Fizika i kemija leda. Opće informacije. Svojstva vode: “Obična čuda” u našim životima

Voda je najrasprostranjenija i najmisterioznija tvar na našem planetu. Ima jednostavna svojstva poznata od davnina. Upravo zahvaljujući tim svojstvima nazivaju ga "osnovom života". Dakle, u čemu je "čudesnost" ovih svojstava? Hajdemo shvatiti.

Fluidnost. Glavno svojstvo svih tekućina, uključujući vodu. Pod utjecajem vanjskih sila može poprimiti oblik svake posude. A to osigurava njegovu univerzalnu dostupnost. Voda teče u vodovodnim cijevima i tvori jezera, rijeke i mora. I što je najvažnije, uvijek ga možete ponijeti sa sobom u bilo kojem prikladnom pakiranju - od male bočice do ogromnog spremnika.

Temperaturna svojstva. Topla voda je lakša od hladne vode i uvijek raste. Dakle, juhu možemo kuhati grijući tavu samo odozdo, a ne sa svih strana odjednom. Zahvaljujući ovom fenomenu, koji se naziva "konvekcija", većina stanovnika zemljinih vodenih tijela živi bliže površini.

Ali najvažnije temperaturno svojstvo vode je njezin visok toplinski kapacitet - 10 puta veći od željeza. To znači da je potrebno zagrijati veliki broj energije, no pri hlađenju se oslobađa ista količina energije. Sustavi grijanja u našim domovima - i sustavi hlađenja koji se koriste u industriji - temelje se na ovom principu.

Osim toga, mora i oceani igraju ulogu Zemljinog termoregulatora, ublažavaju sezonske temperaturne promjene, upijaju toplinu ljeti i otpuštaju je zimi. A s kombinacijom toplinskog kapaciteta i konvekcije, možete zagrijati čak i cijeli kontinent! Govorimo o “glavnoj bateriji Europe”, toploj Golfskoj struji. Divovski tokovi tople vode, koji se kreću duž površine Atlantika, pružaju ugodnu temperaturu na njegovoj obali, što nije tipično za ove geografske širine.

Smrzavanje. Temperatura smrzavanje vode uvjetno jednak 0 stupnjeva, ali zapravo ovaj parametar ovisi o nizu čimbenika: atmosferskom tlaku, spremniku u kojem se nalazi voda i prisutnosti nečistoća u njemu.

Voda je jedinstvena po tome što se, za razliku od drugih tvari, smrzavanjem širi. S našim oštre zime, ovo se možda može nazvati negativnim svojstvom. Smrzavanje i povećanje volumena, voda (ili bolje rečeno, led) jednostavno kida metalne cijevi.

Dakle, kada se pretvori u čvrsto stanje, voda se povećava u volumenu, ali postaje manje gusta. Stoga je led uvijek lakši od vode i nalazi se na njezinoj površini. Osim toga, slabo provodi toplinu: čak i najviše hladna zimaŽivot je sačuvan u vodenim tijelima planeta. Uostalom, što je ledeni “jastuk” deblji, voda ispod njega je toplija. Također, zahvaljujući ovom svojstvu, neki narodi još uvijek grade takozvane “glečere” - podrume ili špilje obložene ledom, koji se ne topi ni ljeti, a omogućuje dugotrajno skladištenje hrane.

Neki su znanstvenici čak predložili korištenje leda za borbu globalno zatopljenje. Suština ideje je sljedeća: poseban brod vuče santu leda koja pluta negdje blizu Antarktika. A onda ga odvuče u tople krajeve gdje ljudi pate od vrućine. Ledena santa se topi, osvježavajući cijelo obalno područje. Ovo je obrnuta Golfska struja, koju je samo stvorio čovjek.

Ključanje. Od hladnoće prijeđimo preko leda na vruću paru. Svi znaju da voda ključa na temperaturi od 100 stupnjeva Celzijusa. Ali to je samo u uvjetima normalnog sastava zraka i atmosferskog tlaka. Ali na vrhu Everesta, gdje je tlak niži i zrak rjeđi, kuhalo će vam kuhati već na 68 stupnjeva! Kipuća voda pomaže ubijanju štetnih mikroorganizama. Hrana kuhana na pari također je puno zdravija od pržene hrane.

Osim toga, vodena para se može nazvati pravim motorom civilizacije. Nije prošlo ni stotinu godina od ere parnih strojeva, a mnogi ljudi još uvijek pogrešno nazivaju željezničke lokomotive (koje sada uglavnom rade na struju) kao “parne lokomotive”.

Usput, o struji. Bez pare bi i dalje ostao rijetka i skupa zanimljivost. Uostalom, princip rada većine elektrana temelji se na rotaciji rotora pod pritiskom vruće pare. Moderne nuklearne elektrane razlikuju se od starih na ugljen ili naftu samo po principu grijanja vode. Čak i inovativna i sigurna solarna energija koristi paru: golema zrcala, poput povećala, fokusiraju sunčeve zrake na spremnik vode, pretvarajući je u paru za električne turbine.

Otapanje. Još jedno važno svojstvo vode, bez kojeg bi bili nemogući ne samo znanost i industrija, nego i sam život! Što mislite, što krvna plazma ima zajedničko s vašim omiljenim gaziranim sokom? Odgovor je jednostavan: soda je vodena otopina razne soli, minerali i plinovi. Plazma se sastoji od 90% vode, kao i proteina i drugih tvari. I svaka stanica živog organizma dobiva tvari koje su joj potrebne, također u obliku vodene otopine.

Voda je najjednostavnije, najsigurnije, ali ipak najpouzdanije prirodno otapalo. Gotovo svaka tvar može se "ugurati" između svojih mobilnih molekula - od tekućina do metala. Ovo divno svojstvo primijećeno je u zoru čovječanstva. Drevni su umjetnici otopili prirodne boje u vodi kako bi slikali zidove špilja. Tada su palicu preuzeli srednjovjekovni alkemičari, rastvarajući najviše različite tvari u nadi da ću dobiti " kamen mudraca", pretvarajući svaki materijal u zlato. A sada ovo svojstvo uspješno koriste moderni kemičari.

Površinska napetost. Većina ljudi, kada čuje o površinskoj napetosti vode, sjeti se samo kukaca vodenjaka koji klize po površini jezera ili lokve. U međuvremenu, bez ovog svojstva vode nemoguće je čak ni oprati ruke! Zahvaljujući tome nastaje pjena od sapuna. Također je teško obrisati ruke ručnikom bez njega. Uostalom, svi upijajući materijali (bez obzira na papirnate salvete ili krpe od mikrovlakana) imaju mikroskopske pore u koje se zbog površinske napetosti upija vlaga. Iz istog razloga voda juri kroz najtanje kapilare koje prodiru u korijenje biljaka. A izrada suhih građevinskih smjesa također je moguća zbog površinske napetosti dodane vode.

Molekule vode se aktivno privlače jedna drugoj, kao rezultat toga, njezina površina za određeni volumen teži minimumu. Zato je prirodni oblik svake tekućine kugla. To se lako može provjeriti ako se nađete u nultoj gravitaciji. Iako za takav eksperiment nije potrebno letjeti u svemir, dovoljno je špricom ubrizgati malo vode u čašu s biljno ulje i gledajte kako se spaja u kuglice.

Čini se da bi moglo biti češći od leda? U srednja traka Euroazija, gdje zima traje nekoliko mjeseci, na sjeveru, gdje zima traje veći dio godine, pa čak iu južnim planinskim predjelima, snijeg i led uobičajeni su sastavni dijelovi krajolika.

U međuvremenu, sam proces stvaranja leda je neobičan. Pogledajmo, na primjer, kako se mijenja volumen vode pri prijelazu iz tekućeg u kruto stanje, odnosno kada se smrzava. Ta se promjena događa na potpuno drugačiji način od drugih nama poznatih tvari. Svi se oni, osim bizmuta i galija, skupljaju i smanjuju svoj volumen dok se hlade. Tijekom skrućivanja njihov se volumen značajno smanjuje u odnosu na istu masu taline.

Kada se voda smrzne, događa se suprotno – gustoća leda se smanjuje, a volumen se povećava za 10% u odnosu na volumen koji zauzima ista masa vode.

Ljudi su odavno poznavali ovo svojstvo leda. Ne mogavši ​​to objasniti, ipak su ga uspješno koristili. Moćne građevine na sjeveru Europe podignute su od kamenih monolita teških stotine kilograma. Za izradu takvih blokova u stijenama su se bušili relativno plitki utori ili su birane odgovarajuće pukotine. Prije početka zimske hladnoće punile su se vodom, a dobiveni led djelovao je kao eksploziv. Tako su strpljivo, iz godine u godinu, ljudi drobili najčvršće stijene i dobivali građevni materijal koristeći se širenjem vode koja se smrzavala. Sada znanost može objasniti razlog ovog fenomena. Kao što se može vidjeti sa Sl. 1.8, promjena volumena s padom temperature događa se na neobičan način. U početku se voda ponaša kao mnoge druge tekućine: postupno postaje gušća, smanjuje svoj volumen. To se opaža do 4°C (točnije do 3,98°C). Na ovoj temperaturi kao da se bliži kriza. Daljnje hlađenje više ne smanjuje, već postupno povećava volumen. Glatkoća se naglo prekida na 0°C, krivulja prelazi u strmu ravnu liniju, a volumen se naglo povećava za gotovo 10%. Voda se pretvara u led.

Očito, na 3,98°, toplinska interferencija u formiranju suradnika počinje toliko slabiti da se pojavljuje mogućnost nekog strukturnog preuređenja vode u okvire nalik ledu. Molekule su međusobno poredane, a mjestimično se stvara heksagonalna struktura karakteristična za led1.

Ovi procesi u tekućoj vodi, takoreći, pripremaju potpuno strukturno restrukturiranje, a na 0°C se ono događa: tekuća voda postaje led - kristalna krutina. Svaka molekula dobiva priliku povezati se vodikovim vezama s četiri

Ja sam susjeda. Stoga, u fazi leda, voda tvori otvorenu strukturu s "kanalima" između fiksnih skupina molekula vode.

Vjerojatno je još jedno neobično svojstvo vode povezano sa strukturnim restrukturiranjem - naglim skokom toplinskog kapaciteta tijekom faznog prijelaza "voda-led". Voda na 0°C ima specifični toplinski kapacitet od 1,009. Specifični toplinski kapacitet vode pretvorene u led pri istoj temperaturi upola je manji.

Zbog osobitosti strukturnog prijelaza "voda - led", u rasponu od 3,98...0°C, prirodni rezervoari dovoljne dubine obično se ne smrzavaju do dna. S početkom zimske hladnoće, gornji slojevi vode, nakon što su se ohladili na približno +4 ° C i postigli maksimalnu gustoću, tonu na dno rezervoara. Ti slojevi prenose kisik u dubinu i pomažu ravnomjernoj raspodjeli hranjivih tvari. Umjesto njih, toplije mase vode izdižu se na površinu, postaju gušće, hlade se u dodiru s površinskim zrakom i, nakon što se ohlade na +4°C, tonu dublje. Miješanje se nastavlja sve dok se cirkulacija ne iscrpi i rezervoar ne bude prekriven plutajućim slojem leda. Led pouzdano štiti dubine od potpunog smrzavanja - uostalom, njegova toplinska vodljivost je mnogo manja od vode.

Svake godine zdrav način života postaje sve popularniji. Ljudi prestaju pušiti, počinju se baviti sportom, broje kalorije u hrani koju su dnevno konzumirali, kontroliraju višak kilograma. Postoji niz sportova...

Tehnologija ispisa širokog formata uključuje repliciranje tiskanih proizvoda s velikim parametrima na posebnim "širokim pisačima" i ploterima. Zahvaljujući korištenju tako moćnih moderna oprema Možete dobiti ispise u različitim formatima A1, A2, A3 i...

zagrijavanje – važan proces bilo kakvo renoviranje doma. Uostalom, o tome će ovisiti trajnost pojedinog zida i fasade u cjelini. Danas proizvođači nude širok izbor materijala za izolaciju - mineralne ...

• >

  Pretpostavljam da zbog toga što je led lakši od nezamrznute vode, prvi kristali leda isplivaju na površinu, spajaju se jedni s drugima, a smrzavanje dolazi brže u gornjem dijelu.

  Vrijedno je napomenuti da s druge strane postoji konvekcija, koja će djelovati upravo suprotno, podižući više Topla voda prema gore i sprječava stvaranje leda tamo. Međutim, čini mi se da se sporim, ravnomjernim zamrzavanjem taj učinak izravnava.

• Kako zatvoriti PUNU teglu vode?

  Slažem se. Savršeno brtvljenje ovdje ne funkcionira. Dakle, lijepljenje lema na vrh, sve dok voda ne iscuri. Usput, vodena para zapravo se formira na mjestu lemljenja kada se zagrije s lemilom.

  Očito je da će se volumen vode vratiti na prvobitnu vrijednost. No, zbog čega - postoji pretpostavka da se neće utisnuti dno (postalo je jako lučno), nego bočna stijenka limenke.

  Da je staklenka bila potpuno zatvorena, onda da, bočna stijenka bi bila utisnuta. Ali zrak ipak ulazi. Stoga se nakon odmrzavanja ispostavlja da se zrak pojavljuje na vrhu, tijekom zamrzavanja dno se još više istisne i tako dalje, sve dok potpuno ne povrati.

  P.S. Danas sam odmrznuo staklenku i stavio je na drugo zamrzavanje. Da vidimo što će biti od ovoga...

• 1. Pokušao sam ga zalemiti, nije išlo! Mogao sam ga skuhati samo poluautomatski (električno zavarivanje), zamrznuo, odledio dno se nije uvuklo, mislio sam da je zbog zraka, uzeo drugu staklenku, zalemio cijev od komore, provjerio zrakom na 2 atm, ne curi, ispunjen vodom, nema zraka! zaleđeno, odmrznuto, stranice se jedva uvlače, provjeravam nakon sat vremena, pojavio se višak pritiska i čini mi se da kod smrzavanja i odmrzavanja vode izlazi zrak otopljen u njoj, zato se stranice ne uvlače
  2, voda kristalizira odozgo (rijeka zimi, bačva vode), led je lakši od vode, mislim da je i hladnovodljiv.
• limenka je ista kao tvoja od mlijeka, sve se isto dogodilo kao kod tebe nakon odmrzavanja, voltaža je malo pala odleđena sa sobna temperatura Mislim da vrijedi uzeti u obzir temperaturu vode; u mom slučaju to je 7 stupnjeva, a sobna temperatura od 25 stupnjeva vjerojatno također ima utjecaja. Sada provjeravam što će se dogoditi ako se staklenke stave na bok sa šavom prema vrhu i šavom prema dnu!
• > 1. Zašto se voda koja se smrzava istiskuje iz donjeg poklopca, a nema praktički nikakav učinak na gornji?
  Vjerujem da je proces zamrzavanja, s obzirom na to da je staklenka bila unutra Plastični spremnik, nije ravnomjerno tekla. Najprije se počeo smrzavati gornji dio staklenke jer je bio bliže hladnoći, dok se donji dio nalazio između stijenki plastike i željeza. Zrak u limenkama bio je malo topliji nego s vrha. Dalje, glazura unutar gornjeg dijela limenke dala joj je dodatnu čvrstoću, ali pretvarajući se u led, voda se proširila i vršila pritisak na tekućinu u donjem dijelu limenke. banke.
• > 1. Zašto se voda koja se smrzava istiskuje iz donjeg poklopca, a nema praktički nikakav učinak na gornji?

  1. na vrhu se stvara led. to je zbog činjenice da se hlađenje (a ne smrzavanje vode, kako piše autor) diže do vrha zbog činjenice da se nakon hlađenja (od 4 stupnja do 0) gustoća smanjuje.
  2. hlađenje (a ne smrzavanje vode, kako piše autor), zbog povećanja volumena, više ne pritišće poklopac, već ledeni "pak", koji ravnomjerno raspoređuje silu po cijelom području poklopac. najslabiji dio poklopca (od sredine) podvrgnut je istom pritisku kao i najjači dijelovi (blizu bočnih stijenki). Kao rezultat toga, sila koju stvara rashladna voda gasi "jaki" dio poklopca. u donjem dijelu nema leda, voda pritišće “jake” dijelove, oni se ne savijaju, ukupni pritisak prelazi na “slabe” dijelove, a da ga “jaki” dijelovi ne apsorbiraju (jer se sila prenosi kroz voda u svim smjerovima). nešto kao to.

• Drug Znanstvenici! Može li mi netko reći koliki pritisak ledena voda i nastali led vrše na stijenke posude?
• Ne budi pametan. Proguralo se kroz dno, jer gravitacija također djeluje na ovu staklenku + činjenica da dno ima najveću gustoću vode kad se smrzne, tako da vrh jednostavno nije imao toliko mase za širenje koliko je bilo na dnu.

  Tlak se može izračunati pomoću p1/p2 = ((n voda)/(n led))*T1/T2

  Donji poklopac će se uvijek istisnuti, osim ako se staklenka ne smrzne pod stalnim okretanjem. Ili u nedostatku gravitacije.

  Da bismo dobili temperaturu leda za gornju jednadžbu, mjerimo temperaturu staklenke, Q1=Q2, Q1=c*m*dT (tegla)
  Q2=c2*m2*dT2 + dL*m + c3*m2*dT3
  voda hladi + voda kristalizira + led hladi
  dT3 = (c*m*dT-c2*m2*dT2-dL*m)/(c3*m2)

  To će biti promjena u temperaturi leda.
  Zamijenite ga u T=0+273-dT3 - temperatura će biti T2.
  Temperatura T1 - voda - s termometrom kada voda ulazi u termodinamičku ravnotežu s teglom.

  P2 - pritisak leda, p1=pa+((m*9,8)/S(dno))

  Čini se da je to sve.
  Uzmite p2, što će biti jednako količini pritiska potrebnoj da istisnete limenku za određenu količinu.

  U pojednostavljenom obliku ovaj problem izgleda ovako, a rezultat nije potpuno točan. Radi točnosti, ovdje bi bilo potrebno integrirati, ali mislim da je ovo pretjerano.

  Nadam se da nisam ništa propustio.

• Sasha

  13. prosinca 2012., 16:14

  Učinak koji se razmatra nastaje zbog činjenice da je gustoća leda zapravo manja od gustoće vode, dakle početno stanje dolazi do smrzavanja gornje slojeve(odozgo prema dolje). Kada se gornji slojevi smrznu, oni djeluju na stijenke posude (sila trenja!). U završnoj fazi smrzavanja ta sila trenja o stijenke veća je od protusile našeg dna. Zato se dno istiskuje.

• Ivana

  7. studenog 2014. u 06:54

  0lympian, kao što znaš, kada se voda ohladi, njeni topli slojevi će se podići, a hladni slojevi će potonuti na dno, ovaj efekt se opaža do 4 stupnja Celzijusa (najveća gustoća vode) i neće biti pomicanja slojeva dok se voda ne ohladi do pune dubine do 4 stupnja. Nakon toga dolazi do kristalizacije molekula (njihova gustoća je manja od gustoće vode na 4 stupnja) i one se dižu prema gore, stvara se led na gornjem poklopcu staklenke, a daljnjim smrzavanjem lakše se ledu istisnuti donji poklopac staklenke nego svladati otpor "ledenog čepa" formiranog na vrhu (putem najmanjeg otpora).
• Aleksandre, neće otvoriti nepun spremnik, jer... Na mjestima pritiska led će se otopiti.

• 11. siječnja 2015. u 07:44

  Hvala vam puno! Razumijem da bi pitanje moglo izgledati primitivno, na razini školski plan i program iz fizike, ali ja sam humanist, au školi me, blago rečeno, nisu privlačile egzaktne znanosti. Iako su me neke pozicije u fizici, a posebno u geometriji privlačile. Pretpostavio sam da ima prostora za širenje leda, ali nisam bio siguran - znači da je spremnik jednostavno zahrđao na spoju. Još jednom hvala na odgovoru! Još jednom hvala na odgovoru, sretni blagdani! Iskreno. Aleksandar.
• peta, koliko sam shvatio, strani predmeti (daske, trupci, boce) u vodi koja se smrzava sprječavaju nastanak cijeli komad led. Koji samo pritišće sa strane i dolje. Umjesto toga, imamo nekoliko dijelova koji se mogu pomicati jedan u odnosu na drugi i stoga ne vrše pritisak na stijenke i dno spremnika.
• Led koji se širi NE vrši pritisak na bočne stijenke i dno.

  Propuštena "NE" renderiranja

• peta, stavite pod u spremnik s vodom kako biste ga zaštitili od ispuštanja prekomjernog tlaka nakon zaleđivanja vanjskih stijenki i poklopca (gornji led). Isto s bocama (plastičnim). Bazen je bolje ostaviti dopola pun kako bi se pritisak smrznute zemlje i leda u njemu poništili.
• Jeste li razmišljali o tome da je limenka metalna i da se na hladnom vremenu skuplja, a na temperaturama iznad nule širi?

• Edvard

  26. ožujka 2016., 07:35

  Što je s limenkom za mlijeko? A mlijeko je masna emulzija. Jeste li odmastili unutrašnjost staklenke? A ako nije, onda je mast stvorila monomolekularni sloj na površini vode u staklenci, zar ne? Možda je i to utjecalo? Pa poznato je da je pritisak veći u onom smjeru gdje mu je otpor slabiji. Stoga, ako se vrpolji odozgo prema dolje, tada preostala nezamrznuta voda, smrzavajući se, pritišće gdje masivni led Ne još? Odnosno na relativno plastičnom donjem poklopcu, dnu?
• tko sta pise, a nitko nije odgovorio zasto zatvorena puca staklenka potpuna. Neki dan sam se odlučila posvađati da pukne jer voda ne mijenja volumen, a staklo se skupi od hladnoće i nema se gdje skupiti pa tegla pukne.. Smijali su mi se, ali sjećam se točno što rekla je profesorica fizike. Ili sam možda nešto zaboravio? Ispravi me..
• i sada sam siguran da sam u pravu.

• 25. rujna 2016. u 17:14

  Vladimir Nemov, voda samo mijenja volumen: gustoća vode = 1, a gustoća leda = 0,9. Odnosno, prilikom zamrzavanja dobiva se nagli skok u zauzetom volumenu. A kako limenka ima konstantan volumen, ona pukne. Još jedna loša stvar je što je ovo staklo - pukotina ide po cijeloj tegli odjednom. Nekako sam zeznuo stvar staklenka od tri litre, u kojem se slučajno smrznula litra vode - pukla je skroz.
• Ako ste upućena osoba, neću raspravljati, ali nešto me proganja, nešto nije u redu... Kad se staklo smrzne, nema tendenciju smanjenja volumena? Tu se vjerojatno krije odgovor! Ali svejedno hvala na pojašnjenju.
• Hvala vam.
• Smrznuta voda se istiskuje kroz donji poklopac jer se potencijalna energija vodenog leda ne povećava, pa središte mase postaje niže
• Kada se mijenja agregatno stanje tvari i istovremeno apsorbira energija, volumen tijela se povećava.
• Pitanje je relevantno s praktičnog gledišta. Bio je slučaj. Na grobu zimi puče vrč iz umjetni kamen. Savjet je očit: prekrijte ga prije mraza kako voda ne bi ušla u njega. Ali to nije uvijek moguće. Koje drugo rješenje postoji? Na primjer, stavite nešto unutra.
• Sve je jako zanimljivo jer radim na temi korištenja hladne energije i razvio sam gotovo vječni pogon.
• Nikolaj! Podijelite svoj razvoj. Ili mi daj link gdje se o tome raspravlja.
• Stvar je u tome što led, plutajući do vrha limenke, formira ravnomjeran okvir, što čini daljnji pritisak na gornji poklopac ravnomjernim, a Donji dio Smrzava se s neravnom površinom koja je jednaka dnu posude, a s omjerom 70% leda i 30% vode, grubo rečeno, led u svom donjem dijelu postaje u obliku klina, što daje manju površinu pritiska i zato se protisne dno staklenke. Možeš računati i na silu gravitacije, led i dalje pritišće dno čak i ako ima vode, malo naravno, ni osjetno, ali pritišće.
• Bilo je pitanje - kakvu posudu treba napraviti i od čega da ne pukne kad se voda smrzne. Kada se voda smrzne, njezin se volumen poveća za otprilike 10%. Budući da posuda nije pukla, to znači da voda nije povećala svoj volumen - tj. nije smrznuto. Sada za informaciju - ledište vode se smanjuje kako se tlak povećava za oko 1 stupanj. C za svakih 130 atm. a doseže minimum (-22 stupnja C) pri tlaku od 2200 atm. Oni. može se tvrditi da je posuda koja neće prsnuti kada se voda smrzne na temperaturu od -22 stupnja. C mora izdržati 2200 atm. Oni. više od 2 tone po kvadratu. vidi Više nego na dnu Marijanske brazde
• Na vrhu se stvara led. Budući da je led čvrsta tvar, teže je progurati debljinu leda + gornji poklopac s pritiskom nego progurati donji dio bez leda, a zatim učinak klipa odozgo prema dolje s pritiskom na vodu.

zagrijani plamen, a u drugom jednaka količina topline dolazi od relativno hladnog željeza.

Eksperimenti su pokazali da u oba slučaja nema razlike, pa je stoga toplina, promatrana u odnosu na njezinu sposobnost da zagrijava tijela i mijenja njihovo stanje, veličina koja podliježe preciznom mjerenju i ne može predstavljati kvalitativne razlike.

K. Maxwell. "Teorija topline" % 1883.

Širenje vode pri smrzavanju.

Počevši od 4°C. do točke smrzavanja voda se širi hlađenjem, a kada se pretvori u led, njeno širenje se događa brzo i naglo. Led, kao što znate, pluta na vodi jer zbog širenja postaje lakši od nje.

Sila kojom dolazi do ovog širenja vode kada se smrzne je ogromna. Da bismo dobili predodžbu o toj napetosti, napravimo pokus: voda se ulije u željeznu posudu čije su stijenke debele pola inča. Količina vode nije velika, ali puni posudu; nakon toga se dobro zatvori poklopcem zavrnutim na vrat. Uzimamo drugu sličnu posudu. Uronite obje posude u smjesu za hlađenje. Postupno se hlade, voda u njima doseže svoju točku najveća gustoća, i bez sumnje u ovom trenutku ne puni boce do kraja, ali ostavlja malu prazninu unutra. Ali ubrzo prestaje kompresija vode i počinje širenje; praznina se polako popunjava; voda postupno prelazi iz tekućeg stanja hčvrsta, te se njezin volumen povećava, a stijenke željezne posude odupiru se tom povećanju volumena. Ali njihov otpor je nemoćan protiv molekularnih sila: molekule su prerušeni divovi. Čuje se tresak: boca pršti od kristalizirajućih čestica; isto se događa i s drugom bocom.

U drugom pokusu, debele stijenke topničke bombe pukle su uz glasnu eksploziju: bomba je napunjena vodom, čvrsto zavrnuta i stavljena u kadu sa smjesom za hlađenje. Prilikom izvođenja ovog eksperimenta kadu morate pokriti debelim platnom: kad to nisam učinio, fragmenti bombe su bili bačeni do stropa.

Sada razumijete učinak mraza na vodovodne cijevi u kućama. Obično se misli da cijevi pucaju kada se led otopi u cijevima *), ali zapravo se to događa tijekom smrzavanja:

*) Zbog loše toplinska vodljivost zidova I tlo, hladna vrlo polako oko odlazi kroz ih I doseže opskrba vodom cijevi V kuće (posebno V podrumi) S znati pun poštovanja kasniti je često samo Zatim, Kada vani zgrada imao vremena već nakon mraz dođi otopiti se; V ovaj, Po svi vjerojatnosti, I trebao bi vidjeti razlog uobičajen nogo zablude kao da vodovod cijevi puknuti Ne V smrzavanje, A V otopiti, oni. Ne iz smrzavanje voda, A iz topljenje led.- Comp.

Gustoća

Gustoća čisti ledρ h na temperaturi od 0 °C i tlaku od 1 atm (1,01105 Pa) jednak je 916,8 kg/m 3. Kako tlak raste, gustoća leda lagano raste. Tako u podnožju antarktičkog ledenog pokrivača na mjestima njegove najveće debljine, koja doseže 4200 m, gustoća leda može doseći 920 kg/m3. Gustoća leda također raste s padom temperature (za oko 1,5 kg/m 3 kada se temperatura snizi za 10 °C).

Toplinska deformacija

Sniženjem temperature smanjuju se linearne dimenzije i volumeni uzoraka i ledenih masa, a s porastom temperature uočava se suprotan proces - toplinsko širenje leda. Koeficijent linearnog širenja leda ovisi o temperaturi, povećavajući se kako ona raste. U temperaturnom području od -20 do 0 °C koeficijent linearnog širenja je prosječno 5,5-10~5. a koeficijent volumenskog širenja, prema tome, iznosi 16,5-10"5 po 1 °C. U području od -40 do -20 °C, koeficijent linearnog širenja smanjuje se na 3,6-10"5 po 1 °C.

Toplina taljenja i sublimacija

Količina topline potrebna za taljenje jedinice mase leda bez promjene temperature naziva se specifična toplina taljenja leda. Smrzavanje vode oslobađa istu količinu topline. Na 0 °C i na normalnoj atmosferski pritisak određena toplina otapanje leda je jednako Lpl = 333,6 kJ/kg.

Latentna toplina isparavanja vode, ovisno o njezinoj temperaturi, jednaka je
L isp = 2500 - 246 kJ/kg,
gdje je 6 temperatura leda u °C.

Specifična toplina sublimacije leda, tj. količina topline potrebna za izravni prijelaz svježi led u paru pri konstantnoj temperaturi, jednakoj zbroju topline potrebne za taljenje leda L i isparavanje vode L eva:
L sub =L sub +L koristiti

Specifična toplina sublimacije gotovo je neovisna o temperaturi leda koji isparava (na 0 °C L sublim = 2834 kJ/kg, na -10 °C - 2836, na -20 °C - 2837 kJ/kg). Kad para sublimira, oslobađa se slična količina topline.

Toplinski kapacitet

Količina topline potrebna za zagrijavanje jedinice mase leda za 1 °C pri stalnom tlaku naziva se specifični toplinski kapacitet led. Toplinski kapacitet svježeg leda C l opada s padom temperature:
Cl = 2,12 + 0,00786 kJ/kg.

Odnos

Led ima svojstvo resorpcije (smrzavanja) koje je karakterizirano time da kada dva komada leda dođu u dodir i stisnu se zajedno zamrznu. Pod utjecajem lokalnih visoki krvni tlak Na kontaktima može doći do otapanja leda. Dobivena voda se istiskuje na mjesta gdje je pritisak manji i tamo se smrzava. Smrzavanje ledenih površina može se dogoditi bez pritiska i bez sudjelovanja tekuće faze.

Zahvaljujući svojstvu resorpcije, pukotine u ledenim pločama i masivima mogu "zacijeliti", a napuknuti led može se pretvoriti u monolitni led. Ovo je vrlo važno kada koristite led kao gradevinski materijal za izgradnju inženjerskih objekata (skladišta leda, vodonepropusne jezgre hidrotehničkih građevina i dr.).

Metamorfizam

Metamorfizam leda je promjena njegove strukture i teksture pod utjecajem molekularnih i termodinamičkih procesa. Ti se procesi najpotpunije očituju u stvaranju metamorfnog leda, kada se kontinuirani, neprobojni agregat ledenih kristala tijekom vremena formira od početne nakupine snježnih čestica koje se jedva dodiruju. U tom slučaju dolazi do relativnih pomaka kristala, površinske promjene oblika i veličine, deformacije i rasta jednih kristala na račun drugih.

U kristalni led metamorfizam se javlja pretežno u obliku skupne rekristalizacije s povećanjem prosječne veličine kristala i smanjenjem njihova broja po jedinici volumena. Kako se veličina kristala povećava, intenzitet rekristalizacije se usporava.

Optička svojstva

Led je jednoosni, optički pozitivni kristal koji je dvoloman i ima najniži indeks loma od svih poznatih minerala. Kao rezultat dvoloma, svjetlosni tok u kristalu je polariziran. To omogućuje određivanje položaja kristalnih osi pomoću polaroida.

Pri prolasku svjetlosti kroz polikristalni led uočava se slabljenje fluksa zbog apsorpcije i raspršenja, dok se svjetlosna energija pretvara u toplinu, uzrokujući radijacijsko zagrijavanje i topljenje leda. Raspršena svjetlost širi se u ledu u svim smjerovima, uključujući izlaz kroz ozračenu površinu. Zbog raspršivanja svjetlosti, led izgleda plavo, pa čak i smaragdno, a ako u ledu postoji značajna količina zračnih inkluzija, postaje bijel.

Omjer količine energije zračenja reflektirane od površine leda i raspršene površinom prema ukupnoj energiji svjetlosti koja dolazi na površinu naziva se albedo leda. Vrijednost albeda ovisi o stanju površine leda - za čisti hladni led vrijednost albeda je oko 0,4, a kod otapanja i kontaminacije površine smanjuje se na 0,3-0,2. Kada se snijeg taloži na površinu leda, albedo se značajno povećava. Albedo snijega varira od 0,95 za svježe pao suhi snijeg u polarnim i planinskim područjima do 0,20 za mokar, kontaminirani snijeg.

Voitkovsky K.F. Osnove glaciologije. M.: Nauka, 1999, 255 str.