Udvides eller samles vand, når det opvarmes?

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

TL; DR (for lang; læste ikke)

Is ekspanderer til en fast hastighed flydende vand ekspanderer med en accelererende hastighed med stigende temperatur, og dampen ekspanderer igen med en fast hastighed. Mellem temperaturerne fra 32 ° C (0 ° C) til 40oF (4 ° C) samles flydende vand faktisk sammen med en stigende temperatur.
Udvidelse af is, vand og damp |

Som fast stof kan is kun ekspanderes lineært, hvilket betyder, at en isterningens længde og bredde kan ændre sig. Den lineære ekspansionskoefficient for is, der måler fraktioneret ændring af længde og bredde pr. Grad Kelvin, er en konstant 50 x 10 ^{-6 ÷ K. Dette betyder, at is ekspanderer i en ensartet mængde med hver varmegrad, du tilføjer til det.}

Når is bliver flydende vand, har den ikke længere faste lineære dimensioner, men den har volumen. Forskere bruger en anden termisk koefficient - volumenekspansionskoefficienten - til at måle reaktionen af flydende vand på temperaturen. Denne koefficient, som måler fraktionerede ændringer i volumen pr. Grad Kelvin, er ikke fast. Det øges med monteringstemperatur, indtil vandet begynder at koge. Med andre ord, flydende vand udvides med en stigende hastighed, når temperaturen stiger.

Når vand forvandles til damp, udvides det i henhold til den ideelle gaslov: PV \u003d nRT. Hvis trykket (P) og antallet af mol damp (n) opretholdes på en konstant, stiger volumen af damp (V) lineært med temperaturen (T). I denne ligning er R en konstant kaldet den ideelle gaskonstant.
The Crucial Anomaly

På sit smeltepunkt udviser vand en karakteristik, der ikke deles af nogen anden forbindelse. I stedet for at fortsætte med at ekspandere i den flydende tilstand, trækkes den sammen, og dens densitet øges, indtil den når et maksimum ved 40 ° C. Fra smeltepunktet til dette kritiske punkt er ekspansionskoefficienten negativ, og på punktet med maksimal densitet er ekspansionskoefficienten 0. Hvis temperaturen fortsætter med at stige, bliver ekspansionskoefficienten igen positiv.

Hvis du vender temperaturgradienten og afkøler vandet til frysepunktet, begynder det at udvide sig ved 40 ° C og fortsætter med at ekspandere, indtil det fryser. Dette er grunden til, at vandrør brister i frysende vejr, og hvorfor du aldrig bør lægge en glasflaske fuld af vand i fryseren.