կխոսենք ջրի ծավալի և քաշի մասին: Պարզվում է, որ ջրի նույն ծավալը միշտ չէ, որ կշռում է նույնը։ Իսկ եթե բաժակի մեջ ջուր եք լցնում, և այն չի թափվում եզրին, դա չի նշանակում, որ այն ամեն դեպքում կտեղավորվի դրա մեջ։

1. Երբ ջուրը տաքացվում է, այն ծավալով մեծանում է

Ջրով լցված բանկաը դնում ենք մոտ հինգ սանտիմետր եռման ջրով լցված թավայի մեջ։ջուրը և եփելը թույլ կրակի վրա պահել: Սափորից ջուրը կսկսի վարարել։ Դա տեղի է ունենում այն ​​պատճառով, որ երբ ջուրը տաքանում է, ինչպես մյուս հեղուկները, այն սկսում է ավելի շատ տեղ զբաղեցնել: Մոլեկուլներն ավելի մեծ ինտենսիվությամբ վանում են միմյանց և դա հանգեցնում է ջրի ծավալի ավելացման։

2. Երբ ջուրը սառչում է, այն կծկվում է

Թողեք, որ տարայի ջուրը սառչի սենյակային ջերմաստիճանում, կամ ավելացրեք նոր ջուր և դրեք սառնարանը։ Որոշ ժամանակ անց դուք կբացահայտեք, որ նախկինում լցված բանկան այլևս լցված չէ: Երբ սառչում է մինչև 3,89 աստիճան Ցելսիուս, ջրի ծավալը նվազում է, քանի որ ջերմաստիճանը նվազում է: Սրա պատճառը մոլեկուլների շարժման արագության նվազումն էր և հովացման ազդեցության տակ միմյանց մոտենալը։Թվում է, թե ամեն ինչ շատ պարզ է՝ որքան սառն է ջուրը, այնքան քիչ ծավալ է այն զբաղեցնում, բայց...

3. ...ջրի ծավալը կրկին մեծանում է, երբ սառչում է

Բանկը մինչև ծայրը լցրեք ջրով և ծածկեք ստվարաթղթով։ Դրեք այն սառցախցիկում և սպասեք մինչև սառչի։ Դուք կտեսնեք, որ ստվարաթղթե «կափարիչը» դուրս է մղվել: Ցելսիուսի 3,89-ից մինչև 0 աստիճան ջերմաստիճանի դեպքում, այսինքն, երբ մոտենում է իր սառեցման կետին, ջուրը նորից սկսում է ընդարձակվել: Այն այս հատկությամբ հայտնի սակավաթիվ նյութերից է։Եթե ​​դուք օգտագործում եք ամուր կափարիչ, սառույցը պարզապես կջարդի բանկա: Երբևէ լսե՞լ եք, որ նույնիսկ ջրի խողովակները կարող են կոտրվել սառույցից:

4. Սառույցը ավելի թեթև է, քան ջուրը

Տեղադրեք մի քանի սառույցի խորանարդներ մի բաժակ ջրի մեջ: Սառույցը լողալու է մակերեսի վրա: Երբ ջուրը սառչում է, այն մեծանում է ծավալով։ Եվ արդյունքում սառույցը ավելի թեթև է, քան ջուրը՝ դրա ծավալը կազմում է ջրի համապատասխան ծավալի մոտ 91%-ը։
Ջրի այս հատկությունը բնության մեջ գոյություն ունի մի պատճառով. Այն ունի շատ կոնկրետ նպատակ. Ասում են՝ ձմռանը գետերը սառչում են։ Բայց իրականում սա ամբողջովին ճիշտ չէ։ Սովորաբար միայն մի փոքր վերին շերտը սառչում է: Այս սառցե շերտը չի խորտակվում, քանի որ այն ավելի թեթև է, քան հեղուկ ջուրը: Այն դանդաղեցնում է գետի խորքում ջրի սառցակալումը և ծառայում է որպես մի տեսակ վերմակ՝ պաշտպանելով ձկներին և այլ գետային ու լճային կյանքը ձմեռային սաստիկ սառնամանիքներից։ Սովորելով ֆիզիկա՝ սկսում ես հասկանալ, որ բնության մեջ շատ բաներ նպատակահարմար են դասավորվում։

5. Ծորակի ջուրը հանքանյութեր է պարունակում

Փոքր ապակե ամանի մեջ լցնել 5 ճաշի գդալ սովորական ծորակ ջուր: Երբ ջուրը գոլորշիանա, ամանի վրա կմնա սպիտակ եզրագիծ։ Այս եզրը ձևավորվում է հանքանյութերից, որոնք լուծվել են ջրի մեջ, երբ այն անցնում էր հողի շերտերով:Նայեք ձեր թեյնիկի ներսում և կտեսնեք հանքային պաշարներ: Նույն ծածկույթը ձևավորվում է լոգարանի ջրահեռացման անցքի վրա:Փորձեք գոլորշիացնել անձրևաջրերը՝ ինքներդ ստուգելու համար, թե արդյոք այն պարունակում է հանքանյութեր:Ջուրն ունի զարմանալի հատկություններ, որոնք մեծապես տարբերում են այն այլ հեղուկներից: Բայց սա լավ է, այլապես, եթե ջուրն ունենար «սովորական» հատկություններ, Երկիր մոլորակը բոլորովին այլ կլիներ։

Նյութերի ճնշող մեծամասնությունը տաքացման ժամանակ հակված է ընդլայնվելու: Ինչը բավականին հեշտ է բացատրել ջերմության մեխանիկական տեսության տեսանկյունից։ Ըստ դրա՝ տաքանալիս նյութի ատոմներն ու մոլեկուլները սկսում են ավելի արագ շարժվել։ Պինդ մարմիններում ատոմային թրթռումները հասնում են ավելի մեծ ամպլիտուդների և պահանջում են ավելի շատ ազատ տարածություն: Արդյունքում մարմինը ընդլայնվում է:

Նույն գործընթացը տեղի է ունենում հեղուկների և գազերի դեպքում: Այսինքն՝ ջերմաստիճանի բարձրացման պատճառով ազատ մոլեկուլների ջերմային շարժման արագությունը մեծանում է, իսկ մարմինը՝ ընդարձակվում։ Սառչելիս, համապատասխանաբար, մարմինը կծկվում է։ Սա բնորոշ է գրեթե բոլոր նյութերին։ Բացի ջրից։

Երբ սառչում է 0-ից 4°C-ի սահմաններում, ջուրն ընդլայնվում է: Եվ այն փոքրանում է, երբ տաքանում է: Երբ ջրի ջերմաստիճանը հասնում է 4°C-ի, այս պահին ջուրն ունենում է առավելագույն խտություն, որը հավասար է 1000 կգ/մ3։ Եթե ​​ջերմաստիճանը այս նշագծից ցածր կամ բարձր է, ապա խտությունը միշտ փոքր-ինչ պակաս է:

Այս հատկության շնորհիվ, երբ աշնանը և ձմռանը օդի ջերմաստիճանը նվազում է, խորը ջրամբարներում հետաքրքիր գործընթաց է տեղի ունենում։ Երբ ջուրը սառչում է, այն իջնում ​​է ավելի ցածր՝ մինչև հատակը, բայց մինչև նրա ջերմաստիճանը հասնի +4°C։ Այդ պատճառով է, որ մեծ ջրային մարմիններում ավելի սառը ջուրն ավելի մոտ է մակերեսին, իսկ ավելի տաք ջուրը սուզվում է հատակին: Այսպիսով, երբ ձմռանը ջրի մակերեսը սառչում է, խորը շերտերը շարունակում են պահպանել 4°C ջերմաստիճանը: Այս պահի շնորհիվ ձկները կարող են ապահով ձմեռել սառույցով ծածկված ջրամբարների խորքերում։

Ջրի ընդլայնման ազդեցությունը կլիմայի վրա

Ջրի բացառիկ հատկությունները, երբ տաքանում են, լրջորեն ազդում են Երկրի կլիմայի վրա, քանի որ մեր մոլորակի մակերեսի մոտ 79%-ը ծածկված է ջրով։ Արեգակի ճառագայթների շնորհիվ տաքացվում են վերին շերտերը, որոնք հետո իջնում ​​են ավելի ցածր, իսկ դրանց տեղում հայտնվում են սառը շերտեր։ Դրանք, իրենց հերթին, աստիճանաբար տաքանում են և ավելի մոտ են ընկնում հատակին:

Այսպիսով, ջրի շերտերը շարունակաբար փոխվում են, ինչի արդյունքում միատեսակ տաքացվում է մինչև առավելագույն խտությանը համապատասխանող ջերմաստիճանի հասնելը։ Այնուհետև, երբ դրանք տաքանում են, վերին շերտերը դառնում են ավելի քիչ խիտ և այլևս չեն իջնում, այլ մնում են վերևում և պարզապես աստիճանաբար տաքանում են: Այս գործընթացի շնորհիվ ջրի հսկայական շերտերը բավականին հեշտությամբ տաքանում են արեւի ճառագայթներից։

Մենք շրջապատված ենք ջրով, ինքնին, որպես այլ նյութերի և մարմինների մաս: Այն կարող է լինել պինդ, հեղուկ կամ գազային տեսքով, բայց ջուրը միշտ մեր շուրջն է: Ինչու է ասֆալտը ճաքում ճանապարհների վրա, ինչու է ջրի ապակե տարաը պայթում ցրտին, ինչու են պատուհանները մշուշվում ցուրտ սեզոնին, ինչու է ինքնաթիռը սպիտակ հետք թողնում երկնքում. մենք կփնտրենք այս ամենի պատասխանը: և այլ «ինչուներ» այս դասում: Մենք կսովորենք, թե ինչպես են ջրի հատկությունները փոխվում տաքացման, սառեցման և սառեցման ժամանակ, ինչպես են ձևավորվում ստորգետնյա քարանձավները և դրանցում տարօրինակ պատկերները, ինչպես է աշխատում ջերմաչափը:

Թեմա՝ Անկենդան բնություն

Դաս. Հեղուկ ջրի հատկությունները

Իր մաքուր տեսքով ջուրը չունի համ, հոտ և գույն, բայց գրեթե երբեք այդպիսին չէ, քանի որ այն ակտիվորեն լուծում է իր մեջ նյութերի մեծ մասը և միանում դրանց մասնիկների հետ։ Ջուրը կարող է թափանցել նաև տարբեր մարմիններ (գիտնականները ջուր են գտել նույնիսկ քարերի մեջ)։

Եթե ​​բաժակը լցնեք ծորակի ջրով, այն մաքուր կթվա: Բայց իրականում դա շատ նյութերի լուծույթ է, որոնց թվում կան գազեր (թթվածին, արգոն, ազոտ, ածխածնի երկօքսիդ), օդում պարունակվող տարբեր կեղտեր, հողից լուծված աղեր, ջրի խողովակներից երկաթ, փոշու չլուծված մանր մասնիկներ։ և այլն։

Եթե ​​ծորակի ջրի կաթիլները կաթիլներ տաք ապակու վրա և թողեք գոլորշիանա, հազիվ տեսանելի բծերը կմնան:

Գետերի և առվակների, ինչպես նաև լճերի մեծ մասի ջուրը պարունակում է տարբեր կեղտեր, օրինակ՝ լուծված աղեր։ Բայց դրանք քիչ են, քանի որ այս ջուրը քաղցրահամ է։

Ջուրը հոսում է գետնին և գետնի տակ, լցնում առուները, լճերը, գետերը, ծովերն ու օվկիանոսները՝ ստեղծելով ստորգետնյա պալատներ։

Իր ճանապարհը բացելով հեշտությամբ լուծվող նյութերի միջով՝ ջուրը թափանցում է գետնի խորքերը՝ տանելով դրանք իր հետ, և ժայռերի ճեղքերով ու ճեղքերով՝ ձևավորելով ստորգետնյա քարանձավներ, կաթելով դրանց տանիքներից՝ ստեղծելով տարօրինակ քանդակներ։ Միլիարդավոր ջրի կաթիլներ հարյուրավոր տարիների ընթացքում գոլորշիանում են, և ջրում լուծված նյութերը (աղեր, կրաքարեր) նստում են քարանձավի կամարների վրա՝ ձևավորելով քարե սառցալեզուներ, որոնք կոչվում են ստալակտիտներ։

Նմանատիպ գոյացությունները քարանձավի հատակին կոչվում են ստալագմիտներ։

Եվ երբ ստալակտիտն ու ստալագմիտը միասին աճում են՝ կազմելով քարե սյուն, այն կոչվում է ստալագնատ:

Դիտելով սառույցի շեղումը գետի վրա՝ մենք տեսնում ենք ջուրը պինդ (սառույց և ձյուն), հեղուկ (ներքևից հոսում է) և գազային վիճակում (ջրի մանր մասնիկներ բարձրանում են օդ, որոնք նաև կոչվում են ջրային գոլորշի)։

Ջուրը կարող է լինել բոլոր երեք վիճակներում միաժամանակ՝ օդում և ամպերում միշտ ջրի գոլորշի կա, որը բաղկացած է ջրի կաթիլներից և սառցե բյուրեղներից։

Ջրային գոլորշին անտեսանելի է, բայց այն հեշտությամբ կարելի է հայտնաբերել, եթե սառնարանում մեկ ժամ սառեցված մի բաժակ ջուր թողնեք տաք սենյակում, ապակի պատերին անմիջապես ջրի կաթիլներ կհայտնվեն։ Ապակու սառը պատերի հետ շփվելիս օդում պարունակվող ջրի գոլորշին վերածվում է ջրի կաթիլների և նստում ապակու մակերեսին։

Բրինձ. 11. Խտացում սառը ապակու պատերին ()

Նույն պատճառով ցուրտ սեզոնի ընթացքում պատուհանի ապակու ներսը մառախուղ է առաջացնում: Սառը օդը չի կարող պարունակել այնքան ջրի գոլորշի, որքան տաք օդը, ուստի դրա մի մասը խտանում է՝ վերածվում ջրի կաթիլների:

Երկնքում թռչող ինքնաթիռի ետևում գտնվող սպիտակ հետքը նույնպես ջրի խտացման արդյունք է։

Եթե ​​ձեր շուրթերին հայելին մոտեցնեք և արտաշնչեք, ջրի մանր կաթիլները կմնան դրա մակերեսին, դա ապացուցում է, որ շնչելիս մարդը օդի հետ ներշնչում է ջրային գոլորշիները։

Երբ ջուրը տաքանում է, այն «ընդլայնվում է»։ Դա կարելի է ապացուցել պարզ փորձով. ապակե խողովակն իջեցրել են ջրի կոլբայի մեջ և չափել ջրի մակարդակը; այնուհետև կոլբն իջեցրին տաք ջրով անոթի մեջ և ջուրը տաքացնելուց հետո նորից չափեցին խողովակի մակարդակը, որը նկատելիորեն բարձրացավ, քանի որ տաքացնելիս ջուրը մեծանում է ծավալով։

Բրինձ. 14. Խողովակով կոլբը, թիվ 1-ը և գիծը ցույց է տալիս ջրի սկզբնական մակարդակը

Բրինձ. 15. Խողովակով կոլբը, թիվ 2-ը և գիծը ցույց է տալիս ջրի մակարդակը տաքացնելիս

Երբ ջուրը սառչում է, այն «սեղմվում է»։ Սա կարելի է ապացուցել նմանատիպ փորձով. այս դեպքում խողովակով կոլբը սառչելուց հետո իջեցրել են սառույցով անոթի մեջ, խողովակում ջրի մակարդակը նվազել է սկզբնական նշանի համեմատ, քանի որ ջրի ծավալը նվազել է.

Բրինձ. 16. Խողովակով, 3 թվով և տողով կոլբը ցույց է տալիս ջրի մակարդակը հովացման ժամանակ

Դա տեղի է ունենում այն ​​պատճառով, որ ջրի մասնիկները, մոլեկուլները տաքանալիս ավելի արագ են շարժվում, բախվում միմյանց, վանվում են նավի պատերից, մոլեկուլների միջև հեռավորությունը մեծանում է, և, հետևաբար, հեղուկն ավելի մեծ ծավալ է զբաղեցնում։ Երբ ջուրը սառչում է, նրա մասնիկների շարժումը դանդաղում է, մոլեկուլների միջև հեռավորությունը փոքրանում է, իսկ հեղուկը պահանջում է ավելի քիչ ծավալ։

Բրինձ. 17. Ջրի մոլեկուլները նորմալ ջերմաստիճանում

Բրինձ. 18. Ջրի մոլեկուլները տաքացնելիս

Բրինձ. 19. Ջրի մոլեկուլները սառեցման ժամանակ

Նման հատկություններ ունեն ոչ միայն ջուրը, այլեւ այլ հեղուկներ (ալկոհոլ, սնդիկ, բենզին, կերոսին)։

Հեղուկների այս հատկության իմացությունը հանգեցրեց սպիրտ կամ սնդիկ օգտագործող ջերմաչափի (ջերմաչափի) գյուտին։

Երբ ջուրը սառչում է, այն ընդլայնվում է: Դա կարելի է ապացուցել, եթե մինչև ծայրը ջրով լցված տարան թույլ ծածկվի կափարիչով և տեղադրվի սառցախցիկում, մենք կտեսնենք, որ ձևավորված սառույցը կբարձրացնի կափարիչը՝ դուրս գալով տարայի սահմաններից։

Այս հատկությունը հաշվի է առնվում ջրատար խողովակները դնելիս, որոնք պետք է մեկուսացված լինեն, որպեսզի սառչելիս ջրից գոյացած սառույցը չպատռի խողովակները։

Բնության մեջ սառչող ջուրը կարող է քանդել լեռները. եթե աշնանը ջուրը կուտակվում է ժայռերի ճաքերում, այն սառչում է ձմռանը, իսկ սառույցի ճնշման տակ, որն ավելի մեծ ծավալ է զբաղեցնում, քան այն ջուրը, որից առաջացել է, ժայռերը ճաքում և փլվում են:

Ճանապարհների ճեղքերում ջրի սառցակալումը հանգեցնում է ասֆալտապատ ծածկի քայքայման։

Ծառերի կոճղերի վրա ծալքեր հիշեցնող երկար սրածայրերը վերքեր են, որոնք առաջացել են փայտի պատռվածքներից՝ դրա մեջ սառչող ծառի հյութի ճնշման տակ: Հետեւաբար, ցուրտ ձմռանը դուք կարող եք լսել ծառերի ճռճռոցը այգում կամ անտառում:

1. Վախրուշև Ա.Ա., Դանիլով Դ.Դ. Մեզ շրջապատող աշխարհը 3. Մ.՝ Բալաս.
2. Դմիտրիևա Ն.Յա., Կազակով Ա.Ն. Մեզ շրջապատող աշխարհը 3. Մ.: Ֆեդորովի հրատարակչություն.
3. Պլեշակով Ա.Ա. Մեզ շրջապատող աշխարհը 3. Մ.: Կրթություն.

1. Մանկավարժական գաղափարների փառատոն ().
2. Գիտություն և կրթություն ().
3. Հասարակական դասարան ().

1. Կատարեք կարճ թեստ (4 հարց երեք պատասխանի տարբերակով) «Ջուրը մեր շուրջը» թեմայով:
2. Մի փոքր փորձ կատարեք. տաք սենյակում մի բաժակ շատ սառը ջուր դրեք սեղանի վրա: Նկարագրեք, թե ինչ կլինի, բացատրեք, թե ինչու:
3. *Գծե՛ք ջրի մոլեկուլների շարժումը տաքացվող, նորմալ և սառեցված վիճակում: Անհրաժեշտության դեպքում գրեք մակագրություններ ձեր նկարի վրա: