Voda reaguje jako každá jiná sloučenina na měnící se teploty, ale anomálie se vyskytuje v úzkém rozmezí kolem bodu tání a je to změna, která má velký rozdíl. Když zahřejete led, molekuly získají kinetickou energii a led se rozpíná, dokud se neroztaje. Ale jakmile se veškerý led změnil na vodu a teplota začne opět stoupat, expanze se zastaví. Mezi 32 a 40 stupni Fahrenheita (0 až 4 stupně Celsia) se roztavená voda ve skutečnosti smršťuje, jak teplota stoupá. Za 40 ° C (4 ° C) se začne znovu rozšiřovat. Díky tomuto jevu je led méně hustý než voda kolem něj, což je důvod, proč led plave.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Led se rozpíná pevnou rychlostí, kapalná voda se rozpíná rychlostí s rostoucí teplotou a pára se opět rozpíná pevnou rychlostí. Mezi teplotami 0 ° C až 4 ° C se kapalná voda ve skutečnosti smršťuje s rostoucí teplotou.
Expanze ledu, vody a páry
Jako pevná látka se led může rozpínat pouze lineárně, což znamená, že se může měnit délka a šířka kostky ledu. Koeficient lineární roztažnosti pro led, který měří zlomkovou změnu délky a šířky na stupeň Kelvina, je konstantní 50 x 10
Když se z ledu stane kapalná voda, již nemá pevné lineární rozměry, ale má objem. Vědci používají k měření reakce kapalné vody na teplotu jiný tepelný koeficient - koeficient objemové roztažnosti. Tento koeficient, který měří dílčí změny objemu na stupeň Kelvina, není pevně stanoven. Zvyšuje se s rostoucí teplotou, dokud voda nezačne vřít. Jinými slovy, kapalná voda se zvyšuje s rostoucí teplotou.
Když se voda změní na páru, expanduje podle zákona o ideálním plynu: PV = nRT. Pokud se tlak (P) a počet molů páry (n) udržuje na konstantní hodnotě, objem páry (V) se lineárně zvyšuje s teplotou (T). V této rovnici je R konstanta nazývaná konstanta ideálního plynu.
Rozhodující anomálie
Při teplotě tání vykazuje voda charakteristiku sdílenou s žádnou jinou sloučeninou. Namísto pokračování expanze v kapalném stavu se smršťuje a jeho hustota se zvyšuje, dokud nedosáhne maxima při 40 ° F (4 ° C). Od bodu tání do tohoto kritického bodu je koeficient roztažnosti záporný a v bodě maximální hustoty je koeficient roztažnosti 0. Pokud teplota stále stoupá, koeficient expanze se opět stává kladným.
Pokud obrátíte teplotní gradient a studenou vodu na bod mrazu, začne se rozpínat při 40 ° F (4 ° C) a pokračuje v rozpínání, dokud nezmrzne. To je důvod, proč v mrazivém počasí praskly vodní trubky, a proto byste nikdy neměli dávat do mrazničky skleněnou láhev plnou vody.