Контакты
Главный девиз нашей строительной компании!
Строительство дома - важнейшее событие в жизни любого человека. Когда мы строим дом, мы вкладываем не только время и деньги, но и частичку души. Поэтому, жилье всегда будет отражением своего владельца. Дом - это место где мы нужны и желанны, дом - наша крепость и убежище, дом - символ достатка и благополучия.

чому вода в ополонці тепла?

Російська народна традиція - купатися в ополонці в Хрещення, 19 січня, привертає все більше і більше людей. В цьому році в Петербурзі були організовані 19 ополонок, званих «купіль» або «иордань». Ополонці були добре оснащені дерев'яними містками, всюди чергували рятувальники. І цікаво, що, як правило, купаються люди говорили журналістам, що вони дуже задоволені, вода тепла. Я сама не купалася взимку, але знаю, що вода в Неві дійсно, за даними вимірів була + 4 + 5 ° С, що значно тепліше температури повітря - 8 ° С.

Той факт, що температура води під льодом на глибині в озерах і річках вище нуля на 4 градуси відомий багатьом, але, як показують обговорення на деяких форумах, не всі розуміють причину цього явища. Іноді підвищення температури пов'язують з тиском товстого шару льоду над водою і зміною в зв'язку з цим температури замерзання води. Але більшість людей, успішно вивчали фізику в школі, впевнено скажуть, що температура води на глибині пов'язана з відомим фізичним явищем - зміною щільності води з температурою. При температурі + 4 ° С прісна вода набуває свою найбільшу щільність.

При температурах поблизу 0 ° С вода стає менш щільною і більш легкою. Тому при охолодженні води у водоймі до +4 ° С припиняється конвекційне перемішування води, подальше її охолодження відбувається тільки за рахунок теплопровідності (а вона у води не дуже висока) і процеси охолодження води різко сповільнюються. Навіть у люті морози, в глибокій річці під товстим шаром льоду і шаром холодної води завжди буде вода з температурою +4 ° С. До дна промерзають лише дрібні ставки і озера.

Ми вирішили розібратися, чому при охолодженні вода поводиться так дивно. Виявилося, що вичерпне пояснення цьому явищу ще не знайдено. Існуючі гіпотези не знайшли поки експериментального підтвердження. Треба сказати, що вода - не єдине речовина, що має властивість розширюватися при охолодженні. Подібна поведінка характерно також для вісмуту, галію, кремнію і сурми. Однак саме вода викликає найбільший інтерес, оскільки є речовиною, дуже важливим для життєдіяльності людини і всього рослинного і тваринного світу.

Одна з теорій - існування в воді двох типів наноструктур високої і низької щільності, які змінюються з температурою і породжують аномальна зміна щільності. Вчені, які вивчають процеси переохолодження розплавів, висувають таке пояснення. При охолодженні рідини нижче температури плавлення внутрішня енергія системи зменшується, рухливість молекул знижується. У той же самий час посилюється роль міжмолекулярних зв'язків, за рахунок яких можуть формуватися різноманітні надмолекулярні частки. Досліди вчених з переохолодженням рідким о_терфенілом дозволили припустити, що в переохолодженої рідини з часом може утворюватися динамічна «сітка» з більш щільно упакованих молекул. Ця сітка поділяється на осередки (області). Молекулярні перепакування всередині осередку задають швидкість обертання молекул в ній, а більш повільна перебудова самої сітки призводить до зміни цієї швидкості в часі. Щось подібне може відбуватися і в воді.

У 2009 р японський фізик Масакадзу Мацумото, використовуючи комп'ютерне моделювання, висунув свою теорію зміни щільності води і опублікував її в журналі Physical Review Letters ( Why Does Water Expand When It Cools? ) ( «Чому вода при охолодженні розширюється?»). Як відомо, в рідкій формі молекули води за допомогою водневого зв'язку об'єднуються в групи (H2O) x, де x - кількість молекул. Найбільш енергетично вигідно об'єднання з п'яти молекул води (x = 5) з чотирма водневими зв'язками, в якому зв'язку утворюють тетраедральний кут, рівний 109,47 градуса.

Однак теплові коливання молекул води і взаємодії з іншими молекулами, що не входять в кластер, перешкоджають такому об'єднанню, відхиляючи величину кута водневого зв'язку від рівноважного значення 109,47 градуса. Щоб якось кількісно охарактеризувати цей процес кутовий деформації, Мацумото з колегами, висунули гіпотезу про існування в воді тривимірних мікроструктур, що нагадують опуклі порожнисті багатогранники. Пізніше, в наступних публікаціях, такі мікроструктури вони назвали вітрітамі. У них вершинами є молекули води, роль ребер грають водневі зв'язки, а кут між водневими зв'язками - це кут між ребрами в Вітрі.

Відповідно до теорії Мацумото, існує величезна різноманітність форм вітрітов, які, як мозаїчні елементи, складають більшу частину структури води і які при цьому рівномірно заповнюють весь її обсяг.

На малюнку шість типових вітрітов, що утворюють внутрішню структуру води. Кульки відповідають молекулам води, відрізки між кульками позначають водневі зв'язку. Мал. зі статті Masakazu Matsumoto, Akinori Baba, and Iwao Ohminea.

Молекули води прагнуть створити в вітрітах тетраедральние кути, оскільки вітріти повинні володіти мінімально можливою енергією. Однак через теплових рухів і локальних взаємодій з іншими вітрітамі, деякі вітріти приймають структурно нерівноважні конфігурації, які дозволяють всій системі в цілому отримати найменше значення енергії серед можливих. Такі назвали фрустрировать. Якщо у нефрустрірованних вітрітов обсяг порожнини максимальний при даній температурі, то фрустровані вітріти, навпаки, мають мінімально можливим обсягом. Комп'ютерне моделювання, проведене Мацумото, показало, що середній обсяг порожнин вітрітов з ростом температури лінійним чином зменшується. При цьому фрустровані вітріти значно зменшують свій об'єм, тоді як обсяг порожнини нефрустрірованних вітрітов майже не змінюється.

Отже, стиснення води при збільшенні температури, на думку вчених, викликано двома конкуруючими ефектами - подовженням водневих зв'язків, що призводить до збільшення обсягу води, і зменшенням обсягу порожнин фрустрованих вітрітов. На температурному відрізку від від 0 до 4 ° C останнім явище, як показали розрахунки, переважає, що в підсумку і призводить до спостережуваного стиску води при підвищенні температури.

Це пояснення засноване поки тільки на комп'ютерному моделюванні. Експериментально його дуже важко підтвердити. Дослідження цікавих і незвичайних властивостей води триває.

Why Does Water Expand When It Cools?
«Чому вода при охолодженні розширюється?

Copyright ©
Карта сайта
Все права защищены