Vand svarer som enhver anden forbindelse til skiftende temperaturer, men en anomali forekommer i et snævert område omkring smeltepunktet, og det er en ændring, som gør en stor forskel. Når du opvarmer is, får molekylerne kinetisk energi, og isen udvider, indtil den smelter. Men når al is er vendt til vand, og temperaturen begynder at stige igen, ekspansion stopper. Mellem 32 og 40 grader Fahrenheit (0 og 4 grader Celsius), smelter det smeltede vand rent faktisk, når temperaturen stiger. Ud over 40 F (4 C) begynder den at udvide igen. Dette fænomen gør isen mindre tæt end vandet omkring det, hvilket er grunden til, at isen flyder.

TL; DR (for lang tid, ikke læst)

Is udvider til en fast sats , flydende vand udvider ved en accelerationshastighed med stigende temperatur og damp udvider igen med en fast hastighed. Mellem temperaturerne fra 32 F (0 C) til 40 F (4 C) kontraherer vandet rent faktisk med stigende temperatur.

Udvidelse af is, vand og damp

Som en fast is kan kun udvides lineært, hvilket betyder at længden og bredden af ​​en isterning kan ændre sig. Linjær ekspansionskoefficient for is, som måler fraktionel ændring af længde og bredde pr. Grad Kelvin, er en konstant 50 x 10 ^{-6 ÷ K. Dette betyder at is ekspanderer i ensartet mængde med hver grad af varme, du tilføjer til det.}

Når is bliver flydende vand, har det ikke længere faste lineære dimensioner, men det har volumen. Forskere bruger en anden termisk koefficient - volumenudvidelseskoefficienten - til måling af reaktion af flydende vand til temperatur. Denne koefficient, der måler delvise volumenændringer pr. Grad Kelvin, er ikke fastsat. Det øges med monteringstemperatur indtil vandet begynder at koge. Med andre ord udvides flydende vand i stigende grad, da temperaturen går op.

Når vand bliver til damp, udvides det i henhold til den ideelle gaslov: PV = nRT. Hvis trykket (P) og antal mol damp (n) opretholdes ved en konstant, stiger dampens volumen (V) lineært med temperaturen (T). I denne ligning er R en konstant kaldet den ideelle gaskonstant.

Den kritiske anomali

Ved dens smeltepunkt udviser vand en karakteristisk del af ingen anden forbindelse. I stedet for at fortsætte med at ekspandere i flydende tilstand, kontraherer den, og dens densitet stiger, indtil den opnår et maksimum ved 40 F (4 C). Fra smeltepunktet til dette kritiske punkt er ekspansionskoefficienten negativ, og ved maksimal densitet er ekspansionskoefficienten 0. Hvis temperaturen fortsætter med at stige, bliver ekspansionskoefficienten igen positiv.

Hvis du vende temperaturgradienten og køligt vand til frysepunktet, begynder det at ekspandere ved 40 F (4 C) og fortsætter med at udvide, indtil det fryser. Det er grunden til, at vandrørene brister i frysende vejr, og hvorfor du aldrig bør lægge en glasflaske fuld af vand i fryseren.