Sniegs peld vai grimst ūdenī. Kāpēc ledus negrimst ūdenī, bet peld uz tā virsmas. Kāpēc ledus nenogrimst

Okeānā polārie ledus bloki un aisbergi dreifē, un pat dzērienos ledus nekad nenogrimst dibenā. Var secināt, ka ledus ūdenī negrimst. Kāpēc? Domājot par to, šis jautājums varētu izklausīties nedaudz dīvains, jo ledus ir ciets un - intuitīvi - tam jābūt smagākam par šķidrumu. Lai gan tas attiecas uz lielāko daļu vielu, ūdens ir noteikuma izņēmums. Ūdens un ledus atšķiras ar ūdeņraža saitēm, kas padara ledu vieglāku, kad tas ir ciets, nekā tad, kad tas ir šķidrs.

Zinātniskais jautājums: kāpēc ledus negrimst ūdenī

Iedomājieties, ka mēs esam nodarbībā ar nosaukumu “ Pasaule"3. klasē. "Kāpēc ledus negrimst ūdenī?" Skolotājs jautā bērniem. Un bērni, kuriem nav dziļu zināšanu fizikā, sāk spriest. - Varbūt tā ir maģija? - saka viens no bērniem.

Patiešām, ledus ir ārkārtīgi neparasts. Citu dabisko vielu, kas cietā stāvoklī varētu peldēt uz šķidruma virsmas, praktiski nav. Šī ir viena no īpašībām, kas ūdeni padara par tik neparastu vielu, un, ja atzīstaties, tieši tā maina planētu evolūcijas ceļu.

Ir dažas planētas, kurās ir milzīgs daudzums šķidru ogļūdeņražu, piemēram, amonjaks, tomēr, sasalstot, šis materiāls iegrimst apakšā. Iemesls, kāpēc ledus ūdenī nenogrimst, ir tāpēc, ka sasalstot ūdens izplešas un tajā pašā laikā tā blīvums samazinās. Interesanti, ka ledus izplešanās dēļ var izlauzties akmeņi - ūdens apledojuma process ir tik neparasts.

Zinātniski runājot, sasalšanas procesā tiek izveidoti un droši ātras atmosfēras cikli ķīmiskās vielasizdalījušies uz virsmas, spēj izšķīdināt minerālvielas. Parasti ūdens sasalšana ir saistīta ar procesiem un iespējām, ko citu šķidrumu fiziskās īpašības nenozīmē.

Ledus un ūdens blīvums

Tādējādi atbilde uz jautājumu, kāpēc ledus negrimst ūdenī, bet gan peld uz virsmas, ir tāds, ka tam ir mazāks blīvums nekā šķidrumam - bet tā ir pirmā līmeņa atbilde. Lai labāk saprastu, jums jāzina, kāpēc ledus ir ar mazu blīvumu, kāpēc lietas vispār peld, kā blīvums noved pie pludiņa.

Atcerēsimies grieķu ģēniju Arhimēdu, kurš uzzināja, ka pēc noteikta objekta iegremdēšanas ūdenī ūdens tilpums palielinās par skaitli, kas vienāds ar iegremdētā objekta tilpumu. Citiem vārdiem sakot, ja jūs uz ūdens virsmas novietojat dziļu trauku un pēc tam ievietojat tajā smagu priekšmetu, ūdens tilpums, kas ielej traukā, būs tieši vienāds ar objekta tilpumu. Nav svarīgi, vai objekts ir pilnībā vai daļēji iegremdēts.

Ūdens īpašības

Ūdens ir pārsteidzoša viela, kas būtībā baro dzīvību uz zemes, jo tas ir vajadzīgs katram dzīvam organismam. Viena no vissvarīgākajām ūdens īpašībām ir tā, ka tai ir vislielākais blīvums 4 ° C temperatūrā. Tātad, karsts ūdens vai ledus ir mazāk blīvs nekā auksts ūdens... Blīvāku vielu virsū peld mazāk blīvas vielas.

Piemēram, gatavojot salātus, jūs varat pamanīt, ka eļļa atrodas uz etiķa virsmas - tas izskaidrojams ar to, ka tai ir mazāks blīvums. Šis likums ir spēkā arī, lai izskaidrotu, kāpēc ledus negrimst ūdenī, bet grimst benzīnā un petrolejā. Vienkārši šīm divām vielām ir mazāks blīvums nekā ledus. Tātad, ja jūs palaižat piepūšamo bumbu baseinā, tā uzpeldēs uz virsmas, bet, ja jūs iemetīsit akmeni ūdenī, tā nogrims apakšā.

Kādas izmaiņas notiek ūdenī, kad tas sasalst

Ledus ūdenī nenogrimst tāpēc, ka ūdeņi sasalstot mainās ūdeņraža saites. Kā jūs zināt, ūdens sastāv no viena skābekļa atoma un diviem ūdeņraža atomiem. Tie ir piestiprināti ar kovalentām saitēm, kas ir neticami spēcīgas. Tomēr cita veida saite, kas veidojas starp dažādām molekulām, ko sauc par ūdeņraža saiti, ir vājāka. Šīs saites veidojas tāpēc, ka pozitīvi lādētos ūdeņraža atomus piesaista negatīvi lādēti skābekļa atomi no kaimiņu ūdens molekulām.

Kad ūdens ir silts, molekulas ir ļoti aktīvas, daudz pārvietojas, ātri veido un noārda saites ar citām ūdens molekulām. Viņiem ir enerģija, lai tuvotos viens otram un ātri pārvietotos. Tad kāpēc ledus negrimst ūdenī? Ķīmija slēpj atbildi.

Ledus fizikālķīmija

Kad ūdens temperatūra nokrītas zem 4 ° C, šķidruma kinētiskā enerģija samazinās, tāpēc molekulas vairs nepārvietojas. Viņiem nav enerģijas kustībai, un viņiem nav tikpat viegli kā augstā temperatūrā pārtraukt un veidot saites. Tā vietā viņi veido vairāk ūdeņraža saites ar citām ūdens molekulām, lai izveidotu sešstūra režģa struktūras.

Viņi veido šīs struktūras, lai negatīvi lādētās skābekļa molekulas noturētu viena no otras. Sešstūru vidū, kuru veido molekulu darbība, ir daudz tukšumu.

Ledus grimst ūdenī - iemesli

Ledus faktiski ir par 9% mazāk blīvs nekā šķidrs ūdens. Tāpēc ledus aizņem vairāk vietasnekā ūdens. Praksē tam ir jēga, jo ledus paplašinās. Tāpēc nav ieteicams iesaldēt stikla pudele ūdens - sasalušais ūdens var radīt lielas plaisas pat betonā. Ja jums ir litra pudele ledus un litra ūdens pudele, tad ledus ūdens pudele būs vieglāka. Šajā brīdī molekulas atrodas tālāk viena no otras nekā tad, kad viela atrodas šķidrā stāvoklī. Tāpēc ledus ūdenī negrimst.

Kad ledus izkūst, stabilā kristāla struktūra sabojājas un kļūst blīvāka. Kad ūdens sasilst līdz 4 ° C, tas iegūst enerģiju, un molekulas pārvietojas ātrāk un tālāk. Šī iemesla dēļ karsts ūdens aizņem vairāk vietas nekā auksts un peld virs aukstā ūdens - tam ir mazāks blīvums. Atcerieties, ka atrodoties ezerā, peldoties, augšējais ūdens slānis vienmēr ir patīkams un silts, bet, nolaižot kājas dziļāk, jūtat apakšējā slāņa aukstumu.

Ūdens sasalšanas nozīme planētas darbībā

Neskatoties uz to, ka jautājums "Kāpēc ledus negrimst ūdenī?" attiecībā uz 3. pakāpi ir ļoti svarīgi saprast, kāpēc notiek šis process un kas ir svarīgi planētai. Tādējādi ledus peldspējai ir svarīgas sekas dzīvībai uz Zemes. Ziemā aukstās vietās ezeri sasalst - tas ļauj zivīm un citiem ūdensdzīvniekiem izdzīvot zem ledus segas. Ja dibens sasala, pastāv liela varbūtība, ka viss ezers varētu būt sasalis.

Šādos apstākļos nebūtu izdzīvojis neviens organisms.

Ja ledus blīvums būtu lielāks nekā ūdens blīvums, tad ledus okeānos nogrimtu, un ledus cepures, kas šajā gadījumā būtu apakšā, nevienam neļautu tur dzīvot. Okeāna dibens būtu pilns ar ledu - un kas tas viss būtu? Cita starpā polārais ledus ir svarīgs, jo tas atstaro gaismu un aizsargā planētu Zeme no pārkaršanas.

Kāpēc peld ledus

Ikviens zina, ka ledus negrimst, bet gan peld pa ūdens virsmu. Šis fakts ir diezgan neparasts, jo ledus ir cieta viela, un cietās vielas parasti vienmēr nogrimst šķidrumā, kas veidojas, kad tās kūst.

Visas dabā esošās vielas karsējot izplešas un atdziestot saraujas. Ūdens ievēro šo noteikumu, bet tikai līdz noteiktai temperatūrai. Tas saraujas, atdziestot līdz + 4 ° С. Šajā temperatūrā ūdenim ir vislielākais blīvums un svars. Atdziestot tālāk un pārvēršoties ledū 0 ° C temperatūrā, tas ... izplešas. Šajā gadījumā ledus palielinās apjomā, un blīvums un svars samazinās. Ledus kļūst vieglāks par ūdeni, no kura tas izveidojās. Tāpēc ledus ūdenī nekūst, bet peld uz tā virsmas.

Šīs ledus īpatnības dēļ ūdens rezervuāros sasalst tikai uz virsmas. Ja ledus nogrimtu ūdenī, tas iegrimtu apakšā, ūdens virsū atkal pārvērstos par ledu un atkal nogrimtu ...dažu dienu laikā ūdenskrātuve sasaltu no virsmas līdz apakšai, un visi dzīvnieki un augi sasaltu kopā ar ūdeni ... dzīve uz visas zemes.

Kad ūdens sasalst un pārvēršas par ledu, tas izplešas un palielinās apjomu nevis tik daudz, cik nepieciešams, bet apmēram par vienu devīto daļu. Tas nozīmē, ka, sasaldējot 9 litrus ūdens, jūs iegūsiet 10 litrus ledus.

Kad ledus uzpeld, uz virsmas mēs redzam tikai vienu devīto. Piemēram, ja ledus kūļa augstums virs ūdens ir 2 cm, tad zem ūdens tā slānis ir 9 reizes biezāks, tas ir, 2 reizes 9 \u003d 18 cm, un visas ledus kārtas biezums ir 20 cm.

Jūrās un okeānos dažreiz ir milzīgi ledus kalni - aisbergi. Tie ir ledāji, kas slīd lejā no polārajiem kalniem un kurus straume un vējš aiznes atklātā jūrā. To augstums var sasniegt 200 metrus, un tilpums var būt vairāki miljoni kubikmetru. Deviņas desmitdaļas no visas aisberga masas ir paslēptas zem ūdens. Tāpēc tikšanās ar viņu ir ļoti bīstama. Ja kuģis laikus nepamana kustīgo ledus gigantu, sadursmē tas var nopietni sabojāties vai pat iet bojā.

Viena no bagātākajām vielām uz Zemes: ūdens. Mums tas ir vajadzīgs, piemēram, gaiss, bet dažreiz to nemaz nepamana. Viņa vienkārši ir. Bet izrādās, ka parastais ūdens var mainīt tā tilpumu un vairāk vai mazāk nosvērt. Kad to silda un atdzesē, notiek patiešām pārsteidzošas lietas, par kurām mēs uzzināsim šodien.

Muriels Mandels savā izklaidējošajā grāmatā "Phycisc eksperimenti bērniem" izklāsta visinteresantākās domas par ūdens īpašībām, uz kuru pamata ne tikai jaunie fiziķi var daudz uzzināt, bet arī pieaugušie atsvaidzinās savas zināšanas, kuras ilgi nebija pieteikušies, tāpēc izrādījās, ka viņi ir nedaudz aizmirsti.

Šodien mēs pievērsīsimies ūdens tilpumam un svaram. Izrādās, ka tas pats ūdens tilpums ne vienmēr sver vienādu. Un, ja glāzē ielej ūdeni un tas neizlīst pāri malai, tas nenozīmē, ka tas jebkurā gadījumā tajā iederēsies.

1. Sildot, ūdens palielinās

Ievietojiet ar ūdeni piepildīto burku katliņā, kas piepildīts ar apmēram piecus centimetrus verdoša ūdens, un turiet to vārot zemā siltumā. Ūdens no burkas sāks pārplūst. Tas ir tāpēc, ka sildot, ūdens, tāpat kā citi šķidrumi, sāk aizņemt vairāk vietas. atgrūž viens otru ar lielāku intensitāti, un tas izraisa ūdens tilpuma palielināšanos.

2. Atdzesēts, ūdens tiek saspiests

Ļaujiet ūdenim burkā atdzist līdz istabas temperatūrai vai pievienojiet svaigu ūdeni un atdzesējiet. Pēc kāda laika jūs atradīsit, ka iepriekš pilna banka vairs nav pilna. Atdzesējot līdz 3,89 grādiem pēc Celsija, ūdens samazinās, samazinoties temperatūrai. Iemesls tam bija molekulu kustības ātruma un to pieejas samazināšanās dzesēšanas ietekmē.

Šķiet, ka viss ir ļoti vienkārši: jo ūdens ir vēsāks, jo mazāk tilpuma tas nepieciešams, bet ...

3. ... sasalstot ūdens daudzums atkal palielinās

Burku piepilda ar ūdeni līdz malām un pārklāj ar kartona gabalu. Novietojiet to saldētavā un pagaidiet, līdz tas sasalst. Jūs atradīsit, ka kartona "vāks" ir izstumts. Temperatūras diapazonā no 3,89 līdz 0 grādiem pēc Celsija, tas ir, ceļā uz tā sasalšanas punktu ūdens atkal sāk paplašināties. Tā ir viena no nedaudzajām zināmajām vielām ar šo īpašību.

Ja jūs izmantojat stingru vāku, ledus vienkārši izpūst burku. Vai esat dzirdējuši par to, ka pat ūdensvadi var saplīst ar ledu?

4. Ledus ir vieglāks par ūdeni

Ievietojiet pāris ledus gabaliņus glāzē ūdens. Ledus uzpeldēs uz virsmas. Kad ūdens sasalst, tā daudzums palielinās. Tā rezultātā ledus ir vieglāks par ūdeni: tā tilpums ir aptuveni 91% no attiecīgā ūdens tilpuma.

Šī ūdens īpašība dabā pastāv nez kāpēc. Viņam ir ļoti noteikts mērķis. Tiek teikts, ka ziemā upes sasalst. Bet patiesībā tas nav pilnīgi taisnība. Parasti sasalst tikai neliels augšējais slānis. Šī ledus sega nenogrimst, jo ir vieglāka šķidrs ūdens... Tas palēnina ūdens sasalšanu upes dziļumā un kalpo kā sava veida sega, aizsargājot zivis un citus upju un ezeru dzīvniekus no smagām ziemas salnām. Studējot fiziku, jūs sākat saprast, ka ļoti daudz dabā ir sakārtots lietderīgi.

5. Krāna ūdens satur minerālvielas

Mazā stikla traukā ielej 5 ēdamkarotes regulāra krāna ūdens. Kad ūdens iztvaiko, uz bļodas paliek balta apmale. Šo robežu veido minerāli, kas ūdenī tika izšķīdināti, kad šķērsoja augsni.

Ieskatieties tējkannas iekšpusē, un tur redzēsiet minerālu nogulsnes. Tāda pati plāksne veidojas uz drenāžas atveres vannā.

Mēģiniet iztvaikot lietus ūdeni, lai pats pārbaudītu, vai tajā ir minerālvielas.

Ja jūs apvienojat ūdeni ar citiem šķidrumiem, iespējams, ka ūdens nesajaucas ar dažiem. Pateicoties šīm vielu īpašībām, jūs varat padarīt skaistu.

Pašvaldības izglītības autonomā iestāde

vidēji vispārizglītojošā skola no. Vasiļjevka

Pētnieciskais darbs

Kāpēc ledus negrimst ūdenī?

3 "b" klases skolēni

Belogubova Sofija

Vadītājs: Kļimenko

Ludmila Sergeevna,

skolotājsEs kvalifikācija

Darba saturs.

1. Ievads……………………………………………………………. 3

2. Galvenā daļa: ………………………………………………… ... 4–6

2.1. Kāpēc objekti peld? ............................................. .....

2.2. Sengrieķu zinātnieks Arhimēds ……………………………………

2.3. Arhimēda likums ……………………………………………………….

2.4. Eksperimenti ……………………………………………………… ..

2.5. Svarīga ūdens īpašība ………………………………………… ...

3. Secinājums ………………………………………………………… .7

4. Atsauces ………………………………………………… 8

5. Pielikumi ………………………………………………………… 9-10

Ievads.

Nedeg ugunī

Nenogrimst ūdenī.

Tēmas atbilstība

Kāpēc dažas vielas nogrimst ūdenī, bet citas nē? Izpratne par peldspējas likumiem ļauj inženieriem būvēt kuģus no metāliem, kas peld un nogrimst.

Neviens nešaubās, ka ledus peld uz ūdens; visi to redzējuši simtiem reižu, gan uz dīķa, gan uz upes.

Bet kāpēc tas notiek?

Kādi citi priekšmeti var peldēt uz ūdens?

Tas ir tas, ko es nolēmu uzzināt.

Uzstādiet mērķi:

Nosakiet nenogremdējamā ledus cēloņus.

Ieskicēja vairākus uzdevumus:

Uzziniet ķermeņu peldēšanas apstākļus;

Uzziniet, kāpēc ledus nenogrimst;

Veiciet eksperimentu, lai izpētītu peldspēju.

Viņa izvirzīja hipotēzi:

Varbūt ledus nenogrimst, jo ūdens ir blīvāks par ledu.

Pētījuma metodes:

Literatūras teorētiskā analīze;

Novērošanas metode;

Praktiska metode.

Praktiskais materiāls noderīga man lasīšanas stundās, apkārtējā pasaule.

Galvenā daļa

Ja jūs iegremdējat ķermeni ūdenī, tas izspiedīs daļu ūdens. Ķermenis aizņem vietu, kur agrāk bija ūdens, un ūdens līmenis paaugstinās.

Saskaņā ar leģendu sengrieķu zinātnieks Arhimēds (287. - 212. gadā pirms mūsu ēras), atrodoties vannā, nojauta, ka iegremdēts ķermenis izspiež vienādu ūdens daudzumu. Viduslaiku gravējumā attēlots Arhimēda atklājums (sk. 1. pielikumu)

Spēku, ar kuru ūdens izstumj tajā iegremdēto ķermeni, sauc par stumšanas spēku.

Arhimēda likums saka, ka stumšanas spēks ir vienāds ar tajā iegremdētā ķermeņa pārvietotā šķidruma svaru. Ja stumšanas spēks ir mazāks par ķermeņa svaru, tad tas nogrimst, ja tas ir vienāds ar ķermeņa svaru, tas peld.

Eksperiments Nr. 1 (skat. 1. pielikumu)

Es nolēmu redzēt, kā darbojas stumšanas spēks, iezīmēja ūdens līmeni, iemērc plastilīna bumbu ar elastīgu joslu traukā ar ūdeni. Pēc iegremdēšanas ūdens līmenis paaugstinājās, un gumijas joslas garums samazinājās. Viņa atzīmēja jauno ūdens līmeni ar flomāsteri.

Secinājums: no ūdens malas uz plastilīna lodi iedarbojās uz augšu vērsts spēks. Tāpēc elastības garums ir samazinājies, t.i. bumba, kas iegremdēta ūdenī, kļuva vieglāka.

Tad viņa no tā paša plastilīna aklināja laivu un uzmanīgi nolaida to ūdenī. Kā redzat, ūdens ir pacēlies vēl augstāk. Laiva izbrauca vairāk ūdensnekā bumba, kas nozīmē, ka stumšanas spēks ir lielāks.

Burvība ir notikusi, grimstošais materiāls peld uz virsmas! Ak jā, Arhimēds!

Lai novērstu ķermeņa nogrimšanu, tā blīvumam jābūt mazākam par ūdens blīvumu.

Vai neesat pārliecināts, kāds ir blīvums? Šī ir viendabīgas vielas masa tilpuma vienībā.

2. eksperiments: (skat. 2. pielikumu)

Viņa ielēja ūdeni glāzē un nolika to uz ielas. Kad ūdens sasala, stikls pārsprāga. Ievietoju izveidoto ledu aukstā ūdens traukā un redzēju, ka tas peld.

Citā traukā es labi sālīju ūdeni un maisīju, līdz tas pilnībā izšķīdis. Es paņēmu ledu un atkārtoju eksperimentu. Ledus peld, un pat labāk nekā iekšā saldūdensgandrīz pusceļā izvirzījies no ūdens.

Viss skaidrs! Ledus kubs peld, jo, sasalstot, ledus izplešas un kļūst vieglāks par ūdeni. Parastā, šķidrā ūdens blīvums ir nedaudz lielāks nekā sasalušā ūdens, tas ir, ledus, blīvums. Palielinoties šķidruma blīvumam, palielinās peldspēja.

Zinātniskie fakti:

1Fakts Arhimēds: uz jebkuru ķermeni, kas iegremdēts šķidrumā, iedarbojas spēcīgs spēks.

2 fakti Mihails Lomonosovs:

Ledus nenogrimst, jo tā blīvums ir 920 kg / m3. Un ūdens ir blīvāks - 1000 kg / m3.

Secinājums:

Es atradu 2 iemeslus, kāpēc ledus nav nogrimstams:

uz katru ūdenī iegremdētu ķermeni iedarbojas straujš spēks;

ledus blīvums ir mazāks nekā jebkura ūdens blīvums.

Mēģināsim iedomāties, kā pasaule izskatītos, ja ūdenim būtu normālas īpašības, un ledus, kā tam vajadzētu būt jebkurai normālai vielai, ir blīvāks par šķidru ūdeni. Ziemā blīvāks ledus, kas sasalst no augšas, iegremdētos ūdenī, nepārtraukti grimstot rezervuāra apakšā. Vasarā ledus, ko pasargāja aukstā ūdens slānis, nevarēja izkausēt.

Pamazām visi ezeri, dīķi, upes, straumes pilnībā sasaltu, pārvēršoties milzu ledus blokos. Visbeidzot, jūras sasaltu, un aiz tām okeāni. Mūsu skaistā ziedošā zaļā pasaule kļūtu

nepārtraukts ledains tuksnesis, dažviet pārklāts ar plānu kausēta ūdens slāni. Viena no šīm unikālajām ūdens īpašībām ir tā spēja izsalstot paplašināties. Galu galā visas vielas, sasalstot, tas ir, pārejot no šķidra stāvokļa uz cietu vielu, saraujas un ūdens, gluži pretēji, izplešas. Tajā pašā laikā tā apjoms palielinās par 9%. Bet, kad uz ūdens virsmas veidojas ledus, tas, atrodoties starp aukstu gaisu un ūdeni, novērš turpmāku ūdenstilpju atdzišanu un sasalšanu. Šī neparastā ūdens īpašība, starp citu, ir svarīga arī augsnes veidošanai kalnos. Nokrītot nelielās plaisās, kuras vienmēr ir akmeņos, lietus ūdens izplešas, kad tas sasalst un iznīcina akmeni. Tātad pakāpeniski akmens virsma kļūst spējīga patvērt augus, kas ar saknēm pabeidz šo akmeņu iznīcināšanas procesu un noved pie augsnes veidošanās kalnu nogāzēs.

Ledus vienmēr atrodas uz ūdens virsmas un kalpo kā īsts siltumizolators. Tas ir, ūdens zem tā tik ļoti neatdziest, ledus apvalks to droši pasargā no sala. Tāpēc reta ūdens tilpne ziemā sasalst līdz apakšai, lai gan tas ir iespējams ekstremālā temperatūrā.

Pēkšņs tilpuma pieaugums ūdens pārejas laikā uz ledu svarīga iezīme ūdens. Ar šo īpašību bieži jārēķinās praktiskajā dzīvē. Ja jūs atstājat mucu ar ūdeni aukstumā, ūdens sasalst un salauzt mucu. Šī paša iemesla dēļ nevajadzētu atstāt ūdeni aukstā garāžā novietotas automašīnas radiatorā. Smagos sals, jums ir jāuzmanās no mazākā siltā ūdens padeves pārtraukuma caur ūdens sildīšanas caurulēm: ārējā caurulē apstājies ūdens var ātri sasalt, un tad caurule pārsprāgs.

Jā, baļķis, lai arī cik liels tas nenogrimtu ūdenī. Šīs parādības noslēpums ir tāds, ka koks ir mazāk blīvs nekā ūdens.

Secinājums.

Tāpēc, paveicis daudz darba, es sapratu. Apstiprinājās mana hipotēze par to, kāpēc ledus negrimst.

Negremdējamā ledus iemesli:

1. Ledus sastāv no ūdens kristāliem, starp kuriem ir gaiss. Līdz ar to ledus blīvums ir mazāks nekā ūdens.

2. Peldošs spēks uz ledu iedarbojas no ūdens puses.

Ja ūdens būtu normāls un nebūtu unikāls šķidrums, mums nebūtu patīkami slidot. Mēs taču neritam pa stiklu, vai ne? Bet tas ir daudz vienmērīgāks un pievilcīgāks nekā ledus. Bet stikls ir materiāls, uz kura slidas neslīdēs. Bet uz ledus pat ne ļoti laba kvalitāte slidošana ir prieks. Jūs jautāsiet, kāpēc? Fakts ir tāds, ka mūsu ķermeņa svars nospiež ļoti plānu slidas asmeni, kas rada spēcīgu spiedienu uz ledu. Šī grēdas spiediena rezultātā ledus sāk kust, veidojoties plānai ūdens plēvei, uz kuras kores lieliski slīd.

Bibliogrāfija

Bērnu enciklopēdija "Es iepazīstu pasauli".

Zedlags W. "Pārsteidzoši uz planētas Zeme".

Interneta resursi.

Rakhmanovs A. I. "Dabas parādības".

Enciklopēdija "Dabas pasaule".

1. pielikums

2. papildinājums

3. papildinājums

Ikviens zina, ka ledus ir sasalis ūdens vai, pareizāk sakot, tas ir cietā agregācijas stāvoklī. Bet kāpēc ledus negrimst ūdenī, bet peld uz tā virsmas?

Ūdens ir neparasta viela ar retām, pat anomālām īpašībām. Dabā lielākā daļa vielu karsējot izplešas un atdziestot saraujas. Piemēram, dzīvsudrabs termometrā paceļas caur šauru cauruli un parāda temperatūras paaugstināšanos. Tā kā dzīvsudrabs sasalst -39 ºC temperatūrā, tas nav piemērots termometriem, ko izmanto skarbās temperatūrās.

Ūdens izplešas arī sildot un atdziestot saraujas. Tomēr dzesēšanas diapazonā no aptuveni +4 ºС līdz 0 ºС tas paplašinās. Tāpēc ūdens caurules ziemā var pārsprāgt, ja tajās esošais ūdens ir sasalis un izveidojušās lielas ledus masas. Uz cauruļu sienām ir pietiekami daudz ledus spiediena, lai tās plīstu.

Ūdens izplešanās

Tā kā ūdens atdziestot paplašinās, ledus blīvums (t.i., tā cietā forma) ir mazāks nekā šķidrā ūdens blīvums. Citiem vārdiem sakot, noteikts ledus tilpums sver mazāk par to pašu ūdens tilpumu. Iepriekš minēto atspoguļo formula m \u003d ρV, kur V ir ķermeņa tilpums, m ir ķermeņa masa un ρ ir vielas blīvums. Starp blīvumu un tilpumu ir apgriezti proporcionāla attiecība (V \u003d m / ρ), tas ir, palielinoties tilpumam (kad ūdens ir atdzisis), tai pašai masai būs mazāks blīvums. Šī ūdens īpašība noved pie ledus veidošanās uz ūdenstilpju virsmas - dīķos un ezeros.

Pieņemsim, ka ūdens blīvums ir 1. Tad ledus blīvums būs 0,91. Pateicoties šim skaitlim, mēs varam uzzināt ledus biezumu, kas peld uz ūdens. Piemēram, ja ledus pludiņa augstums virs ūdens ir 2 cm, tad varam secināt, ka tā zemūdens slānis ir 9 reizes biezāks (t.i., 18 cm), un visas ledus kārtas biezums ir 20 cm.

Zemes ziemeļu un dienvidu polu apgabalā ūdens sasalst un veido aisbergus. Daži no šiem peldošajiem ledus kalniem ir milzīgi. Lielākais no zināms cilvēkam tiek uzskatīts par aisbergu, kura virsmas laukums ir 31 000 kvadrātmetri. kilometru attālumā, kas tika atklāts 1956. gadā Klusajā okeānā.

Kā ūdens cietā stāvoklī palielina tā tilpumu? Mainot tā struktūru. Zinātnieki ir pierādījuši, ka ledus ir ažūra struktūra ar dobumiem un tukšumiem, kuri, izkusuši, ir piepildīti ar ūdens molekulām.

Pieredze rāda, ka ūdens sasalšanas temperatūra ar pieaugošu spiedienu samazinās par aptuveni vienu grādu uz katrām 130 atmosfērām.

Ir zināms, ka okeānos uz liels dziļums ūdens temperatūra ir zemāka par 0 ° C, un tomēr tā nesasalst. Tas izskaidrojams ar spiedienu, ko rada augšējie ūdens slāņi. Viena kilometra bieza ūdens kārta nospiež ar aptuveni 100 atmosfēru spēku.

Ūdens un ledus blīvuma salīdzinājums

Vai ūdens blīvums varētu būt mazāks par ledus blīvumu un vai tas nozīmē, ka tas tajā nogrims? Atbilde uz šo jautājumu ir apstiprinoša, ko viegli pierādīt ar nākamo eksperimentu.

Paņemsim no saldētavas, kur temperatūra ir -5 ºС, ledus gabalu glāzes trešdaļas vai nedaudz vairāk. Mēs to ievietojam ūdens spainī ar temperatūru +20 ºС. Ko mēs redzam? Ledus ātri grimst un grimst, pamazām sāk kust. Tas ir tāpēc, ka ūdenim ar temperatūru +20 ºС ir mazāks blīvums, salīdzinot ar ledu ar temperatūru -5 ºС.

Ir ledus modifikācijas (ar augsta temperatūra un spiedieni), kas to augstākā blīvuma dēļ iegrimst ūdenī. Mēs runājam par tā saukto "smago" ledu - deitēriju un tritiju (piesātinātu ar smago un īpaši smago ūdeņradi). Neskatoties uz to pašu tukšumu klātbūtni, kas atrodas ledū, tas noslīks ūdenī. Atšķirībā no "smagā" ledus, protium nav smago ūdeņraža izotopu, un tas satur 16 miligramus kalcija uz litru šķidruma. Tās sagatavošanas process ietver 80% attīrīšanu no kaitīgiem piemaisījumiem, kuru dēļ protium ūdens tiek uzskatīts par optimālāko cilvēka dzīvībai.

Nozīme dabā

Fakts, ka ledus peld uz ūdenstilpju virsmas, dabā spēlē nozīmīgu lomu. Ja ūdenim nepiederētu šī īpašība un ledus nogremdētu apakšā, tas novestu pie visa ūdenskrātuves sasalšanas un rezultātā tajā dzīvojošo dzīvo organismu nāves.

Sākoties aukstumam, vispirms temperatūrā, kas pārsniedz +4 ° C, no rezervuāra virsmas pazeminās aukstāks ūdens un uz augšu paceļas siltāks (vieglāks) ūdens. Šo procesu sauc par ūdens vertikālo cirkulāciju (sajaukšanu). Kad visā rezervuārā ir izveidojies +4 ° C, šis process apstājas, jo ūdens no virsmas, kura temperatūra jau ir +3 ° C, kļūst gaišāka nekā zemāk esošā. Ūdens izplešas (tā tilpums palielinās par aptuveni 10%) un blīvums samazinās. Tā kā aukstāks slānis atrodas uz augšu, ūdens sasalst uz virsmas un parādās ledus sega. Ledus kristāliskās struktūras dēļ ir slikta siltuma vadītspēja, tas ir, tas saglabā siltumu. Ledus slānis darbojas kā sava veida siltumizolators. Un ūdens zem ledus saglabā savu siltumu. Ledus izolācijas īpašību dēļ "aukstuma" pārnešana uz ūdens apakšējiem slāņiem ir strauji samazināta. Tāpēc rezervuāra apakšā gandrīz vienmēr paliek vismaz plāns ūdens slānis, kas ir ārkārtīgi svarīgi tā iedzīvotāju dzīvībai.

Tādējādi +4 ° C ir maksimālā ūdens blīvuma temperatūra - tā ir dzīvo organismu izdzīvošanas temperatūra rezervuārā.

Lietošana mājās

Iepriekš tika minēts par ūdens cauruļu plīsuma iespēju, sasalstot ūdenim. Lai nesabojātu ūdens padevi zemas temperatūras nedrīkst pieļaut siltā ūdens padeves pārtraukumus, kas iet caur apkures caurulēm. Transportlīdzeklis ir pakļauts līdzīgai briesmām, ja sals apstākļos radiatorā ir atstāts ūdens.

Tagad parunāsim par ūdens unikālo īpašību patīkamo pusi. Slidošana ir lieliska izklaide bērniem un pieaugušajiem. Vai esat kādreiz domājuši, kāpēc ledus ir tik slidens? Piemēram, stikls ir arī slidens, gludāks un pievilcīgāks nekā ledus. Bet slidas pa to neslīd. Tik īpašs apburošs īpašums ir tikai ledum.

Fakts ir tāds, ka zem mūsu svara svara uz slidas plānā asmens ir spiediens, kas, savukārt, rada spiedienu uz ledu un tā kušanu. Tas veido plānu ūdens plēvi, uz kuras slīd slidas tērauda asmens.

Starpība vaska un ūdens sasaldēšanā

Eksperimenti rāda, ka ledus klucīša virsma veido sava veida izliekumu. Tas ir saistīts ar faktu, ka sacietēšana pa vidu notiek pēdējā. Un, izplešoties pārejas laikā uz cietu stāvokli, šis izliekums pieaug vēl vairāk. To var pretstatīt vaska sacietēšanai, kas, gluži pretēji, veido depresiju. Tas ir saistīts ar faktu, ka vasks pēc kļūst ciets. Šķidrumi, kas sasalšanas laikā tiek vienmērīgi saspiesti, veido nedaudz ieliektu virsmu.

Lai ūdens sasaltu, nepietiek, lai to atdzesētu līdz 0 ° C sasalšanas temperatūrai, ir nepieciešams uzturēt šo temperatūru, pastāvīgi atdzesējot.

Sālsūdens

Pievienojot galda sāli ūdenim, tā sasalšanas temperatūra pazeminās. Šī iemesla dēļ ceļus ziemā pārkaisa ar sāli. Sāļš ūdens sasalst temperatūrā -8 ° C un zemāk, tāpēc, kamēr temperatūra nenokrīt vismaz līdz šim punktam, sasalšana nenotiek.

Ledus-sāls maisījumu dažreiz izmanto kā "dzesēšanas maisījumu" eksperimentiem ar zemu temperatūru. Kad ledus izkūst, tas absorbē pārveidošanai nepieciešamo latento siltumu no savas vides, tādējādi to atdzesējot. Tas absorbē tik daudz siltuma, ka temperatūra var noslīdēt zem -15 ° C.

Universāls šķīdinātājs

Tīram ūdenim (molekulārā formula H 2 0) nav krāsas, garšas, smaržas. Ūdens molekulu veido ūdeņradis un skābeklis. Kad citas vielas (ūdenī šķīstošas \u200b\u200bun nešķīstošas) nonāk ūdenī, tas kļūst piesārņots, tāpēc dabā nav absolūti tīra ūdens. Visas vielas, kas sastopamas dabā, dažādā mērā var izšķīst ūdenī. To nosaka to unikālās īpašības - šķīdība ūdenī. Tāpēc ūdens tiek uzskatīts par "universālu šķīdinātāju".

Stabila gaisa temperatūras garantija

Lielas siltuma jaudas dēļ ūdens uzsilst lēni, tomēr dzesēšanas process notiek daudz lēnāk. Tas dod iespēju vasarā uzkrāt siltumu okeānos un jūrās. Siltuma izdalīšanās notiek ziemā, kā dēļ visu gadu mūsu planētas teritorijā nav straujas gaisa temperatūras pazemināšanās. Okeāni un jūras ir sākotnējais un dabiskais siltuma akumulators Zemes teritorijā.

Virsmas spraigums

Secinājums

Fakts, ka ledus nenogrimst, bet peld uz virsmas, izskaidrojams ar tā zemāko blīvumu salīdzinājumā ar ūdeni (īpatnējais ūdens blīvums 1000 kg / m³, ledus - aptuveni 917 kg / m³). Šī tēze attiecas ne tikai uz ledu, bet arī uz jebkuru citu fizisko ķermeni. Piemēram, papīra laivas vai rudens lapas blīvums ir daudz mazāks nekā ūdens blīvums, kas nodrošina to peldspēju.

Neskatoties uz to, ūdens īpašība ar zemāku blīvumu cietā stāvoklī dabā ir ļoti reta, izņemot vispārīgs noteikums... Tikai metālam un čugunam (dzelzs metāla un oglekļa nemetāla sakausējums) ir līdzīgas īpašības.