Почему вода замерзает весной

Почему вода замерзает?

Вода является не только одним из самых необходимых, но и самых удивительных явлений на нашей планете.

Известно, что фактически все вещества, имеющие природное или искусственное происхождение способны находиться в разных агрегатных состояниях и менять их в зависимости от условий окружающей среды. И хотя ученые знают более десятка фазовых состояний, некоторые из которых можно получить только в пределах лаборатории, в природе чаще всего встречается только три подобных состояния: жидкое, твердое и газообразное. Вода может пребывать во всех трех этих состояниях, переходя из одного в другое в естественных условиях.

Почему вода замерзает

Вода, находящаяся в жидком состоянии имеет слабо связанные молекулы, которые пребывают в постоянном движении и пытаются сгруппироваться в структуру, но не могут сделать этого из-за тепла. В таком виде вода может принимать абсолютно любую форму, но не в состоянии самостоятельно ее удерживать. При нагревании молекулы начинают двигаться намного быстрее, они отдаляются друг от друга, а когда постепенно вода переходит в газообразное состояние, то есть превращается в водяной пар, связи между молекулами окончательно рвутся. При воздействии же на воду низких температур движение молекул сильно замедляется, молекулярные связи становятся очень прочными и молекулы, которым больше не мешает воздействие тепла, упорядочиваются в кристаллическую структуру, имеющую шестигранную форму. Все мы видели подобные шестигранники, выпадающие на землю в виде снежинок. Процесс превращения воды в лед называется кристаллизацией или застыванием. В твердом состоянии вода надолго может сохранять любую принятую ею форму.

Процесс кристаллизации воды начинается при температуре 0 градусов по шкале Цельсия, имеющей 100 единиц. Данная измерительная система используется во многих странах Европы и в СНГ. В Америке же температуру измеряют при помощи шкалы Фаренгейта, которая обладает 180 делениями. По ней вода переходит из жидкого состояния в твердое при 32 градусах.

Однако вода не всегда замерзает при этих температурах, так очень чистую воду можно переохладить до температуры — 40 °С и она не замерзнет. Дело в том, что в очень чистой воде нет примесей, служащих основанием для построения кристаллической структуры. Примесями, к которым крепятся молекулы, могут выступать частички пыли, растворенные соли и т.д.

Особенностью воды является тот факт, что в то время как при замерзании другие вещества сжимаются, она, преобразовавшись в лед, напротив, расширяется. Происходит это потому что, когда вода переходит из жидкого состояния в твердое, расстояние между ее молекулами немного увеличивается. И поскольку лед имеет меньшую плотность, чем вода, он плавает на ее поверхности.

Говоря о замерзании воды, нельзя не упомянуть и тот интересный факт, что горячая вода застывает быстрее холодной, как бы парадоксально это не звучало. Данное явление было известно еще во времена Аристотеля, но ни знаменитому философу, ни его последователям так и не удалось разгадать эту тайну и о феномене забыли на долгие годы. Вновь о нем заговорили лишь в 1963 году, когда школьник из Танзании Эрасто Мпемба обратил внимание, что при приготовлении мороженого быстрее застывает лакомство сделанное из подогретого молока. Мальчик рассказал об этом своему учителю физики, но тот поднял его на смех. Лишь в 1969 году познакомившись с профессором физики Деннисом Осборном, юноша он смог найти подтверждение своей догадки, после совместно проведенных экспериментов. С тех пор выдвигалось много гипотез относительно этого феномена, например, что горячая вода замерзает быстрее за счет своего быстрого испарения, которое приводит к уменьшению объема воды и, как следствие, более быстрому застыванию. Но ни одна из них так и не смогла объяснить природу данного явления.

Автор: Анна Виннер
Дата публикации — 17.09.12.
Перепечатка без активной ссылки запрещена

Вы можете приложить к своему отзыву картинки.

Источник

Как спасти домашний водопровод от замерзания в марте

В промерзании грунта. Промерзание почвы и подпочвенных грунтов вызывают проблемы у строителей и сотрудников ЖКХ.

В 2020-21 годах в первой половине зимы, примерно до Новогодних праздников, толщина снежного покрова на территории всей Челябинской области была незначительной. За весь декабрь небольшие снегопады случились всего 2 раза. А дни с низкими температурами, ниже -15°С, случались часто. В это время произошло значительное промерзание почвы и остывание нижних слоёв грунта. В январе более половины месяца термометр в ночные часы опускался ниже -25°С. Потом наступила пятидневная оттепель, ухудшив теплоизоляционные свойства снежного покрова. И в феврале ударили морозы за -30°С.

Как пишет эксперт по грунтам, строитель Виктор Мартович, в Челябинской области средняя глубина промерзания грунта достигает 190 сантиметров, но это при идеальных условиях снежного покрова и средней рыхлости грунта. Более глубокие промерзания грунтов наблюдаются там, где по каким-либо причинам отсутствует снежный покров, как правило это автодороги и общественные территории, с которых снег убирается.

Именно над такими территориями происходит промерзание водоводов в сельских населённых пунктах. Почему в городе водоводы не замерзают, а в сёлах это происходит очень часто? Например, несколько лет назад сеть водоводов в Сосновском районе в конце февраля подверглась неимоверной атаке холода. Тогда не успевали отогревать системы водоснабжения во всех крупных населённых пунктах. Специалисты ЖКХ говорят о том, что в ночные часы разбор воды практически прекращается. И там, где почвы к концу февраля промёрзли на критические 200-230 сантиметров, происходит замораживание водоводов. Таких критических мест в посёлках может быть неимоверно много. Кстати, подсчитано, что в стандартном водоводе сечением 25 мм в период застоя вода замерзает в течение 30 минут. Чаще всего это происходит на подъёме под фундамент частного дома.

Чем же можно спасти водовод от замерзания?

Если не позаботились с осени, то в зимний период это может быть только один затратный способ – оставлять на ночь тонко текущую струйку воды. Если есть счётчик в квартире, будут наматываться кубометры, если нет центрального водоотведения, придётся чаще очищать выгребную яму, но вода не перемёрзнет.

Некоторые хозяйки откладывают на ночь поочерёдный запуск посудомоечной и стиральной машин. Тогда и вода в водоводе приходит в движение, и используется она по назначению.

Но лучше о водоводах позаботится летом. От колодца с центральным водоводом до фундамента дома нужно свой водовод утеплить. Идеальный и долговечный утеплитель – это пенопласт.

Если трубу водовода уложить между пластин пенопласта в 50 мм, то вода водовод не перемёрзнет никогда. Не забыть при этом проложить пенопластом участок водовода, проходящий под фундаментом дома. Дедовский и более трудозатратный способ, это каждую осень перед установлением заморозков перекапывать почву на ширине полуметра над водопроводной трубой до фундамента дома, потом перекопанный грунт сверху закрыть слоем опила, соломы, листьев.

Можно проложить внутри трубы греющий кабель, но при монтаже данного устройства лучше обратиться к специалистам.

При постройке водопроводов в посёлке контролировать строительную организацию, чтобы она создавала зацикленный водопровод, а подающие насосы устанавливала со сбросными клапанами, чтобы обеспечивалась закрытая циркуляция воды внутри трубопроводов, даже в те часы, когда никто водопроводом не пользуется. Правда, монтаж такого оборудования администрации поселка или жителям обойдётся в разы дороже, чем обычная водонапорная башня.

Источник

Почему вода превращается в лед не при 0 градусов

Стандартное утверждение о том, что вода замерзает при достижении температуры в 0 градусов Цельсия, на самом деле некий стереотип. Температурных порогов, при которых замерзает вода, существует не так уж мало, и зависят они от разных свойств воды и окружающей обстановки. К примеру, чистая вода может даже замерзнуть при -42°С, в зависимости от условий, в которых она охлаждается.

Почему так происходит

Для формирования кристаллов льда могут использоваться различные частицы и дефекты тары

Чтобы кристаллы льда сформировались, необходима основа, а ею могут стать различные вещества и мелкие тела, например, пылевые частицы. А ожидать, что чистая вода замерзнет, согласно распространенному мнению, при нулевой температуре, не стоит. Ядрами кристаллизации, как известно из курса физики, могут выступать растворенные в воде минеральные и органические частицы, но и не только они.

Кристаллизация может «выбрать» в качестве основы различные дефекты тары, в которой вода в этот момент находится, такие как сколы и трещины, а также воздушные пузырьки. Кстати, так как у горячей воды число ядер кристаллизации больше, то и замерзает она быстрее, чем холодная. Этот интересный факт известен любому старшекласснику. Если сосуд чист, и сама вода тоже, то она может какое-то время при отрицательной температуре находиться в обычном жидком состоянии. Но оно считается неустойчивым, потому что стоит появиться какой-либо посторонней частице, например, пылинке, как вокруг нее немедленно начнет образовываться ледяной кристалл, и вся остальная вода вокруг тоже становится льдом.

Источник

Почему вода замерзает? Описание, фото и видео

Вода – это вещество, которое может наблюдаться в трех агрегатных состояниях. Она может замерзать и быть твердым льдом, она бывает в жидкой форме, и также она присутствует в виде пара – не только в бане, но и в небе, в виде облаков. Однако в рамках данной статьи остановимся на первом ее состоянии, твердом.

Вода замерзает, образуя кристаллики твердого льда. Лед может формировать многокилометровые поверхности, покрывая реки, озера и другие водоемы. При этом он оказывается легче жидкой воды и всегда находится сверху. Замерзает вода из-за понижения температур.

Температуры и агрегатное состояние веществ

Чем выше температуры, тем дальше отстоят между собой молекулы любых веществ. Их отдаление друг от друга приводит к размягчению вещества, которое сначала становится жидким, а потом и вовсе газообразным. Этот процесс можно рассмотреть на примере железа, которое плавится в тигле и обретает жидкую форму. При сильном повышении температур оно может стать и газообразным, то есть, испариться, но для этого температура должна быть по-настоящему высокой.

Вода же при обычной комнатной температуре является жидкостью. При повышении температур она станет паром, а при понижении – льдом. Ведь понижение температуры имеет обратное влияние на молекулы – они сближаются. А при их сближении вещество становится тверже, плотнее. Такого же эффекта можно добиться при механическом прессовании любого вещества- оно станет тверже, опять же из-за сближения молекул.

Что происходит при понижении температур?

Когда на воду оказывается влияние пониженных температур, молекулы сближаются, образуя шестигранные формы. Разумеется, это снежинки, которые являются кристаллами воды. Остывание воды и ее кристаллизация – это фактически синонимы, описывающие один и тот же процесс. Вода начинает кристаллизоваться при температуре в 0 градусов – именно этот момент и взят за нулевую отметку по шкале Цельсия. Если рассматривать американскую шкалу Фаренгейта, то здесь застывание воды будет происходить при 32 градусах.

Но для создания кристаллов воды нужна основа, какие-либо примеси или взвеси, благодаря которым стартует этот процесс. И если вода абсолютно чистая, здесь наблюдается несколько другое явление – порой она застывает только при -40 градусах, а при нуле и других не слишком низких отметках остается жидкой. Однако не замерзает она только в спокойном состоянии. Если ее взболтать при минусовых отметках, она немедленно превратится в лед.

Интересные факты

С водой связано множество парадоксов. И кроме уже описанного выше нюанса, необходимо отметить, что лед занимает больше объема, чем жидкая вода, то есть, при замерзании это вещество расширяется, в то время как другие наоборот занимают меньше объема при низких температурах. Именно с расширением воды при формировании льда и связано лопание бочек, труб и других объектов, оставленных на зиму заполненными водой.

На момент замерзания молекулы немного отдаляются друг от друга, что и дает такой эффект. И именно этот фактор, наряду с вмерзшими пузыриками воздуха, делает лед плавучим. Если бы он тонул или формировался со дна, ни одно живое существо в водоемах не смогло бы перезимовать. Но формируясь именно на поверхности, и оставаясь там, лед наоборот сохраняет тепло воды и выполняет защитную функцию в зимнее время, давая животным, растениям и рыбам возможность перезимовать и выжить.

Есть и другие интересные феномены. Так, практика показала, что горячая вода замерзает быстрее холодной, и это явление с удивлением наблюдали еще во времена античности. На данный момент существует несколько гипотез, объясняющих этот парадокс, но окончательного ответа так и не было найдено.

Вода – это загадочная стихия, и чем больше люди погружаются в ее изучение, тем больше необъяснимых загадок она приносит. На данный момент установлено, что она обладает памятью, может быть мертвой или живой. Она является универсальным растворителем, и имеет массу других уникальных качеств. Несмотря на ее изобилие и распространенность на нашей планете, она все еще сохраняет множество своих загадок, и с большинством из них ученым приходится только мириться. Ведь спорить с фактами затруднительно.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Как объяснить явление «весной мороз в землю идет»?

ИмхоДом › Форумы › свободная тема › Как объяснить явление «весной мороз в землю идет»?

• В этой теме 27 ответов, 14 участников, последнее обновление 6 месяцев сделано Ilja Vlaskin .

В общем есть такое явление, как его объяснить физикой?

Просто каждую весну перемерзает вода и только в то время когда на улице пару дней стоит плюсовая погода, вот и в этот раз уже перехватило.

Большая иннерционность грунта, минус доходит только к весне.

Большая иннерционность грунта, минус доходит только к весне.

описанный мной процесс обязательно случается в оттепель, иногда вообще не случается

про инерционность мимо

похоже я сам нашёл ответ, вся проблема в том что при таянии льда поглощается энергия

так вот верхний слой тает забирает энергию у нижнего (вообще забирает энергию повсюду с чем соприкасается)

это как похолодание при ледоходе:

1. увеличивается площадь льда на реке

2. начинает интенсивно таять лёд поглощая эергию из воды и воздуха

Ерунда. нету такого явления. Просто совпадения.

Все просто. Глубина промерзания растет на протяжении всей зимы и продолжает расти еще некоторое время уже после прихода тепла на поверхности. За счет теплоемкости земли накопленная в толще отрицательная температура продолжает уходить вглубь и промораживать все новые и новые слои. А сверху земля уже отходит за счет повышения температуры на поверхности.

И поэтому людям кажется, что только с приходом тепла мороз идет вглубь. А на самом деле он туда идет с начала зимы.

похоже я сам нашёл ответ, вся проблема в том что при таянии льда поглощается энергия

так вот верхний слой тает забирает энергию у нижнего (вообще забирает энергию повсюду с чем соприкасается)

это как похолодание при ледоходе:

1. увеличивается площадь льда на реке

2. начинает интенсивно таять лёд поглощая эергию из воды и воздуха

путаете последовательность, верхний слой тает потому что его нагрело ( солнцо, воздух), сам по себе он не может таять отбирая тепло у окружающей среды которая холоднее

почему именно в оттепель и не зависит от того холодная была зима или как нынешняя?

а иногда вообще не промерзает

и да, согласен, что моё объяснение не канает)))

про инерционность мимо

Это так кажется (или у Вас статистика с определенной достоверностью?).

Глупость, это не недостаток ума, это такой ум. (А.И.Лебедь)

похоже я сам нашёл ответ, вся проблема в том что при таянии льда поглощается энергия

так вот верхний слой тает забирает энергию у нижнего (вообще забирает энергию повсюду с чем соприкасается)

Тянет на Нобелевскую премию (или какую сейчас дают в подобных случаях?).

Глупость, это не недостаток ума, это такой ум. (А.И.Лебедь)

да в течении 10 лет одна и таже петрушка, быстро потеплело, дорога растаяла трубу под дорогой прихватило

если потепления резкого не было, то и вода не перемерзает

похоже я сам нашёл ответ, вся проблема в том что при таянии льда поглощается энергия

так вот верхний слой тает забирает энергию у нижнего (вообще забирает энергию повсюду с чем соприкасается)

Тянет на Нобелевскую премию (или какую сейчас дают в подобных случаях?).

на шнобелевскую тянет)))

Тогда могу предположить следующее.

Подтаявший снег увлажняет почву, увеличиается её теплопроводность, а ночью она уже начинает перемерзать.

В общем есть такое явление, как его объяснить физикой?

Просто каждую весну перемерзает вода и только в то время когда на улице пару дней стоит плюсовая погода, вот и в этот раз уже перехватило.

Ночной холод действительно по весне «идет» в землю. Никаких чудес здесь нет. В верхней части грунта снег или тает или интенсивно уплотняется (превращается часто в лед). Теплоизоляция в виде снега меньшается или исчезает. Это днем, а ночью и сверху давит холод и снизу земля холодная (часто промерзшая). Местами образуется просто корка льда. Ну и естественно охлаждение поверхности идет интенсивней.

Источник