ماذا يحدث عند تسخين الماء. خصائص الماء السائل. خصائص حالات المادة المختلفة
![ماذا يحدث عند تسخين الماء. خصائص الماء السائل. خصائص حالات المادة المختلفة](https://i1.wp.com/elementy.ru/images/news/water_tetraedral_cluster_300.jpg)
طرح الفيزيائي الياباني ماساكازو ماتسوموتو نظرية تشرح سبب انكماش الماء عند تسخينه من 0 إلى 4 درجات مئوية بدلاً من التمدد. وفقًا لنموذجه ، يحتوي الماء على تكوينات دقيقة - "vitrites" ، وهي عبارة عن أشكال متعددة السطوح مجوفة ومحدبة ، وفي قمتها توجد جزيئات الماء ، وتعمل الروابط الهيدروجينية كحواف. مع ارتفاع درجة الحرارة ، هناك ظاهرتان تتنافسان مع بعضهما البعض: استطالة الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء وتشوه الفيتريت ، مما يؤدي إلى انخفاض في تجاويفها. في نطاق درجة الحرارة من 0 إلى 3.98 درجة مئوية ، تهيمن الظاهرة الأخيرة على تأثير استطالة رابطة الهيدروجين ، مما يعطي في النهاية الضغط الملحوظ للماء. حتى الآن ، لا يوجد تأكيد تجريبي لنموذج ماتسوموتو - ومع ذلك ، بالإضافة إلى نظريات أخرى تشرح ضغط الماء.
على عكس الغالبية العظمى من المواد ، عند تسخينه ، يكون الماء قادرًا على تقليل حجمه (الشكل 1) ، أي أن له معامل تمدد حراري سالب. ومع ذلك ، فإننا لا نتحدث عن نطاق درجة الحرارة بالكامل حيث يوجد الماء في حالة سائلة ، ولكن فقط عن منطقة ضيقة - من 0 درجة مئوية إلى حوالي 4 درجات مئوية. عندما ب افي درجات حرارة أعلى ، يتمدد الماء ، مثل المواد الأخرى.
بالمناسبة ، الماء ليس هو المادة الوحيدة التي تميل إلى الانكماش عندما ترتفع درجة الحرارة (أو تتمدد عند تبريدها). البزموت والغاليوم والسيليكون والأنتيمون يمكن أن "يتباهى" بسلوك مماثل. ومع ذلك ، نظرًا لبنيتها الداخلية الأكثر تعقيدًا ، فضلاً عن انتشارها وأهميتها في العمليات المختلفة ، فإن المياه هي التي تجذب انتباه العلماء (انظر دراسة بنية المياه مستمرة ، "العناصر" ، 09.10.2006).
منذ بعض الوقت ، كانت النظرية المقبولة عمومًا ، التي تجيب على سؤال لماذا يزيد الماء من حجمه مع انخفاض درجة الحرارة (الشكل 1) ، نموذجًا لمزيج مكون من عنصرين - "عادي" و "شبيه بالجليد". تم اقتراح هذه النظرية لأول مرة في القرن التاسع عشر من قبل هارولد وايتنج ثم طورها وحسنها العديد من العلماء. في الآونة الأخيرة نسبيًا ، في إطار تعدد أشكال الماء المكتشف ، أعيد النظر في نظرية وايتنج. من الآن فصاعدًا ، يُعتقد أنه يوجد في المياه فائقة التبريد نوعان من النطاقات النانوية الشبيهة بالجليد: مناطق تشبه الجليد غير المتبلور ذي الكثافة العالية والمنخفضة. يؤدي تسخين المياه فائقة البرودة إلى ذوبان هذه الهياكل النانوية وظهور نوعين من الماء: بكثافة أعلى وأقل. إن المنافسة الماكرة في درجات الحرارة بين "نوعي" الماء الناتج هي التي تؤدي إلى اعتماد الكثافة غير الرئوية على درجة الحرارة. ومع ذلك ، لم يتم تأكيد هذه النظرية تجريبيا بعد.
عليك أن تكون حذرا مع هذا التفسير. ليس من قبيل المصادفة أن يتم هنا ذكر الهياكل التي تشبه الجليد غير المتبلور فقط. النقطة المهمة هي أن المناطق النانوية من الجليد غير المتبلور ونظائرها العيانية لها معايير فيزيائية مختلفة.
قرر الفيزيائي الياباني ماساكازو ماتسوموتو إيجاد تفسير للتأثير الذي تمت مناقشته هنا "من الصفر" ، متجاهلًا نظرية الخليط المكون من عنصرين. باستخدام المحاكاة الحاسوبية ، نظر في الخصائص الفيزيائية للماء على نطاق واسع من درجات الحرارة ، من 200 إلى 360 كلفن عند ضغط صفر ، ليكتشف على نطاق جزيئي الأسباب الحقيقية لتمدد الماء أثناء تبريده. مقالته في المجلة رسائل المراجعة البدنيةيطلق عليه: لماذا يتمدد الماء عندما يبرد؟ لماذا يتمدد الماء عندما يبرد؟
في البداية طرح كاتب المقال السؤال التالي: ما الذي يؤثر على معامل التمدد الحراري للماء؟ يعتقد ماتسوموتو أن هذا يكفي لمعرفة تأثير ثلاثة عوامل فقط: 1) التغيرات في طول الروابط الهيدروجينية بين جزيئات الماء ، 2) المؤشر الطوبولوجي - عدد الروابط لكل جزيء ماء واحد ، و 3) انحراف الزاوية بين الروابط من قيمة التوازن (التشوه الزاوي).
قبل أن نتحدث عن النتائج التي حصل عليها الفيزيائي الياباني ، سنقدم ملاحظات وتوضيحات مهمة حول العوامل الثلاثة المذكورة أعلاه. بادئ ذي بدء ، الصيغة الكيميائية المعتادة للماء H 2 O تتوافق فقط مع حالة البخار. في شكل سائل ، يتم دمج جزيئات الماء في مجموعات (H 2 O) من خلال الرابطة الهيدروجينية. x، أين xهو عدد الجزيئات. التركيبة الأكثر فعالية من حيث الطاقة من خمسة جزيئات ماء ( x= 5) مع أربع روابط هيدروجينية ، تتشكل فيها الروابط حالة توازن، ما يسمى زاوية رباعية السطوح، تساوي 109.47 درجة (انظر الشكل 2).
بعد تحليل اعتماد طول الرابطة الهيدروجينية بين جزيئات الماء على درجة الحرارة ، توصل ماتسوموتو إلى النتيجة المتوقعة: تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى استطالة خطية للروابط الهيدروجينية. وهذا بدوره يؤدي إلى زيادة حجم الماء ، أي إلى تمدده. هذه الحقيقة تتناقض مع النتائج المرصودة ، لذلك اعتبر تأثير العامل الثاني. كيف يعتمد معامل التمدد الحراري على المؤشر الطوبولوجي؟
أعطت محاكاة الكمبيوتر النتيجة التالية. في درجات الحرارة المنخفضة ، يشغل أكبر حجم من الماء من حيث النسبة المئوية عناقيد المياه ، التي تحتوي على 4 روابط هيدروجينية لكل جزيء (المؤشر الطوبولوجي هو 4). تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى انخفاض في عدد العناصر المرتبطة بالمؤشر 4 ، ولكن في نفس الوقت ، يبدأ عدد المجموعات ذات المؤشرات 3 و 5 في الزيادة. وبعد إجراء الحسابات العددية ، وجد ماتسوموتو أن الحجم المحلي للعناقيد مع طوبولوجي لا يتغير المؤشر 4 عمليًا مع زيادة درجة الحرارة ، والتغير في الحجم الإجمالي للمؤشرات 3 و 5 عند أي درجة حرارة يعوض بعضها البعض. وبالتالي ، فإن التغير في درجة الحرارة لا يغير الحجم الكلي للماء ، مما يعني أن المؤشر الطوبولوجي ليس له أي تأثير على ضغط الماء عند تسخينه.
يبقى لتوضيح تأثير التشويه الزاوي للروابط الهيدروجينية. وهنا يبدأ الشيء الأكثر إثارة للاهتمام والأكثر أهمية. كما ذكرنا أعلاه ، تميل جزيئات الماء إلى الاتحاد بحيث تكون الزاوية بين روابط الهيدروجين رباعي السطوح. ومع ذلك ، فإن الاهتزازات الحرارية لجزيئات الماء والتفاعلات مع الجزيئات الأخرى غير المدرجة في الكتلة تمنعهم من القيام بذلك ، مما يؤدي إلى انحراف زاوية رابطة الهيدروجين عن قيمة التوازن 109.47 درجة. لتقدير عملية التشوه الزاوي هذه ، Matsumoto et al. ، بناءً على عملهم السابق اللبنات الطوبولوجية لشبكة الروابط الهيدروجينية في الماء ، والتي نُشرت في عام 2007 في مجلة الفيزياء الكيميائية، طرح فرضية حول وجود تراكيب مجهرية ثلاثية الأبعاد في الماء ، تشبه الأشكال المتعددة السطوح المجوفة المحدبة. في وقت لاحق ، في المنشورات اللاحقة ، أطلقوا على هذه الهياكل المجهرية فيتريت(تين. 3). في نفوسهم ، تكون الرؤوس عبارة عن جزيئات ماء ، ويتم لعب دور الحواف بواسطة روابط هيدروجينية ، والزاوية بين روابط الهيدروجين هي الزاوية بين الحواف في فيتريت.
وفقًا لنظرية ماتسوموتو ، هناك مجموعة كبيرة ومتنوعة من أشكال الفيتريت ، والتي ، مثل عناصر الفسيفساء ، تشكل جزءًا كبيرًا من بنية الماء والتي تملأ حجمها بالكامل بالتساوي.
تميل جزيئات الماء إلى تكوين زوايا رباعية السطوح في فيتريت ، حيث يجب أن يكون للزيتريت أقل طاقة ممكنة. ومع ذلك ، نظرًا للحركات الحرارية والتفاعلات المحلية مع فيتريتات أخرى ، فإن بعض الهياكل الدقيقة لا تحتوي على هندسة بزوايا رباعية السطوح (أو زوايا قريبة من هذه القيمة). إنهم يقبلون مثل هذه التكوينات غير المتوازنة من الناحية الهيكلية (والتي ليست الأكثر ملاءمة لهم من وجهة نظر الطاقة) ، والتي تسمح لـ "عائلة" الفيتريتات ككل بالحصول على أقل قيمة طاقة ممكنة. مثل فيتريتس ، أي فيتريتس التي ، إذا جاز التعبير ، تضحي بأنفسها من أجل "مصالح الطاقة المشتركة" ، تسمى بالإحباط. إذا كان للفيتريتات غير المحببة الحجم الأقصى للتجويف عند درجة حرارة معينة ، فعندئذٍ يكون للفيتريت المحبط ، على العكس من ذلك ، الحد الأدنى من الحجم الممكن.
أظهرت عمليات المحاكاة الحاسوبية التي أجراها ماتسوموتو أن متوسط حجم تجاويف الفيتريت يتناقص خطيًا مع زيادة درجة الحرارة. في الوقت نفسه ، يقلل الفيتريت المحبط من حجمه بشكل كبير ، بينما لا يتغير حجم تجويف الفيتريتات غير المحبطة تقريبًا.
وبالتالي ، فإن ضغط الماء مع ارتفاع درجة الحرارة ناتج عن تأثيرين متنافسين - استطالة الروابط الهيدروجينية ، مما يؤدي إلى زيادة حجم الماء ، وانخفاض حجم تجاويف فيتريت المحبط. في نطاق درجة الحرارة من 0 إلى 4 درجات مئوية ، الظاهرة الأخيرة ، كما هو موضح بالحسابات ، يسود، مما يؤدي في النهاية إلى ضغط الماء الملحوظ مع زيادة درجة الحرارة.
يبقى انتظار التأكيد التجريبي لوجود فيتريتات وسلوكها. لكن هذه ، للأسف ، مهمة صعبة للغاية.
في أنظمة تسخين المياه ، يتم استخدام الماء لنقل الحرارة من مولده إلى المستهلك.
أهم خصائص الماء هي:
السعة الحرارية؛
تغيير الحجم أثناء التسخين والتبريد ؛
خصائص الغليان مع التغيرات في الضغط الخارجي ؛
التجويف.
ضع في اعتبارك هذه الخصائص الفيزيائية للماء.
حرارة نوعية
خاصية مهمة لأي مبرد هي السعة الحرارية. إذا عبرنا عنها بدلالة اختلاف الكتلة ودرجة حرارة سائل التبريد ، نحصل على السعة الحرارية المحددة. تم تمييزه بالحرف جولها البعد كيلو جول / (كجم · ك)
حرارة نوعيةهي كمية الحرارة التي يجب نقلها إلى 1 كجم من مادة (على سبيل المثال ، الماء) لتسخينها بمقدار 1 درجة مئوية. على العكس من ذلك ، تعطي المادة نفس القدر من الطاقة عند تبريدها. متوسط السعة الحرارية النوعية للمياه بين 0 درجة مئوية و 100 درجة مئوية هو:
c = 4.19 kJ / (kg · K) أو c = 1.16 Wh / (kg · K)
كمية الحرارة الممتصة أو المنبعثة سأعرب عن يأو كيلو جول، يعتمد على الكتلة مأعرب عن كلغ، السعة الحرارية محددة جواختلاف درجات الحرارة ، معبراً عنه بـ ك.
رفع الصوت وخفضه
تتمدد جميع المواد الطبيعية عند تسخينها وتنكمش عند تبريدها. الاستثناء الوحيد لهذه القاعدة هو الماء. هذه الخاصية الفريدة تسمى شذوذ الماء. يكون للماء أعلى كثافة عند +4 درجة مئوية ، حيث 1 dm3 = 1 لتر كتلته 1 كجم.
إذا تم تسخين الماء أو تبريده من هذه النقطة ، يزداد حجمه ، مما يعني انخفاض الكثافة ، أي يصبح الماء أخف. يمكن رؤية ذلك بوضوح في مثال الخزان بنقطة الفائض. يحتوي الخزان بالضبط على 1000 سم 3 من الماء عند درجة حرارة +4 درجة مئوية. عندما يتم تسخين الماء ، ستنسكب كمية معينة من الخزان في وعاء قياس. إذا تم تسخين الماء إلى 90 درجة مئوية ، فإن 35.95 سم 3 بالضبط سوف تصب في وعاء القياس ، والذي يتوافق مع 34.7 جم ، ويتمدد الماء أيضًا عندما يتم تبريده إلى أقل من +4 درجة مئوية.
بسبب هذا الشذوذ في المياه بالقرب من الأنهار والبحيرات ، فإن الطبقة العليا هي التي تتجمد في الشتاء. وللسبب نفسه ، يطفو الجليد على السطح ويمكن لشمس الربيع أن تذوبه. لن يحدث هذا إذا كان الجليد أثقل من الماء وغرق في القاع.
![](https://i0.wp.com/agrovodcom.ru/images/info_voda_transport2.gif)
خزان مع نقطة تجاوز
ومع ذلك ، فإن مثل هذه الخاصية للتوسع يمكن أن تكون خطيرة. على سبيل المثال ، يمكن أن تنفجر محركات السيارات ومضخات المياه إذا تجمد الماء فيها. لمنع ذلك ، يتم إضافة مواد مضافة إلى الماء لمنعه من التجمد. غالبًا ما تستخدم الجليكول في أنظمة التدفئة ؛ انظر مواصفات الشركة المصنعة للمياه لنسبة الجليكول.
خصائص الماء المغلي
إذا تم تسخين الماء في وعاء مفتوح ، فسوف يغلي عند 100 درجة مئوية. إذا قمت بقياس درجة حرارة الماء المغلي ، يتبين أنه يظل عند 100 درجة مئوية حتى تبخر آخر قطرة. وبالتالي ، يتم استخدام الاستهلاك المستمر للحرارة من أجل التبخر الكامل للمياه ، أي التغييرات في حالة التجميع.
تسمى هذه الطاقة أيضًا بالحرارة الكامنة (الكامنة). إذا استمر إمداد الحرارة ، ستبدأ درجة حرارة البخار الناتج في الارتفاع مرة أخرى.
![](https://i2.wp.com/agrovodcom.ru/images/info_voda_transport3.gif)
يتم إعطاء العملية الموصوفة عند ضغط هواء 101.3 كيلو باسكال عند سطح الماء. عند أي ضغط هواء آخر ، تنتقل درجة غليان الماء من 100 درجة مئوية.
إذا كررنا التجربة الموصوفة على ارتفاع 3000 متر - على سبيل المثال ، في Zugspitze ، أعلى قمة في ألمانيا - فسنجد أن الماء هناك يغلي بالفعل عند 90 درجة مئوية. سبب هذا السلوك هو انخفاض الضغط الجوي مع الارتفاع.
![](https://i2.wp.com/agrovodcom.ru/images/info_voda_transport4.gif)
كلما انخفض الضغط على سطح الماء ، انخفضت نقطة الغليان. على العكس من ذلك ، ستكون نقطة الغليان أعلى مع زيادة الضغط على سطح الماء. تستخدم هذه الخاصية ، على سبيل المثال ، في طناجر الضغط.
يوضح الرسم البياني اعتماد درجة غليان الماء على الضغط. يتم زيادة الضغط في أنظمة التدفئة عن عمد. يساعد هذا في منع تكوين فقاعات الغاز أثناء ظروف التشغيل الحرجة ، كما يمنع الهواء الخارجي من دخول النظام.
تمدد الماء عند تسخينه وحمايته من الضغط الزائد
تعمل أنظمة تسخين الماء الساخن في درجات حرارة تصل إلى 90 درجة مئوية. عادةً ما يتم ملء النظام بالماء عند درجة حرارة 15 درجة مئوية ، ثم يتمدد عند تسخينه. يجب ألا يُسمح لهذه الزيادة في الحجم أن تؤدي إلى زيادة الضغط وفيضان السائل.
![](https://i0.wp.com/agrovodcom.ru/images/info_voda_transport5.gif)
عند إيقاف التدفئة في الصيف ، يعود حجم الماء إلى قيمته الأصلية. وبالتالي ، لضمان توسع المياه دون عوائق ، من الضروري تركيب خزان كبير بما فيه الكفاية.
أنظمة التدفئة القديمة بها خزانات تمدد مفتوحة. كانوا دائمًا موجودين فوق أعلى جزء من خط الأنابيب. عندما ترتفع درجة الحرارة في النظام ، مما يؤدي إلى تمدد الماء ، يرتفع المستوى في الخزان أيضًا. مع انخفاض درجة الحرارة ، انخفض على التوالي.
تستخدم أنظمة التدفئة الحديثة خزانات غشائية (MBV). عندما يزداد الضغط في النظام ، يجب عدم السماح للضغط في خطوط الأنابيب وعناصر النظام الأخرى بالزيادة فوق القيمة الحدية.
لذلك ، فإن الشرط الأساسي لكل نظام تدفئة هو وجود صمام أمان.
عندما يرتفع الضغط فوق المعدل الطبيعي ، يجب أن يفتح صمام الأمان وينزف الحجم الزائد من الماء الذي لا يمكن لخزان التمدد أن يستوعبه. ومع ذلك ، في نظام تم تصميمه وصيانته بعناية ، يجب ألا تحدث مثل هذه الحالة الحرجة أبدًا.
كل هذه الاعتبارات لا تأخذ في الاعتبار حقيقة أن مضخة الدوران تزيد الضغط في النظام. يجب تحديد العلاقة بين درجة حرارة الماء القصوى والمضخة المختارة وحجم خزان التمدد وإعداد صمام تخفيف الضغط بعناية. الاختيار العشوائي لعناصر النظام - حتى على أساس تكلفتها - غير مقبول في هذه الحالة.
يتم تزويد وعاء توسيع الحجاب الحاجز بالنيتروجين. يجب ضبط الضغط الأولي في خزان التمدد الغشائي اعتمادًا على نظام التسخين. يدخل الماء المتسع من نظام التسخين إلى الخزان ويضغط غرفة الغاز من خلال الحجاب الحاجز. يمكن أن تنضغط الغازات ، لكن لا يمكن للسوائل أن تنضغط.
ضغط
كشف الضغط
الضغط هو الضغط الساكن للسوائل والغازات المقاسة في الأوعية وخطوط الأنابيب بالنسبة للضغط الجوي (Pa، mbar، bar).
الضغط الساكن
الضغط الساكن هو ضغط السائل الساكن.
الضغط الساكن = المستوى فوق نقطة القياس المقابلة + الضغط الأولي في وعاء التمدد.
ضغط ديناميكي
الضغط الديناميكي هو ضغط تدفق السوائل المتحرك. ضغط تفريغ المضخة هذا هو ضغط مخرج مضخة الطرد المركزي عند تشغيلها.
هبوط الضغط
الضغط الناتج عن مضخة طرد مركزي للتغلب على المقاومة الكلية للنظام. يتم قياسه بين مدخل ومخرج مضخة الطرد المركزي.
ضغط التشغيل
الضغط الموجود في النظام عند تشغيل المضخة. ضغط العمل المسموح به الحد الأقصى لضغط العمل المسموح به من ظروف التشغيل الآمن للمضخة والنظام.
التجويف
التجويف- هذا هو تكوين فقاعات غازية نتيجة ظهور ضغط موضعي تحت ضغط تبخير السائل الذي يتم ضخه عند مدخل المكره. هذا يؤدي إلى انخفاض في الأداء (الرأس) والكفاءة ويسبب ضوضاء وتدمير مادة الأجزاء الداخلية للمضخة. بسبب انهيار فقاعات الهواء في مناطق الضغط العالي (على سبيل المثال ، عند مخرج الدافع) ، تسبب الانفجارات المجهرية ارتفاعًا في الضغط يمكن أن يؤدي إلى إتلاف أو تدمير النظام الهيدروليكي. أول علامة على ذلك هي الضوضاء في المكره وتآكلها.
معلمة مهمة لمضخة الطرد المركزي هي NPSH (ارتفاع عمود السائل فوق فوهة الشفط للمضخة). يحدد الحد الأدنى لضغط مدخل المضخة الذي يتطلبه نوع المضخة للعمل بدون تجويف ، أي الضغط الإضافي المطلوب لمنع تكون الفقاعات. تتأثر قيمة NPSH بنوع المكره وسرعة المضخة. العوامل الخارجية التي تؤثر على هذه المعلمة هي درجة حرارة السائل والضغط الجوي.
منع التجويف
لتجنب التجويف ، يجب أن يدخل السائل إلى مدخل مضخة طرد مركزي عند حد أدنى معين لرفع الشفط ، والذي يعتمد على درجة الحرارة والضغط الجوي.
طرق أخرى لمنع التجويف هي:
زيادة الضغط الساكن
خفض درجة حرارة السائل (تقليل ضغط التبخر PD)
اختيار مضخة ذات رأس هيدروستاتيكي منخفض ثابت (الحد الأدنى لرأس الشفط ، NPSH)
سيسعد متخصصو شركة "Agrovodkom" بمساعدتك في تحديد أفضل اختيار للمضخة. اتصل بنا!
الكسندر
2013-10-22 09:38:26
[إجابة] [رد باقتباس][إلغاء الرد]
|
الموضوع: الطبيعة غير الحية
الدرس: خواص الماء السائل
الماء في شكله النقي ليس له طعم ورائحة ولون ، لكنه لا يحدث أبدًا على هذا النحو ، لأنه يذيب بنشاط معظم المواد في حد ذاته ويتحد مع جزيئاتها. أيضًا ، يمكن أن يخترق الماء أجسامًا مختلفة (وجد العلماء الماء حتى في الحجارة).
للكلور نقطة ضعف: يمكن أن يتفاعل مع تكوين الكلورامين والهيدروكربونات المكلورة ، وهي مواد مسرطنة خطيرة. المنتج الثانوي لهذا التفاعل هو الكلوريت. أظهرت الدراسات السمية أن المنتج الثانوي لتطهير ثاني أكسيد الكلور ، الكلوريت ، لا يشكل خطرًا كبيرًا على صحة الإنسان. لا تتردد في الاتصال بنا إذا كانت لديك أي أسئلة أخرى.
أطفالنا يرون العالم بشكل مختلف. لا شيء يفلت من انتباههم وفضولهم لا يعرف حدودًا. يسألون باستمرار الأسئلة ويريدون الإجابة على هذا السؤال. لكن مشاكل الأطفال غالبًا ما تتداخل معنا. سنطلعك على الأسئلة الأكثر شيوعًا وإجاباتها للتحضير في المرة القادمة.
إذا ملأت كوبًا بالماء من الصنبور ، فسيظهر نظيفًا. ولكنه في الحقيقة محلول للعديد من المواد ، من بينها الغازات (الأكسجين ، والأرجون ، والنيتروجين ، وثاني أكسيد الكربون) ، والشوائب المختلفة الموجودة في الهواء ، والأملاح الذائبة من التربة ، والحديد من أنابيب المياه ، وأصغر الغبار غير المذاب. الجسيمات ، إلخ.
عندما يتم تسخين الماء ، تبدأ جزيئاته في التحرك. مع زيادة هذه الحركة ، تصبح المسافة بين الجزيئات أكبر. أخيرًا ، يأتي وقت تصبح فيه العلاقات بين الجزيئات ضعيفة جدًا. تتشتت الجزيئات وتصبح بخار الماء. هذه العملية تسمى "التبخر".
ما الذي يبقي الطائرات في الجو؟ ما الذي يبقي الهواء الضخم في الهواء؟ قوة العمل هنا تسمى "الارتقاء". يحدث الرفع عندما يمر الهواء أعلى وأسفل طائرة الجناح في نفس الوقت. لأن الهواء يتحرك بشكل أسرع من قمة الجناح ، فإنه يمارس ضغطًا أقل. في الوقت نفسه ، يدفع الهواء الكثيف تحت الأجنحة الطائرة للأعلى. كلما زادت سرعة الطائرة ، زاد المصعد.
إذا قمت بوضع قطرات من ماء الصنبور باستخدام ماصة على كوب نظيف وتركته يتبخر ، فستبقى بقع ملحوظة بالكاد.
تحتوي مياه الأنهار والجداول ، معظم البحيرات على شوائب مختلفة ، مثل الأملاح الذائبة. لكن هناك القليل منهم ، لأن هذه المياه عذبة.
عند عرضها بشكل منفصل ، تكون كل ندفة ثلجية عديمة اللون وشفافة. الجواب هو أنه عندما تشكل رقاقات الثلج كتلة كبيرة ، فإنها تعكس ضوء الشمس. الضوء المنعكس أبيض لأن الشمس بيضاء أيضًا. لماذا لا يمكن أن يكون شعر الإنسان طبيعياً؟
يحتوي شعر الإنسان على أصباغ تجعله أسود أو بني أو أشقر أو أحمر. يحتوي شعرنا أيضًا على فقاعات هواء صغيرة. تحدد مجموعات الأصباغ وكمية فقاعات الهواء في الشعر اللون. لا يمكن أن تؤدي الصبغات الموجودة في شعرنا إلى اللون الأزرق أو الأخضر عند الجمع بينهما.
تتدفق المياه على الأرض وتحت الأرض ، وتملأ الجداول والبحيرات والأنهار والبحار والمحيطات ، وتخلق قصورًا تحت الأرض.
يشق الماء طريقه من خلال مواد قابلة للذوبان بسهولة ، حيث يخترق أعماق الأرض ، ويأخذها معه ، ومن خلال الشقوق والشقوق في الصخور ، وتشكيل الكهوف تحت الأرض ، ويتقطر من قوسها ، مما يخلق منحوتات غريبة. تتبخر مليارات من قطرات الماء على مدى مئات السنين ، وتستقر المواد الذائبة في الماء (الأملاح والحجر الجيري) على أقواس الكهف ، وتشكل رقاقات حجرية تسمى الهوابط.
لماذا يسافر رواد الفضاء في الفضاء؟ على عكس ما يعتقده الكثير من الناس ، فإن رواد الفضاء على متن محطة الفضاء الدولية ليسوا خاليين من الجاذبية. تؤثر شدة الأرض على جميع الأجسام الموجودة في المدار. لكن الارتفاع الشاهق الذي تقع عليه المحطة يجعلها تسقط إلى الأبد. يبدو الأمر كما لو أن الجسم المداري لا يزال لا يلمس سطح كوكبنا وبدلاً من ذلك يطير فوق الأرض. تخيل سيارة مصعد تسقط من الطابق العلوي لناطحات سحاب. سيعاني الشخص الموجود داخل هذه المقصورة من انعدام الوزن بشكل مؤقت.
يختبر رواد الفضاء في المدار نفس الشيء ، ولكن طوال الوقت. عندما تدخل أشعة الشمس الغلاف الجوي للكوكب ، فإنها مبعثرة ومكسورة. في البداية ، ينقسم ضوء الشمس الأبيض إلى 7 ألوان من قوس قزح. لأن اللون الأزرق يتشتت أكثر من الألوان الأخرى ، فهو يهيمن. لكن السماء لا تكون زرقاء تمامًا أبدًا بسبب وجود ألوان أخرى في الطيف.
تسمى التكوينات المماثلة الموجودة على أرضية الكهف بالصواعد.
وعندما ينمو الهوابط والصواعد معًا ، مكونين عمودًا حجريًا ، فإن هذا يسمى الركود.
يتكون الضباب من آلاف قطرات الماء الصغيرة أو بلورات الجليد التي تطفو في الهواء فوق الأرض مباشرة. يتشكل عندما يكون الهواء باردًا والأرض دافئة أو العكس. في كلتا الحالتين ، تظهر سحابة كثيفة من بخار الماء أو جزيئات الجليد وتنتشر على السطح.
يتكون الماء من تفاعل كيميائي حيث يتأكسد الهيدروجين بالأكسجين ويتم إطلاق الحرارة. نظرًا لأنه قد تراجع بالفعل ، لا يمكن أن يحترق الماء بشكل طبيعي. لماذا تدور الساعات في اتجاه عقارب الساعة؟ قبل صنع الساعات الميكانيكية ، يستخدم الناس ساعات الشمس لتكوين فكرة عن الوقت الذي تستغرقه. تظهر الساعة الشمسية لأول مرة في نصف الكرة الشمالي ، حيث تتسبب حركة الشمس في تحرك الظلال من اليسار إلى اليمين. لاحقًا في تاريخ الساعات الميكانيكية ، ورثوا هذه الحركة من الشمس.
من خلال مراقبة انجراف الجليد على النهر ، نرى الماء في الحالة الصلبة (الجليد والثلج) ، والسائل (يتدفق تحته) والحالة الغازية (أصغر جزيئات الماء ترتفع في الهواء ، والتي تسمى أيضًا بخار الماء).
الشكل الدائري مثالي للدحرجة على الأسطح المستوية. نظرًا لأن جميع النقاط على العجلة متساوية البعد عن محورها ، يظل المحور على نفس الارتفاع فوق الأرض ولا تتحرك السيارة لأعلى ولأسفل أثناء انتقالها على الطريق. بالإضافة إلى ضمان توفير ملابسنا الداخلية ، فإنها تحمي أيضًا أعضائنا الخاصة من العدوى والإصابات. النظافة هي السبب الرئيسي لارتداء الملابس الداخلية. في الماضي ، كانت الملابس باهظة الثمن وغالبًا ما كان الناس لا يستطيعون تغييرها.
تستغرق هذه المحاولة وقتًا أطول قليلاً ، لذا خطط لها لعقد اجتماعين وتدريجيًا "تنمو" بلورات زينة وصالحة للأكل وغير صالحة للأكل. يمكنك إنشاء عرض بلوري ، وبلورات لتسمية نفسك ، وإنشاء صور بلورية ، والتطلع إلى أفكارك وصورك.
يمكن أن يكون الماء في جميع الحالات الثلاث في نفس الوقت: يوجد دائمًا بخار ماء وغيوم في الهواء ، والتي تتكون من قطرات الماء وبلورات الجليد.
بخار الماء غير مرئي ، ولكن يمكن اكتشافه بسهولة إذا تركت كوبًا من الماء باردًا في الثلاجة لمدة ساعة في غرفة دافئة ، وستظهر قطرات الماء على الجدران على الفور. عند ملامسة الجدران الباردة للزجاج ، يتحول بخار الماء الموجود في الهواء إلى قطرات ماء ويستقر على سطح الزجاج.
بلورات صالحة للأكل وغير صالحة للأكل يمكنك فتح وتنزيل النص بأكمله أو. الموضوع: التبلور ، المحاليل المشبعة. تنقسم المواد الصلبة إلى مواد بلورية وغير متبلورة. ترتيب جسيمات المواد غير المتبلورة عشوائي ، وبنيتها تشبه تركيب السوائل. توجد جزيئات المواد البلورية في شبكة بلورية. أساس هذه الشبكة هو خلية وحدة تتكرر باستمرار.
التبلور أو التبلور هو ظاهرة تتشكل فيها بلورات صلبة منتظمة بواسطة سائل بسبب البيئة. يمكن أن تتكون البلورات من المحاليل أو الذوبان أو الأبخرة حيث يمكن أن يؤدي التغيير في الضغط أو درجة الحرارة أو تركيز مادة ما إلى التبلور. للحصول على عملية سلسة ، يلزم توفر واحد على الأقل من الشروط التالية: خفض درجة حرارة السائل الأولي. زيادة تركيز جهاز التبلور بسبب تبخر المذيب. تحمض مادة البداية باستخدام جهاز التبلور.
أرز. 11. التكثيف على جدران الزجاج البارد ()
للسبب نفسه ، في موسم البرد ، يظهر الضباب داخل زجاج النافذة. لا يمكن للهواء البارد أن يحتوي على قدر من بخار الماء مثل الهواء الدافئ ، لذلك يتكثف بعضه ويتحول إلى قطرات ماء.
يحدث التبلور من محلول عندما تذوب مادة التبلور حتى يتشبع المحلول عند درجة حرارة معينة. بعد التسخين ، يصبح المحلول غير مشبع مرة أخرى ، ولكن عند تبريد المذيب أو تبخره ، يصبح المحلول مفرط التشبع ويحدث التبلور. يحدث التبلور الطبيعي بعد تكوين نواة النواة. يمكن أيضًا أن يحدث التبلور بشكل مصطنع عن طريق ما يسمى بالتلقيح - عن طريق إدخال جسم غريب في المحلول ، وتستخدم هذه الطريقة ، على سبيل المثال ، في إنتاج السكر.
الدرب الأبيض خلف طائرة تحلق في السماء هو أيضًا نتيجة لتكثف المياه.
إذا أحضرت مرآة لشفتيك وزفير ، ستبقى قطرات صغيرة من الماء على سطحها ، وهذا يثبت أنه عندما تتنفس ، يستنشق الشخص بخار الماء بالهواء.
الاسم يأتي من جذر الشمندر العربي - أبيض. مزيد من الاستخدام في الصناعات الكيماوية والغذائية ، والزجاج ، والورق ، والزراعة كسماد ولحام الحدادة. لهذه الأغراض ، يتم تحضيره أيضًا بشكل مصطنع. الأدوات: البورق ، الغلاية ، الماء ، الزجاج الشفاف ، التدوير أو القش ، الخيط أو الأسلاك ، منظف الأنابيب ، تلوين الطعام ، الملعقة.
البناء: نشكل أي شكل من منظف الأنابيب. نعلق هذا الشكل على خيط أو سلك. نعلق عصا على ملعقة أو قش. نسكب الماء في إبريق الشاي ونسكبه في كوب. اخلطي البورق في الماء حتى يتم الحصول على محلول مشبع. إذا بقي البوراكس المتبقي في الحاوية ، أعد تكوين المحلول في كوب نظيف. باستخدام سيخ ، قم بتعليق جسمنا السلكي المشعر في الزجاج بحيث يتم غمره تمامًا في محلول البورق المشبع الذي صنعناه ولا يلمس الجدران وقاع الزجاج في أي وقت.
عندما يسخن الماء "يتمدد". يمكن أن تثبت تجربة بسيطة ذلك: تم إنزال أنبوب زجاجي في دورق به ماء وقياس مستوى الماء فيه ؛ ثم تم إنزال القارورة في وعاء به ماء دافئ ، وبعد تسخين الماء ، تم قياس المستوى في الأنبوب مرة أخرى ، والذي ارتفع بشكل ملحوظ ، حيث يزداد حجم الماء عند تسخينه.
يُترك النظام بأكمله طوال الليل في محلول حتى يتبلور البورق. التفسير: السلك الرقيق هو المكان الذي تتشكل فيه نوى التبلور بشكل جيد للغاية ، حيث يتم تعبئة بلورات البوراكس تدريجياً وتنمو البلورة. يتم تسريع التبلور باستخدام الماء الساخن لتكوين محلول مشبع والتبريد والتبخر لعمل محلول زائد.
الوقت: تحضير التجربة وتحضير جميع الوسائل 5 دقائق. الاختبار التجريبي 5 دقائق. نمو الكريستال 24 ساعة. تعيين البلورات. يقدر بـ 10 دقائق. اختبار 5 دقائق. في 25 دقيقة و 24 ساعة. مزيد من المناقشة للتجربة وتعديلها ممكن.
أرز. 14. قارورة مع أنبوب ، الرقم 1 وخط يشير إلى مستوى الماء الأولي
أرز. 15. قارورة مع أنبوب ، الرقم 2 وخط يشير إلى مستوى الماء عند التسخين
يعبر عن كيفية تغير الطاقة الداخلية ، أي مجموع طاقة الحركة وموضع جسيمات الجسم عندما يبرد هذا الجسم أو يزيد درجة حرارته. الحرارة تساوي الطاقة التي يوفرها الجسم الدافئ أثناء التبادل الحراري. ينتقل الحرارة من خلال الإشعاع.
في جميع الحالات ، تكون الجزيئات في حركة مضطربة مستمرة. كل جسيم له مكانه الخاص الذي يهتز من حوله. عندما يتم تسخين الجسيمات ، فإنها تهتز بشكل أسرع. عندما تزداد درجة الحرارة بدرجة كافية ، ستخرج الجسيمات من وضعها الثابت وتبدأ في التحرك بحرية. في هذه المرحلة ، ستبدأ المادة الصلبة في التحول إلى سائل. نسمي هذا الانصهار الذي يحدث ، ونقول إن النسيج يذوب.
كما تبرد المياه "كمادات". يمكن إثبات ذلك من خلال تجربة مماثلة: في هذه الحالة ، تم إنزال القارورة مع الأنبوب في وعاء به ثلج ، بعد التبريد ، انخفض مستوى الماء في الأنبوب من العلامة الأولية ، لأن الماء انخفض في الحجم.
التصلب عند تبريد السائل ، يبدأ في التصلب عند درجة حرارة معينة ويتحول إلى نسيج. تتحرك الجسيمات التي تكون حرة الحركة بشكل أبطأ مع انخفاض درجة الحرارة حتى تتقارب وتستقر في وضع ثابت ثم تهتز حوله. يصبح السائل صلبًا. نسمي هذا التصلب ، ونقول إن المادة ستتصلب.
يحدث الغليان عند تسخين السائل إلى درجة الغليان. تختلف نقطة الغليان باختلاف السوائل. تعتمد نقطة الغليان أيضًا على الضغط فوق السائل. كما أنه يؤثر على الغليان في الأوعية ذات الارتفاع الكبير. يمر السائل في الغاز فقط من السطح. سائل التبخير يزيل الحرارة من البيئة. يحدث التبخر في أي درجة حرارة سائلة.
أرز. 16. دورق مع أنبوب ، رقم 3 وخط يشير إلى مستوى الماء أثناء التبريد
يحدث هذا لأن جزيئات الماء ، والجزيئات ، تتحرك بشكل أسرع عند تسخينها ، وتصطدم مع بعضها البعض ، وتتنافر مع بعضها البعض من جدران الوعاء ، وتزداد المسافة بين الجزيئات ، وبالتالي يشغل السائل حجمًا أكبر. عندما يتم تبريد الماء ، تتباطأ حركة جزيئاته ، وتقل المسافة بين الجزيئات ، ويحتاج السائل إلى حجم أصغر.
خطط دروس الشؤون الحكومية والأنشطة الطلابية ومنظمي الجرافيك
كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زادت سرعة التبخر ، وأبعاد سطح إلى سطح ، وتبخر أسرع ، وخصائص السائل ، وتدفق الغاز فوق السائل ، وضغط بخار الغاز فوق السائل. يمكن وصف المادة بأنها شيء يشغل مساحة في كوننا. يحدد نوع الجسيمات وطريقة ترتيبها كيف سيبدو السؤال وماذا يمكن أن يفعل. الفهم الجيد لحالة المادة هو المفتاح لوصف الكون من حولنا.
خصائص حالات المادة المختلفة
نوع الواجب الفردي أو الجماعي.أرز. 17. جزيئات الماء في درجة الحرارة العادية
أرز. 18. جزيئات الماء عند تسخينها
أرز. 19. جزيئات الماء أثناء التبريد
هذه الخصائص لا تمتلكها المياه فقط ، ولكن أيضًا السوائل الأخرى (الكحول والزئبق والبنزين والكيروسين).
أدت معرفة خاصية السوائل هذه إلى اختراع مقياس حرارة (مقياس حرارة) ، يستخدم الكحول أو الزئبق.
عند التجميد ، يتمدد الماء. يمكن إثبات ذلك إذا كانت الحاوية المملوءة حتى أسنانها بالماء مغطاة بغطاء غير محكم ووضعت في الفريزر ، بعد فترة سنرى أن الجليد المتكون سيرفع الغطاء ، متجاوزًا الحاوية.
تؤخذ هذه الخاصية في الاعتبار عند وضع أنابيب المياه ، والتي يجب عزلها بحيث لا يكسر الجليد المتكون من الماء الأنابيب عند التجميد.
في الطبيعة ، يمكن للمياه المتجمدة أن تدمر الجبال: إذا تراكمت المياه في شقوق الصخور في الخريف ، فإنها تتجمد في الشتاء ، وتحت ضغط الجليد الذي يحتل حجمًا أكبر من الماء الذي تشكلت منه ، تتشقق الصخور وتتكسر. ينهار.
تؤدي المياه التي تتجمد في شقوق الطريق إلى تدمير الرصيف الإسفلتي.
الحواف الطويلة التي تشبه الطيات على جذوع الأشجار هي عبارة عن جروح ناتجة عن تمزق الخشب تحت ضغط عصارة الأشجار المتجمدة فيه. لذلك ، في الشتاء البارد ، يمكنك سماع طقطقة الأشجار في الحديقة أو في الغابة.
- Vakhrushev A.A.، Danilov D.D. العالم حول 3. م: بالاس.
- دميتريفا نيا ، كازاكوف أ. حول العالم 3. م: دار النشر "فيدوروف".
- بليشاكوف أ.أ. العالم المحيط 3. م: التنوير.
- مهرجان الأفكار التربوية ().
- العلم والتعليم ().
- الطبقة العامة ().
- قم بإجراء اختبار قصير (4 أسئلة مع ثلاث إجابات محتملة) حول موضوع "الماء من حولنا".
- قم بإجراء تجربة صغيرة: ضع كوبًا من الماء شديد البرودة على الطاولة في غرفة دافئة. صف ما سيحدث ، واشرح السبب.
- * ارسم حركة جزيئات الماء في حالة ساخنة وطبيعية ومبردة. إذا لزم الأمر ، اكتب تعليقًا على الرسم.
الماء هو المادة الأكثر شيوعًا على هذا الكوكب ، وله خاصية تميزه عن السوائل الأخرى: عند تسخينه من نقطة انصهاره حتى 40 درجة مئوية ، تزداد قابلية انضغاطه ثم تقل.
خصائص فريدة للمياه
على الأرض ، لا توجد مادة أكثر أهمية للإنسان من الماء. تحتل المحيطات والبحار من سطح الكوكب ، و 20٪ أخرى من سطح الأرض مغطى بالثلج والجليد - المياه الصلبة. لولا الماء الذي يؤثر بشكل مباشر على المناخ ، فإن الأرض ستتحول إلى حجر هامد يطير عبر الفضاء.
خلال النهار ، تستهلك البشرية ما لا يقل عن مليار طن من المياه ، بينما تظل الكمية الإجمالية للموارد على الكوكب كما هي. منذ ملايين السنين ، كان هناك الكثير من الماء على سطح الأرض كما هو الحال الآن.
لقد تعلمت الكائنات الحية التي تعيش على الكوكب التكيف مع الظروف المعاكسة. لكن لا يمكن لأي مخلوق أن يوجد بدون ماء - فهذه المادة موجودة في جميع الحيوانات والنباتات. يتكون جسم الإنسان من ¾ ماء.
محتوى الماء في جسم الإنسانالخصائص الرئيسية للمياه:
ليس له لون
شفاف؛
ليس له رائحة وطعم.
قادرة على البقاء في ثلاث حالات للتجميع ؛
قادرة على الانتقال من حالة تجميع إلى أخرى ؛
تجربة توضح خصائص الماء عند تسخينه وتبريده
لإجراء تجربة في المنزل ، ستحتاج إلى حاويتين وقوارير معملية مع أنبوب مخرج الغاز ، بالإضافة إلى المواد: الثلج والماء الساخن والماء في درجة حرارة الغرفة.
صب الماء في درجة حرارة الغرفة في قوارير متطابقة ، ضع علامة على مستوى الماء بعلامة وقم بخفضه في وعاءين - بالماء الساخن والثلج. ما هي نتيجة التجربة؟ يرتفع الماء الموجود في القارورة ، المغموس في الماء الساخن ، فوق العلامة. الماء في القارورة ، الموضوعة في الجليد ، يقع تحت العلامة.
الخلاصة: نتيجة التسخين تتسع المياه وعندما تبرد تنكمش.
تجربة توضح خصائص الماء أثناء التخزين تحت ظروف مختلفة
يتم إجراء التجربة في المنزل في المساء. نملأ ثلاث عبوات متطابقة (الأكواب مناسبة) بـ 100 مل من الماء. نضع كوبًا واحدًا على حافة النافذة ، والثاني - على الطاولة ، والثالث - بالقرب من البطارية.
في الصباح ، نقارن النتائج: في الزجاج المتبقي على حافة النافذة ، تبخر الماء بمقدار الثلث ، وفي الزجاج على المنضدة ، تبخر الماء بمقدار النصف ، واتضح أن الزجاج القريب من البطارية فارغ وجاف: تبخر الماء منه. الخلاصة: يعتمد تبخر الماء على درجة الحرارة المحيطة ، وكلما ارتفعت ، زادت سرعة تبخر الماء.
تحويل بخار الماء إلى ماء
للتجربة ، نقوم بإعداد معدات خاصة:
مصباح الكحول
طبق معدني؛
دورق به أنبوب مخرج غاز.
صب الماء في القارورة وسخنه على مصباح كحول حتى يغلي. نحمل صفيحة معدنية باردة بالقرب من أنبوب مخرج الغاز - يستقر البخار عليها على شكل قطرات ماء. يسمى تحول الماء الغازي إلى سائل التكثيف. الخلاصة: عند تسخينها بقوة ، يتحول الماء إلى بخار ويعود إلى الحالة السائلة عندما يتلامس مع سطح بارد.
التكثيف على السطح الزجاجي
تسخين الماء ليغلي
الماء الذي يصل إلى نقطة الغليان له خصائص مميزة: السائل يغلي ، تظهر الفقاعات بالداخل ، البخار الكثيف يرتفع. يحدث هذا لأن جزيئات الماء ، عند تسخينها ، تتلقى طاقة إضافية من مصدر الحرارة وتتحرك بشكل أسرع. مع التسخين المطول ، يصل السائل إلى نقطة الغليان: تظهر الفقاعات على جدران الطبق.
ماء ساخن
إذا لم يتم إيقاف الغليان ، تستمر العملية حتى يتم تحويل كل الماء إلى غاز. مع زيادة درجة الحرارة ، يزداد الضغط ، تتحرك جزيئات الماء بشكل أسرع وتتغلب على القوى بين الجزيئات التي تربطها. الضغط الجوي يقاوم ضغط البخار. يغلي الماء عندما يتجاوز ضغط البخار الضغط الخارجي أو يصل إليه.
من أكثر المواد شيوعًا على الأرض: الماء. نحتاجه ، مثل الهواء ، لكن في بعض الأحيان لا نلاحظه على الإطلاق. هي فقط. لكن اتضح
من أكثر المواد شيوعًا على الأرض: الماء. نحتاجه ، مثل الهواء ، لكن في بعض الأحيان لا نلاحظه على الإطلاق. هي فقط. لكن اتضح أن الماء العادي يمكن أن يغير حجمه ويزن أكثر أو أقل. عندما يتبخر الماء ، يسخن ويبرد ، تحدث أشياء مذهلة حقًا ، والتي سنتعرف عليها اليوم.
يحدد موريل مانديل في كتابه الترفيهي "تجارب Phycisc للأطفال" الأفكار الأكثر إثارة للاهتمام حول خصائص الماء ، والتي على أساسها لا يستطيع الفيزيائيون الشباب فقط تعلم الكثير من الأشياء الجديدة ، ولكن أيضًا الكبار سوف يجددون معرفتهم بأنهم لم يضطروا للتقدم لفترة طويلة ، لذلك تبين أنهم نسوا قليلاً.اليوم سنتحدث عن حجم ووزن الماء. اتضح أن نفس الحجم من الماء لا يزن نفس الشيء دائمًا. وإذا سكبت الماء في كوب ولم ينسكب على الحافة ، فهذا لا يعني أنه سيكون مناسبًا له تحت أي ظرف من الظروف.
1. يتمدد الماء عند تسخينه
ضع برطمانًا مليئًا بالماء في قدر مملوء بخمسة سنتيمترات من الماء المغلي.الماء واتركه يغلي على نار خفيفة. سيبدأ الماء من الجرة في الفائض. هذا لأنه عند تسخينه ، يبدأ الماء ، مثل السوائل الأخرى ، في شغل مساحة أكبر. تتنافر الجزيئات بقوة أكبر مما يؤدي إلى زيادة حجم الماء.2. ينكمش الماء عندما يبرد
اترك الماء في البرطمان يبرد حتى يصل إلى درجة حرارة الغرفة ، أو أضف ماءً جديدًا وقم بتبريده. بعد فترة ، ستجد أن البرطمان الممتلئ سابقًا لم يعد ممتلئًا. عند تبريده إلى درجة حرارة 3.89 درجة مئوية ، يتناقص حجم الماء مع انخفاض درجة الحرارة. والسبب في ذلك هو انخفاض سرعة حركة الجزيئات وتقاربها مع بعضها البعض تحت تأثير التبريد.يبدو أن كل شيء بسيط للغاية: كلما كان الماء أكثر برودة ، قل حجمه ، ولكن ...
3. ... يزداد حجم الماء مرة أخرى عندما يتجمد
املأ الجرة بالماء حتى حافتها وقم بتغطيتها بقطعة من الورق المقوى. ضعه في الفريزر وانتظر حتى يتجمد. سوف تجد أن "غطاء" الكرتون قد تم دفعه للخارج. في نطاق درجة الحرارة بين 3.89 و 0 درجة مئوية ، أي في الطريق إلى نقطة التجمد ، يبدأ الماء في التمدد مرة أخرى. إنها واحدة من المواد القليلة المعروفة بهذه الخاصية.إذا كنت تستخدم غطاءًا محكمًا ، فإن الثلج سوف يسحق الجرة ببساطة. هل سمعت يومًا أنه حتى أنابيب المياه يمكن أن تنكسر بالجليد؟4. الجليد أخف من الماء
ضع بعض مكعبات الثلج في كوب من الماء. سوف يطفو الجليد على السطح. يتمدد الماء عندما يتجمد. ونتيجة لذلك ، يكون الجليد أخف من الماء: يبلغ حجمه حوالي 91٪ من الحجم المقابل للماء.هذه الخاصية المائية موجودة في الطبيعة لسبب ما. لها غرض محدد للغاية. يقولون أن الأنهار تتجمد في الشتاء. لكن في الحقيقة ، هذا ليس صحيحًا تمامًا. عادة ما تتجمد طبقة علوية صغيرة فقط. لا تغرق هذه الطبقة الجليدية لأنها أخف من الماء السائل. يعمل على إبطاء تجمد المياه في عمق النهر ويعمل كنوع من البطانية التي تحمي الأسماك وحيوانات الأنهار والبحيرات الأخرى من الصقيع الشتوي القاسي. عند دراسة الفيزياء ، تبدأ في فهم أن الكثير من الأشياء في الطبيعة مرتبة بشكل مناسب.
5. تحتوي مياه الصنبور على معادن
صب 5 ملاعق كبيرة من ماء الصنبور العادي في وعاء زجاجي صغير. عندما يتبخر الماء ، ستبقى حدود بيضاء على الوعاء. تتكون هذه الحافة من معادن تذوب في الماء أثناء مرورها عبر طبقات التربة.انظر داخل الغلاية الخاصة بك وسترى رواسب معدنية هناك. يتم تشكيل نفس اللويحة على الفتحة لتصريف المياه في الحمام.حاول تبخير مياه الأمطار لمعرفة ما إذا كانت تحتوي على معادن.التوسع أم الانكماش؟ الجواب هو: مع حلول فصل الشتاء ، يبدأ الماء في التوسع. لماذا يحدث هذا؟ تميز هذه الخاصية الماء عن قائمة جميع السوائل والغازات الأخرى ، والتي ، على العكس من ذلك ، يتم ضغطها عند تبريدها. ما سبب هذا السلوك غير العادي لهذا السائل؟
الفيزياء للصف الثالث: هل يتمدد الماء أو ينكمش عندما يتجمد؟
تتمدد معظم المواد والمواد عند تسخينها وتتقلص عند تبريدها. تظهر الغازات هذا التأثير بشكل أكثر وضوحًا ، لكن السوائل المختلفة والمعادن الصلبة تظهر نفس الخصائص.
أحد الأمثلة الأكثر لفتًا للانتباه على تمدد الغاز وانكماشه هو الهواء في البالون. عندما نخرج البالون إلى الخارج في طقس سالب ، يتناقص حجم البالون على الفور. إذا أحضرنا الكرة إلى غرفة ساخنة ، فستزيد على الفور. لكن إذا أحضرنا بالونًا إلى الحمام ، فسوف ينفجر.
تتطلب جزيئات الماء مساحة أكبر
سبب حدوث عمليات التمدد والتقلص هذه للمواد المختلفة هو الجزيئات. تلك التي تتلقى المزيد من الطاقة (يحدث هذا في غرفة دافئة) تتحرك أسرع بكثير من الجزيئات في غرفة باردة. تتصادم الجسيمات التي تحتوي على طاقة أكبر بشكل أكثر نشاطًا وفي كثير من الأحيان ، فإنها تحتاج إلى مساحة أكبر للتحرك. لاحتواء الضغط الذي تمارسه الجزيئات ، تبدأ المادة في الزيادة في الحجم. ويحدث بسرعة كبيرة. إذن ، هل يتمدد الماء أو ينكمش عندما يتجمد؟ لماذا يحدث هذا؟
الماء لا يخضع لهذه القواعد. إذا بدأنا في تبريد الماء إلى أربع درجات مئوية ، فسيتم تقليل حجمه. ولكن إذا استمرت درجة الحرارة في الانخفاض ، يبدأ الماء فجأة في التوسع! هناك خاصية مثل شذوذ في كثافة الماء. تحدث هذه الخاصية عند درجة حرارة أربع درجات مئوية.
الآن وقد اكتشفنا ما إذا كان الماء يتوسع أو يتقلص عندما يتجمد ، فلنكتشف كيف يحدث هذا الشذوذ في المقام الأول. السبب يكمن في الجسيمات التي يتكون منها. يتكون جزيء الماء من ذرتين هيدروجين وأكسجين. يعرف الجميع تركيبة الماء منذ المدرسة الابتدائية. الذرات في هذا الجزيء تجذب الإلكترونات بطرق مختلفة. للهيدروجين مركز ثقل موجب ، بينما الأكسجين ، على العكس من ذلك ، له مركز ثقل سالب. عندما تتصادم جزيئات الماء مع بعضها ، يتم نقل ذرات الهيدروجين لجزيء واحد إلى ذرة الأكسجين لجزيء مختلف تمامًا. هذه الظاهرة تسمى الترابط الهيدروجيني.
يحتاج الماء إلى مساحة أكبر لأنه يبرد
في اللحظة التي تبدأ فيها عملية تكوين الروابط الهيدروجينية ، تبدأ الأماكن في الظهور في الماء حيث تكون الجزيئات في نفس الترتيب كما في بلورة الجليد. تسمى هذه الفراغات المجموعات. فهي ليست متينة ، كما هو الحال في بلورة صلبة من الماء. عندما ترتفع درجة الحرارة ، يتم تدميرها وتغيير موقعها.
أثناء هذه العملية ، يبدأ عدد الكتل في السائل في الزيادة بسرعة. إنها تتطلب مساحة أكبر للانتشار ، وهذا هو سبب زيادة حجم الماء بعد وصوله إلى كثافته غير الطبيعية.
عندما ينخفض مقياس الحرارة إلى ما دون الصفر ، تبدأ المجموعات في التحول إلى بلورات جليدية صغيرة. بدأوا في الصعود. نتيجة كل هذا ، يتحول الماء إلى جليد. هذه قدرة غير عادية للماء. هذه الظاهرة ضرورية لعدد كبير جدًا من العمليات في الطبيعة. نعلم جميعًا ، وإذا كنا لا نعرف ، فإننا نتذكر أن كثافة الجليد أقل بقليل من كثافة الماء البارد أو البارد. هذا يسمح للجليد بالطفو على سطح الماء. تبدأ جميع الخزانات في التجمد من أعلى إلى أسفل ، مما يسمح للحيوانات المائية بالتواجد في القاع وليس التجمد. لذلك ، نحن نعرف الآن بالتفصيل ما إذا كان الماء يتوسع أو يتقلص عندما يتجمد.
يتجمد الماء الساخن أسرع من الماء البارد. إذا أخذنا كأسين متطابقين وصبنا الماء الساخن في أحدهما ونفس الكمية من الماء البارد في الآخر ، فسنلاحظ أن الماء الساخن يتجمد أسرع من الماء البارد. هذا ليس منطقيًا ، أليس كذلك؟ يحتاج الماء الساخن إلى أن يبرد قبل أن يبدأ في التجمد ، لكن الماء البارد لا يحتاج إلى ذلك. كيف نفسر هذه الحقيقة؟ لا يستطيع العلماء حتى يومنا هذا تفسير هذا اللغز. تسمى هذه الظاهرة بتأثير مبيمبا. تم اكتشافه في عام 1963 من قبل عالم من تنزانيا في ظل مجموعة غير عادية من الظروف. أراد الطالب أن يصنع من الآيس كريم بنفسه ولاحظ أن الماء الساخن يتجمد بشكل أسرع. شارك هذا مع مدرس الفيزياء ، الذي لم يصدقه في البداية.