როდესაც თბება, წყალი ფართოვდება ან იკუმშება. როდესაც წყალი იყინება, ის ფართოვდება ან იკუმშება: მარტივი ფიზიკა. გაციებისას წყალს მეტი ადგილი სჭირდება

იაპონელმა ფიზიკოსმა მასაკაზუ მაცუმოტომ წამოაყენა თეორია, რომელიც განმარტავს, თუ რატომ იკუმშება წყალი 0-დან 4°C-მდე გაცხელების დროს გაფართოების ნაცვლად. მისი მოდელის მიხედვით, წყალი შეიცავს მიკროფორმაციებს - "ვიტრიტებს", რომლებიც არის ამოზნექილი ღრუ პოლიედრები, რომელთა წვეროები შეიცავს წყლის მოლეკულებს, ხოლო კიდეები წყალბადის ბმებია. ტემპერატურის მატებასთან ერთად ორი ფენომენი ეჯიბრება ერთმანეთს: წყალბადის ბმების გახანგრძლივება წყლის მოლეკულებს შორის და ვიტრიტების დეფორმაცია, რაც იწვევს მათი ღრუების შემცირებას. ტემპერატურულ დიაპაზონში 0-დან 3,98°C-მდე, ეს უკანასკნელი ფენომენი დომინირებს წყალბადის ბმების გახანგრძლივების ეფექტზე, რაც საბოლოოდ იძლევა წყლის დაკვირვებულ შეკუმშვას. ჯერ არ არსებობს მაცუმოტოს მოდელის ექსპერიმენტული დადასტურება, ისევე როგორც სხვა თეორიები, რომლებიც ხსნიან წყლის შეკუმშვას.

ნივთიერებების აბსოლუტური უმრავლესობისგან განსხვავებით, წყალს შეუძლია შეამციროს მოცულობა გაცხელებისას (ნახ. 1), ანუ მას აქვს თერმული გაფართოების უარყოფითი კოეფიციენტი. თუმცა, ჩვენ არ ვსაუბრობთ მთელ ტემპერატურულ დიაპაზონზე, სადაც წყალი არსებობს თხევად მდგომარეობაში, არამედ მხოლოდ ვიწრო მონაკვეთზე - 0°C-დან დაახლოებით 4°C-მდე. ბ ომაღალ ტემპერატურაზე წყალი, ისევე როგორც სხვა ნივთიერებები, ფართოვდება.

სხვათა შორის, წყალი არ არის ერთადერთი ნივთიერება, რომელსაც აქვს ტემპერატურის მატებისას შეკუმშვის (ან გაციებისას გაფართოების) თვისება. ბისმუტი, გალიუმი, სილიციუმი და ანტიმონი ასევე შეიძლება დაიკვეხნოს მსგავსი ქცევით. თუმცა, მისი უფრო რთული შიდა სტრუქტურის გამო, ისევე როგორც მისი გავრცელებისა და მნიშვნელობის გამო სხვადასხვა პროცესში, სწორედ წყალი იპყრობს მეცნიერთა ყურადღებას (იხ. წყლის სტრუქტურის შესწავლა გრძელდება, „ელემენტები“, 10/09/2006 წ. ).

რამდენიმე ხნის წინ, საყოველთაოდ მიღებული თეორია, რომელიც პასუხობდა კითხვას, თუ რატომ ზრდის წყალი თავის მოცულობას ტემპერატურის კლებისას (ნახ. 1), იყო ორი კომპონენტის - „ნორმალური“ და „ყინულის მსგავსი“ ნარევის მოდელი. ეს თეორია პირველად შემოგვთავაზა მე-19 საუკუნეში ჰაროლდ უაიტინგის მიერ, მოგვიანებით კი მრავალმა მეცნიერმა შეიმუშავა და გააუმჯობესა. შედარებით ცოტა ხნის წინ, წყლის აღმოჩენილი პოლიმორფიზმის ფარგლებში, ვიეტინგის თეორია გადაიფიქრა. ამჟამად ითვლება, რომ სუპერგაცივებულ წყალში ყინულის მსგავსი ნანოდომენის ორი ტიპი არსებობს: მაღალი სიმკვრივის და დაბალი სიმკვრივის ამორფული ყინულის მსგავსი რეგიონები. სუპერგაციებული წყლის გათბობა იწვევს ამ ნანოსტრუქტურების დნობას და ორი ტიპის წყლის გამოჩენას: უფრო მაღალი და დაბალი სიმკვრივით. მზაკვრული ტემპერატურული კონკურენცია მიღებული წყლის ორ „ხარისხს“ შორის იწვევს სიმკვრივის არაერთფეროვან დამოკიდებულებას ტემპერატურაზე. თუმცა, ეს თეორია ჯერ არ არის დადასტურებული ექსპერიმენტულად.

ფრთხილად უნდა იყოთ ამ განმარტებით. შემთხვევითი არ არის, რომ აქ ვსაუბრობთ მხოლოდ სტრუქტურებზე, რომლებიც წააგავს ამორფულ ყინულს. ფაქტია, რომ ამორფული ყინულის ნანოსკოპიურ რეგიონებსა და მის მაკროსკოპულ ანალოგებს განსხვავებული ფიზიკური პარამეტრები აქვთ.

იაპონელმა ფიზიკოსმა მასაკაზუ მაცუმოტომ გადაწყვიტა ეპოვა ახსნა აქ განხილული ეფექტისთვის „ნულიდან“, უარყო ორკომპონენტიანი ნარევის თეორია. კომპიუტერული სიმულაციების გამოყენებით, მან შეისწავლა წყლის ფიზიკური თვისებები ფართო ტემპერატურის დიაპაზონში - 200-დან 360 K-მდე ნულოვანი წნევის დროს - რათა მოლეკულური მასშტაბით გაეგო წყლის გაფართოების ნამდვილი მიზეზები, როდესაც ის გაცივდება. მისი სტატია ჟურნალში ფიზიკური მიმოხილვის წერილებიმას ჰქვია: რატომ ფართოვდება წყალი გაციებისას? („რატომ ფართოვდება წყალი გაციებისას?“).

თავდაპირველად სტატიის ავტორმა დაისვა კითხვა: რა გავლენას ახდენს წყლის თერმული გაფართოების კოეფიციენტზე? მაცუმოტო თვლის, რომ ამისათვის საკმარისია მხოლოდ სამი ფაქტორის გავლენის გარკვევა: 1) წყლის მოლეკულებს შორის წყალბადის ბმების სიგრძის ცვლილება, 2) ტოპოლოგიური ინდექსი - ბმების რაოდენობა წყლის მოლეკულაზე და 3) გადახრა. ობლიგაციებს შორის კუთხე წონასწორობის მნიშვნელობიდან (კუთხური დამახინჯება).

სანამ იაპონელი ფიზიკოსის მიერ მიღებულ შედეგებზე ვისაუბრებთ, ზემოაღნიშნულ სამ ფაქტორთან დაკავშირებით მნიშვნელოვან კომენტარებსა და განმარტებებს გავაკეთებთ. უპირველეს ყოვლისა, წყლის ჩვეულებრივი ქიმიური ფორმულა, H 2 O, შეესაბამება მხოლოდ მის ორთქლის მდგომარეობას. თხევადი ფორმით, წყლის მოლეკულები გაერთიანებულია ჯგუფებად (H 2 O) წყალბადის კავშირის საშუალებით. x, სად x- მოლეკულების რაოდენობა. წყლის ხუთი მოლეკულის ყველაზე ენერგიულად ხელსაყრელი კომბინაცია ( x= 5) ოთხი წყალბადის ბმით, რომლებშიც წარმოიქმნება ბმები წონასწორობა, ე. წ ტეტრაედრული კუთხე, უდრის 109,47 გრადუსს (იხ. სურ. 2).

წყლის მოლეკულებს შორის წყალბადის ბმის სიგრძის დამოკიდებულების გაანალიზების შემდეგ, მაცუმოტო მივიდა მოსალოდნელ დასკვნამდე: ტემპერატურის ზრდა იწვევს წყალბადის ბმების წრფივ გახანგრძლივებას. და ეს, თავის მხრივ, იწვევს წყლის მოცულობის ზრდას, ანუ მის გაფართოებას. ეს ფაქტი ეწინააღმდეგება დაკვირვებულ შედეგებს, ამიტომ მან შემდგომ გამოიკვლია მეორე ფაქტორის გავლენა. როგორ არის დამოკიდებული თერმული გაფართოების კოეფიციენტი ტოპოლოგიურ ინდექსზე?

კომპიუტერულმა მოდელირებამ შემდეგი შედეგი მისცა. დაბალ ტემპერატურაზე წყლის უდიდეს მოცულობას პროცენტული თვალსაზრისით უკავია წყლის მტევანი, რომლებსაც აქვთ 4 წყალბადის ბმა თითო მოლეკულაზე (ტოპოლოგიური ინდექსი არის 4). ტემპერატურის მატება იწვევს მე-4 ინდექსთან ასოცირებული რაოდენობის შემცირებას, მაგრამ ამავდროულად 3 და 5 ინდექსების მქონე კლასტერების რიცხვი იწყებს მატებას ციფრული გამოთვლების ჩატარების შემდეგ, მაცუმოტომ აღმოაჩინა, რომ ტოპოლოგიური მტევნის ადგილობრივი მოცულობა. ინდექსი 4 პრაქტიკულად არ იცვლება ტემპერატურის მატებასთან ერთად, ხოლო 3 და 5 ინდექსებთან ასოცირებული მთლიანი მოცულობის ცვლილება ნებისმიერ ტემპერატურაზე ორმხრივად ანაზღაურებს ერთმანეთს. შესაბამისად, ტემპერატურის ცვლილება არ ცვლის წყლის მთლიან მოცულობას და შესაბამისად, ტოპოლოგიური ინდექსი არ ახდენს გავლენას წყლის შეკუმშვაზე მისი გაცხელებისას.

ჯერ კიდევ გასარკვევია წყალბადის ბმების კუთხური დამახინჯების ეფექტი. და სწორედ აქ იწყება ყველაზე საინტერესო და მნიშვნელოვანი. როგორც ზემოთ აღინიშნა, წყლის მოლეკულები გაერთიანებულია ისე, რომ კუთხე წყალბადის ობლიგაციებს შორის არის ტეტრაედრული. თუმცა, წყლის მოლეკულების თერმული ვიბრაციები და სხვა მოლეკულებთან ურთიერთქმედება, რომლებიც არ შედის კლასტერში, ხელს უშლის მათ ამის გაკეთებაში, წყალბადის ბმის კუთხის გადახრისას წონასწორობის მნიშვნელობიდან 109,47 გრადუსი. კუთხური დეფორმაციის ამ პროცესის რაოდენობრივად დასახასიათებლად, მაცუმოტო და კოლეგები თავიანთ წინა ნაშრომზე დაყრდნობით წყალში წყალბადის ბმის ქსელების ტოპოლოგიური სამშენებლო ბლოკები, გამოქვეყნებული 2007 წელს ჟურნალი ქიმიური ფიზიკის, ვარაუდობდა წყალში სამგანზომილებიანი მიკროსტრუქტურების არსებობას, რომლებიც წააგავს ამოზნექილ ღრუ პოლიედრებს. მოგვიანებით, შემდგომ პუბლიკაციებში მათ უწოდეს ასეთი მიკროსტრუქტურები ვიტრინები(ნახ. 3). მათში წვეროები არის წყლის მოლეკულები, კიდეების როლს ასრულებენ წყალბადის ბმები, ხოლო წყალბადის ბმებს შორის კუთხე არის კიდეებს შორის კუთხე ვიტრიტში.

მაცუმოტოს თეორიის მიხედვით, არსებობს ვიტრიტის ფორმების უზარმაზარი მრავალფეროვნება, რომლებიც, მოზაიკის ელემენტების მსგავსად, ქმნიან წყლის სტრუქტურის უმრავლესობას და რომლებიც ამავდროულად თანაბრად ავსებენ მის მთელ მოცულობას.

წყლის მოლეკულები მიდრეკილნი არიან შექმნან ტეტრაედრული კუთხეები ვიტრიტებში, რადგან ვიტრიტებს უნდა ჰქონდეთ ყველაზე დაბალი შესაძლო ენერგია. თუმცა, თერმული მოძრაობებისა და სხვა ვიტრიტებთან ადგილობრივი ურთიერთქმედების გამო, ზოგიერთ მიკროსტრუქტურას არ აქვს გეომეტრია ტეტრაედრული კუთხით (ან ამ მნიშვნელობასთან ახლოს მდებარე კუთხეებით). ისინი იღებენ ისეთ სტრუქტურულად არათანაბარი კონფიგურაციებს (რომლებიც მათთვის არ არის ყველაზე ხელსაყრელი ენერგეტიკული თვალსაზრისით), რაც საშუალებას აძლევს ვიტრიტების მთელ „ოჯახს“, როგორც მთლიანს, მიიღოს ყველაზე დაბალი ენერგეტიკული ღირებულება შესაძლებელს შორის. ასეთ ვიტრიტს, ანუ ვიტრიტს, რომელიც თითქოს თავს სწირავს „საერთო ენერგეტიკულ ინტერესებს“, იმედგაცრუებულს უწოდებენ. თუ იმედგაცრუებული ვიტრიტის დროს ღრუს მოცულობა მაქსიმალურია მოცემულ ტემპერატურაზე, მაშინ იმედგაცრუებულ ვიტრიტს, პირიქით, აქვს მინიმალური შესაძლო მოცულობა.

მაცუმოტოს მიერ ჩატარებულმა კომპიუტერულმა სიმულაციამ აჩვენა, რომ ვიტრიტის ღრუების საშუალო მოცულობა ტემპერატურის მატებასთან ერთად წრფივად მცირდება. ამ შემთხვევაში, იმედგაცრუებული ვიტრიტი საგრძნობლად ამცირებს მის მოცულობას, ხოლო იმედგაცრუებული ვიტრიტის ღრუს მოცულობა თითქმის უცვლელი რჩება.

ამრიგად, წყლის შეკუმშვა ტემპერატურის მატებასთან ერთად გამოწვეულია ორი კონკურენტული ეფექტით - წყალბადის ბმების გახანგრძლივებით, რაც იწვევს წყლის მოცულობის ზრდას და იმედგაცრუებული ვიტრიტების ღრუების მოცულობის შემცირებას. ტემპერატურის დიაპაზონში 0-დან 4°C-მდე, ბოლო ფენომენი, როგორც გამოთვლებმა აჩვენა, ჭარბობს, რაც საბოლოო ჯამში იწვევს წყლის დაკვირვებულ შეკუმშვას ტემპერატურის მატებასთან ერთად.

რჩება ველოდოთ ვიტრიტების არსებობისა და მათი ქცევის ექსპერიმენტულ დადასტურებას. მაგრამ ეს, სამწუხაროდ, ძალიან რთული ამოცანაა.

დედამიწაზე ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული ნივთიერება: წყალი. ის, ისევე როგორც ჰაერი, აუცილებელია ჩვენთვის, მაგრამ ზოგჯერ ამას საერთოდ ვერ ვამჩნევთ. ის უბრალოდ არის. მაგრამ თურმე

დედამიწაზე ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული ნივთიერება: წყალი. ის, ისევე როგორც ჰაერი, აუცილებელია ჩვენთვის, მაგრამ ზოგჯერ მას საერთოდ არ ვამჩნევთ. ის უბრალოდ არის. მაგრამ გამოდის, რომ ჩვეულებრივ წყალს შეუძლია შეცვალოს მისი მოცულობა და იწონის ან მეტ-ნაკლებად. როდესაც წყალი აორთქლდება, ცხელდება და გაცივდება, მართლაც საოცარი რამ ხდება, რაზეც დღეს გავიგებთ.
მურიელ მანდელი თავის გასართობ წიგნში „ფიზიკური ექსპერიმენტები ბავშვებისთვის“ ასახავს საინტერესო აზრებს წყლის თვისებების შესახებ, რის საფუძველზეც არა მხოლოდ ახალგაზრდა ფიზიკოსებს შეუძლიათ ბევრი ახალი რამის სწავლა, არამედ მოზარდებიც განაახლებს მათ ცოდნას. არ იყო საჭირო დიდი ხნის განმავლობაში გამოყენება, ასე რომ, ის ოდნავ დავიწყებული აღმოჩნდა.დღეს ვისაუბრებთ წყლის მოცულობასა და წონაზე. გამოდის, რომ წყლის ერთი და იგივე მოცულობა ყოველთვის ერთნაირად არ იწონის. და თუ ჭიქაში ჩაასხით წყალი და ის არ გადმოიღვრება კიდეზე, ეს არ ნიშნავს, რომ მასში არავითარ შემთხვევაში მოერგება.

1. როდესაც წყალი თბება, ის ფართოვდება მოცულობით

წყლით სავსე ქილა მოათავსეთ დაახლოებით ხუთი სანტიმეტრი მდუღარე წყლით სავსე ტაფაში.წყალი და გააჩერეთ ადუღება დაბალ ცეცხლზე. ქილადან წყალი დაიწყებს გადმოდინებას. ეს იმიტომ ხდება, რომ როდესაც წყალი თბება, ისევე როგორც სხვა სითხეები, ის იწყებს მეტი სივრცის დაკავებას. მოლეკულები უფრო დიდი ინტენსივობით იგერიებენ ერთმანეთს და ეს იწვევს წყლის მოცულობის ზრდას.

2. როცა წყალი გაცივდება, ის იკუმშება

ქილაში წყალი გაცივდეს ოთახის ტემპერატურაზე, ან დაამატეთ ახალი წყალი და შედგით მაცივარში. ცოტა ხნის შემდეგ აღმოაჩენთ, რომ ადრე სავსე ქილა სავსე აღარ არის. როდესაც გაცივდება 3,89 გრადუს ცელსიუსამდე, წყლის მოცულობა მცირდება ტემპერატურის კლებასთან ერთად. ამის მიზეზი იყო მოლეკულების მოძრაობის სიჩქარის დაქვეითება და მათი ერთმანეთთან მიახლოება გაგრილების გავლენის ქვეშ.როგორც ჩანს, ყველაფერი ძალიან მარტივია: რაც უფრო ცივია წყალი, მით ნაკლები მოცულობა იკავებს მას, მაგრამ...

3. ...გაყინვისას წყლის მოცულობა კვლავ იზრდება

ქილა ბოლომდე შეავსეთ წყლით და დააფარეთ მუყაოს ნაჭერი. შედგით საყინულეში და დაელოდეთ სანამ არ გაიყინება. თქვენ ნახავთ, რომ მუყაოს "სახურავი" ამოღებულია. 3,89-დან 0 გრადუს ცელსიუსამდე ტემპერატურაზე, ანუ გაყინვის წერტილთან მიახლოებისას წყალი კვლავ იწყებს გაფართოებას. ეს არის ამ თვისების მქონე რამდენიმე ცნობილი ნივთიერებადან.თუ თქვენ იყენებთ მჭიდრო თავსახურს, ყინული უბრალოდ დაამსხვრევს ქილას. ოდესმე გსმენიათ, რომ წყლის მილებიც კი შეიძლება ყინულმა გატეხოს?

4. ყინული წყალზე მსუბუქია

მოათავსეთ რამდენიმე ყინულის კუბიკი ჭიქა წყალში. ზედაპირზე ყინული დაცურავს. როდესაც წყალი იყინება, მისი მოცულობა იზრდება. და, შედეგად, ყინული უფრო მსუბუქია ვიდრე წყალი: მისი მოცულობა არის წყლის შესაბამისი მოცულობის დაახლოებით 91%.
წყლის ეს თვისება ბუნებაში არსებობს მიზეზის გამო. მას აქვს ძალიან კონკრეტული მიზანი. ამბობენ, რომ ზამთარში მდინარეები იყინება. მაგრამ სინამდვილეში ეს მთლად ასე არ არის. ჩვეულებრივ, მხოლოდ მცირე ზედა ფენა იყინება. ეს ყინულის ფურცელი არ იძირება, რადგან ის უფრო მსუბუქია ვიდრე თხევადი წყალი. ის ანელებს მდინარის სიღრმეში წყლის გაყინვას და ემსახურება როგორც ერთგვარი საბანი, რომელიც იცავს თევზებს და სხვა მდინარისა და ტბის სიცოცხლეს ზამთრის ძლიერი ყინვებისგან. ფიზიკის შესწავლისას, თქვენ იწყებთ იმის გაგებას, რომ ბუნებაში ბევრი რამ არის მოწყობილი მიზანშეწონილად.

5. ონკანის წყალი შეიცავს მინერალებს

ჩაასხით 5 სუფრის კოვზი ჩვეულებრივი ონკანის წყალი პატარა მინის თასში. როდესაც წყალი აორთქლდება, თასზე თეთრი საზღვარი დარჩება. ეს რგოლი წარმოიქმნება მინერალებით, რომლებიც წყალში იხსნება ნიადაგის ფენებში გავლისას.ჩაიხედე შენს ქვაბში და დაინახავ მინერალურ საბადოებს. იგივე საფარი იქმნება აბაზანის სადრენაჟო ხვრელზე.სცადეთ წვიმის წყლის აორთქლება, რათა თავად შეამოწმოთ შეიცავს თუ არა ის მინერალებს.წყალს აქვს საოცარი თვისებები, რაც მნიშვნელოვნად განასხვავებს მას სხვა სითხეებისგან. მაგრამ ეს კარგია, წინააღმდეგ შემთხვევაში, წყალს "ჩვეულებრივი" თვისებები რომ ჰქონდეს, პლანეტა დედამიწა სულ სხვა იქნებოდა.

ნივთიერებების აბსოლუტური უმრავლესობა გაცხელებისას გაფართოებას განიცდის. რაც საკმაოდ მარტივი ასახსნელია სითბოს მექანიკური თეორიის პოზიციიდან. მისი მიხედვით, გაცხელებისას ნივთიერების ატომები და მოლეკულები უფრო სწრაფად იწყებენ მოძრაობას. მყარ სხეულებში ატომური ვიბრაციები უფრო დიდ ამპლიტუდას აღწევს და მეტ თავისუფალ სივრცეს მოითხოვს. შედეგად, სხეული ფართოვდება.

იგივე პროცესი ხდება სითხეებთან და აირებთან. ანუ ტემპერატურის ზრდის გამო თავისუფალი მოლეკულების თერმული მოძრაობის სიჩქარე იზრდება და სხეული ფართოვდება. გაგრილებისას, შესაბამისად, სხეული იკუმშება. ეს დამახასიათებელია თითქმის ყველა ნივთიერებისთვის. წყლის გარდა.

როდესაც გაგრილდება 0-დან 4°C-მდე, წყალი ფართოვდება. და გაცხელებისას იკუმშება. როდესაც წყლის ტემპერატურა 4°C-ს მიაღწევს, ამ მომენტში წყალს აქვს მაქსიმალური სიმკვრივე, რომელიც უდრის 1000 კგ/მ3. თუ ტემპერატურა ამ ნიშნის ქვემოთ ან ზემოთაა, მაშინ სიმკვრივე ყოველთვის ოდნავ ნაკლებია.

ამ ქონების წყალობით, როდესაც ჰაერის ტემპერატურა შემოდგომაზე და ზამთარში ეცემა, ღრმა წყალსაცავებში საინტერესო პროცესი ხდება. როდესაც წყალი გაცივდება, ის ქვევით იძირება, მაგრამ მხოლოდ მანამ, სანამ მისი ტემპერატურა +4°C-ს მიაღწევს. ამ მიზეზით არის ის, რომ წყლის დიდ ნაწილებში უფრო ცივი წყალი უფრო ახლოს არის ზედაპირთან, ხოლო თბილი წყალი ფსკერზე იძირება. ასე რომ, როდესაც ზამთარში წყლის ზედაპირი იყინება, ღრმა ფენები აგრძელებენ 4°C ტემპერატურის შენარჩუნებას. ამ მომენტის წყალობით თევზს შეუძლია უსაფრთხოდ გამოაზამთროს ყინულით დაფარული წყალსაცავების სიღრმეში.

წყლის გაფართოების გავლენა კლიმატზე

წყლის განსაკუთრებული თვისებები გაცხელებისას სერიოზულად მოქმედებს დედამიწის კლიმატზე, რადგან ჩვენი პლანეტის ზედაპირის დაახლოებით 79% დაფარულია წყლით. მზის სხივების გამო თბება ზედა ფენები, რომლებიც შემდეგ ქვევით იძირება და მათ ადგილას ცივი ფენები ჩნდება. ისინი, თავის მხრივ, თანდათან თბება და ძირს უახლოვდება.

ამრიგად, წყლის ფენები მუდმივად იცვლება, რის შედეგადაც ხდება ერთგვაროვანი გათბობა, სანამ არ მიიღწევა მაქსიმალური სიმკვრივის შესაბამისი ტემპერატურა. შემდეგ, როდესაც ისინი გაცხელდებიან, ზედა ფენები ნაკლებად მკვრივი ხდება და აღარ იძირება, არამედ რჩება ზევით და უბრალოდ თანდათან თბება. ამ პროცესის გამო, წყლის უზარმაზარი ფენები საკმაოდ ადვილად თბება მზის სხივებით.

ჩვენ გარშემორტყმული ვართ წყლით, თავისთავად, როგორც სხვა ნივთიერებებისა და სხეულების ნაწილი. ის შეიძლება იყოს მყარი, თხევადი ან აირისებრი ფორმით, მაგრამ წყალი ყოველთვის ჩვენს გარშემოა. რატომ იბზარება გზებზე ასფალტი, რატომ იფეთქება სიცივეში წყლის შუშის ქილა, ცივ სეზონზე რატომ ნისლიანდება ფანჯრები, რატომ ტოვებს თვითმფრინავი თეთრ კვალს ცაში - ამ ყველაფერზე პასუხს ვეძებთ და სხვა „რატომ“ ამ გაკვეთილზე. ჩვენ გავიგებთ, როგორ იცვლება წყლის თვისებები გაცხელების, გაცივების და გაყინვისას, როგორ იქმნება მიწისქვეშა გამოქვაბულები და მათში უცნაური ფიგურები, როგორ მუშაობს თერმომეტრი.

თემა: უსულო ბუნება

გაკვეთილი: თხევადი წყლის თვისებები

სუფთა სახით წყალს არ აქვს გემო, სუნი და ფერი, მაგრამ თითქმის არასოდეს არის ასეთი, რადგან ის აქტიურად ხსნის ნივთიერებების უმეტესობას თავის თავში და აერთიანებს მათ ნაწილაკებს. წყალს ასევე შეუძლია შეაღწიოს სხვადასხვა სხეულებში (მეცნიერებმა წყალი ქვებშიც კი აღმოაჩინეს).

თუ ჭიქას შეავსებთ ონკანის წყლით, ის სუფთა გამოჩნდება. სინამდვილეში, ეს არის მრავალი ნივთიერების ხსნარი, რომელთა შორის არის აირები (ჟანგბადი, არგონი, აზოტი, ნახშირორჟანგი), ჰაერში შემავალი სხვადასხვა მინარევები, ნიადაგიდან გახსნილი მარილები, რკინა წყლის მილებიდან, პატარა გაუხსნელი მტვრის ნაწილაკები. და ა.შ.

თუ ონკანის წყლის წვეთებს სუფთა მინაზე დაასხით და აორთქლდება, ძლივს შესამჩნევი ლაქები დარჩება.

მდინარეების და ნაკადულების წყალი და ტბების უმეტესობა შეიცავს სხვადასხვა მინარევებს, მაგალითად, გახსნილ მარილებს. მაგრამ რამდენიმე მათგანია, რადგან ეს წყალი სუფთაა.

წყალი მიედინება მიწაზე და მიწისქვეშეთში, ავსებს ნაკადულებს, ტბებს, მდინარეებს, ზღვებსა და ოკეანეებს, ქმნის მიწისქვეშა სასახლეებს.

ადვილად ხსნად ნივთიერებებში გზას გადის, წყალი ღრმად აღწევს მიწისქვეშეთში, თან ატარებს მათ და კლდეების ნაპრალებში და ნაპრალებში, ქმნის მიწისქვეშა გამოქვაბულებს, წვეთობს მათი სახურავიდან და ქმნის უცნაურ სკულპტურებს. მილიარდობით წყლის წვეთი აორთქლდება ასობით წლის განმავლობაში და წყალში გახსნილი ნივთიერებები (მარილები, კირქვები) წყდება გამოქვაბულის თაღებზე და წარმოქმნის ქვის ყინულებს, რომლებსაც სტალაქტიტები ეწოდება.

მსგავს წარმონაქმნებს გამოქვაბულის იატაკზე სტალაგმიტები ეწოდება.

და როდესაც სტალაქტიტი და სტალაგმიტი ერთად იზრდება და ქმნის ქვის სვეტს, მას სტალაგნატი ეწოდება.

მდინარეზე ყინულის დრეიფზე დაკვირვებით, ჩვენ ვხედავთ წყალს მყარ (ყინული და თოვლი), თხევადი (ქვემოდან მიედინება) და აირისებრ მდგომარეობაში (წყლის პაწაწინა ნაწილაკები ჰაერში ამოდის, რომლებსაც ასევე წყლის ორთქლს უწოდებენ).

წყალი შეიძლება იყოს სამივე მდგომარეობაში ერთდროულად: ჰაერში და ღრუბლებში ყოველთვის არის წყლის ორთქლი, რომელიც შედგება წყლის წვეთებისგან და ყინულის კრისტალებისაგან.

წყლის ორთქლი უხილავია, მაგრამ მისი ამოცნობა მარტივად შეიძლება, თუ ჭიქა წყალს მაცივარში ერთი საათით თბილ ოთახში დატოვებთ, წყლის წვეთები მაშინვე გამოჩნდება შუშის კედლებზე. შუშის ცივ კედლებთან შეხებისას ჰაერში შემავალი წყლის ორთქლი გარდაიქმნება წყლის წვეთებად და წყდება შუშის ზედაპირზე.

ბრინჯი. 11. კონდენსაცია ცივი შუშის კედლებზე ()

ამავე მიზეზით, ცივ სეზონზე ფანჯრის შუშის შიგნით ნისლი ჩნდება. ცივი ჰაერი არ შეიძლება შეიცავდეს იმდენი წყლის ორთქლს, რამდენიც თბილი ჰაერი, ამიტომ მისი ნაწილი კონდენსირდება - გადაიქცევა წყლის წვეთებად.

ცაში მფრინავი თვითმფრინავის უკან თეთრი ბილიკი ასევე წყლის კონდენსაციის შედეგია.

თუ სარკეს ტუჩებთან მიიტანთ და ამოისუნთქავთ, წყლის პაწაწინა წვეთები დარჩება მის ზედაპირზე, ეს მოწმობს, რომ სუნთქვისას ადამიანი ჰაერთან ერთად წყლის ორთქლს შეისუნთქავს.

როდესაც წყალი თბება, ის "ფართოვდება". ეს შეიძლება დადასტურდეს მარტივი ექსპერიმენტით: შუშის მილი ჩაუშვეს წყლის კოლბაში და გაზომეს მასში წყლის დონე; შემდეგ კოლბა ჩაუშვეს ჭურჭელში თბილი წყლით და წყლის გაცხელების შემდეგ ხელახლა გაზომეს დონე მილში, რომელიც შესამჩნევად გაიზარდა, რადგან გაცხელებისას წყალი იმატებს მოცულობაში.

ბრინჯი. 14. კოლბა მილით, ნომერი 1 და ხაზი მიუთითებს წყლის საწყის დონეს

ბრინჯი. 15. კოლბა მილით, ნომერი 2 და ხაზი მიუთითებს წყლის დონეს გაცხელებისას

როდესაც წყალი გაცივდება, ის "კომპრესირდება". ეს შეიძლება დადასტურდეს მსგავსი ექსპერიმენტით: ამ შემთხვევაში, კოლბა ყინულით ჩასვეს ჭურჭელში გაციების შემდეგ, წყლის დონე მილში შემცირდა თავდაპირველ ნიშნულთან შედარებით, რადგან წყალი შემცირდა მოცულობაში.

ბრინჯი. 16. კოლბა მილით, ნომერი 3 და ხაზი მიუთითებს წყლის დონეს გაგრილების დროს

ეს იმიტომ ხდება, რომ წყლის ნაწილაკები, მოლეკულები გაცხელებისას უფრო სწრაფად მოძრაობენ, ეჯახებიან ერთმანეთს, ჭურჭლის კედლებიდან იხრება, მოლეკულებს შორის მანძილი იზრდება და ამიტომ სითხე უფრო დიდ მოცულობას იკავებს. როდესაც წყალი გაცივდება, მისი ნაწილაკების მოძრაობა ნელდება, მოლეკულებს შორის მანძილი მცირდება, სითხე კი ნაკლებ მოცულობას მოითხოვს.

ბრინჯი. 17. წყლის მოლეკულები ნორმალურ ტემპერატურაზე

ბრინჯი. 18. წყლის მოლეკულები გაცხელებისას

ბრინჯი. 19. წყლის მოლეკულები გაციებისას

ასეთი თვისებები აქვს არა მარტო წყალს, არამედ სხვა სითხეებსაც (ალკოჰოლი, ვერცხლისწყალი, ბენზინი, ნავთი).

სითხეების ამ თვისების ცოდნამ განაპირობა თერმომეტრის (თერმომეტრი) გამოგონება, რომელიც იყენებს ალკოჰოლს ან ვერცხლისწყალს.

როდესაც წყალი იყინება, ის ფართოვდება. ეს შეიძლება დადასტურდეს, თუკი წყლით სავსე კონტეინერი თავისუფლად დაიხურება თავსახურით და მოათავსებთ საყინულეში ცოტა ხნის შემდეგ დავინახავთ, რომ წარმოქმნილი ყინული ასწევს სახურავს, გადადის კონტეინერის მიღმა.

ეს თვისება მხედველობაში მიიღება წყლის მილების გაყვანისას, რომლებიც უნდა იყოს იზოლირებული ისე, რომ გაყინვისას წყლიდან წარმოქმნილმა ყინულმა არ გასკდეს მილები.

ბუნებაში, გაყინულ წყალს შეუძლია მთები გაანადგუროს: თუ წყალი შემოდგომაზე კლდის ნაპრალებში გროვდება, ზამთარში იყინება, ხოლო ყინულის წნევის ქვეშ, რომელიც უფრო დიდ მოცულობას იკავებს, ვიდრე წყალი, საიდანაც იგი წარმოიქმნა, ქანები იბზარება და იშლება.

გზების ნაპრალებში წყლის გაყინვა იწვევს ასფალტის საფარის ნგრევას.

გრძელი ქედები, რომლებიც წააგავს ნაკეცებს ხის ტოტებზე, არის ჭრილობები ხის გახეთქვის შედეგად მასში გაყინული ხის წვენის ზეწოლის ქვეშ. ამიტომ ცივ ზამთარში პარკში ან ტყეში ხეების ხრაშუნა გესმის.

1. ვახრუშევი ა.ა., დანილოვი დ.დ. სამყარო ჩვენს გარშემო 3. M.: Ballas.
2. დიმიტრიევა ნ.ია., კაზაკოვი ა.ნ. სამყარო ჩვენს ირგვლივ 3. მ.: ფედოროვის გამომცემლობა.
3. პლეშაკოვი A.A. სამყარო ჩვენს გარშემო 3. M.: განათლება.

1. პედაგოგიური იდეების ფესტივალი ().
2. მეცნიერება და განათლება ().
3. საჯარო კლასი ().

1. გააკეთეთ მოკლე ტესტი (4 კითხვა სამი პასუხის ვარიანტით) თემაზე „წყალი ჩვენს ირგვლივ“.
2. ჩაატარეთ პატარა ექსპერიმენტი: დადგით ერთი ჭიქა ძალიან ცივი წყალი მაგიდაზე თბილ ოთახში. აღწერეთ რა მოხდება, ახსენით რატომ.
3. *დახაზეთ წყლის მოლეკულების მოძრაობა გახურებულ, ნორმალურ და გაცივებულ მდგომარეობაში. საჭიროების შემთხვევაში, დაწერეთ წარწერები თქვენს ნახატზე.