Водата реагира като всяко друго съединение на променящите се температури, но аномалия се появява в тесни граници около точката на топене и това е промяна, която прави голяма разлика. Когато нагрявате лед, молекулите придобиват кинетична енергия и ледът се разширява, докато се разтопи. Но след като целият лед се превърне във вода и температурата започне отново да се повишава, разширяването спира. Между 32 и 40 градуса по Фаренхайт (0 и 4 градуса по Целзий), разтопената вода всъщност се свива с повишаване на температурата. Отвъд 40 F (4 C), той започва да се разширява отново. Това явление прави леда по-малко плътен от водата около него, което е причината ледът да се носи.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
Ледът се разширява с фиксирана скорост, течната вода се разширява с ускоряваща се скорост с повишаване на температурата и парата отново се разширява с фиксирана скорост. Между температурите от 32 F (0 C) до 40 F (4 C) течната вода всъщност се свива с повишаване на температурата.
Разширяване на лед, вода и пара
Като твърдо вещество ледът може да се разширява само линейно, което означава, че дължината и ширината на кубче лед могат да се променят. Коефициентът на линейно разширение за лед, който измерва частично изменение на дължината и ширината на градус Келвин, е константа 50 х 10-6÷ К. Това означава, че ледът се разширява равномерно с всяка степен на топлина, която добавяте към него.
Когато ледът стане течна вода, той вече няма фиксирани линейни размери, но има обем. Учените използват различен термичен коефициент - коефициент на обемно разширение - за измерване на реакцията на течната вода към температурата. Този коефициент, който измерва частични промени в обема на градус Келвин, не е фиксиран. Той се увеличава с монтажна температура, докато водата започне да кипи. С други думи, течната вода се разширява с нарастваща скорост с повишаване на температурата.
Когато водата се превърне в пара, тя се разширява съгласно закона за идеалния газ: PV = nRT. Ако налягането (P) и броят на моловете пари (n) се поддържат постоянни, обемът на парата (V) нараства линейно с температурата (T). В това уравнение R е константа, наречена идеална газова константа.
Решаващата аномалия
В точката си на топене водата проявява характеристика, споделена от никое друго съединение. Вместо да продължи да се разширява в течно състояние, той се свива и плътността му се увеличава, докато не достигне максимум при 40 F (4 C). От точката на топене до тази критична точка коефициентът на разширение е отрицателен и в точката на максимална плътност коефициентът на разширение е 0. Ако температурата продължи да се повишава, коефициентът на разширение отново става положителен.
Ако обърнете температурния градиент и хладната вода до точката на замръзване, тя започва да се разширява при 40 F (4 C) и продължава да се разширява, докато замръзне. Това е причината водопроводните тръби да се спукат при замръзващо време и защо никога не трябва да поставяте стъклена бутилка, пълна с вода, във фризера.