Vand reagerer som enhver anden forbindelse på skiftende temperaturer, men en anomali forekommer i et snævert område omkring smeltepunktet, og det er en ændring, der gør en stor forskel. Når du varmer is, får molekylerne kinetisk energi, og isen udvides, indtil den smelter. Men når al isen er vendt til vand, og temperaturen begynder at stige igen, stopper udvidelsen. Mellem 32 og 40 grader Fahrenheit (0 og 4 grader Celsius) trækker det smeltede vand sig faktisk sammen, når temperaturen stiger. Ud over 40 F (4 C) begynder den at ekspandere igen. Dette fænomen gør is mindre tæt end vandet omkring det, hvilket er grunden til, at is flyder.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
Is udvides med en fast hastighed, flydende vand udvider sig med en accelererende hastighed med stigende temperatur, og damp ekspanderer igen med en fast hastighed. Mellem temperaturerne på 32 F (0 C) til 40 F (4 C) trækker flydende vand sig faktisk sammen med stigende temperatur.
Udvidelse af is, vand og damp
Som et fast stof kan is kun ekspandere lineært, hvilket betyder, at længden og bredden af en isterning kan ændre sig. Koefficienten for lineær ekspansion for is, som måler brøkændring af længde og bredde pr. Grad Kelvin, er konstant 50 x 10
-6÷ K. Det betyder, at is udvides i en ensartet mængde med hver grad af varme, du tilføjer til den.Når is bliver flydende vand, har den ikke længere faste lineære dimensioner, men den har volumen. Forskere bruger en anden termisk koefficient - koefficienten for volumenudvidelse - til at måle reaktionen mellem flydende vand og temperatur. Denne koefficient, der måler brøkændringer i volumen pr. Grad Kelvin, er ikke fast. Den stiger med monteringstemperaturen, indtil vandet begynder at koge. Med andre ord ekspanderer flydende vand i stigende hastighed, når temperaturen stiger.
Når vand bliver til damp, udvides det i henhold til den ideelle gaslov: PV = nRT. Hvis trykket (P) og antallet af mol damp (n) opretholdes på en konstant, øges dampvolumenet (V) lineært med temperaturen (T). I denne ligning er R en konstant kaldet den ideelle gaskonstant.
Den afgørende anomali
Ved dets smeltepunkt udviser vand et kendetegn, der deles af ingen anden forbindelse. I stedet for at fortsætte med at ekspandere i flydende tilstand trækker den sig sammen, og dens densitet øges, indtil den når et maksimum ved 40 F (4 C). Fra smeltepunktet til dette kritiske punkt er ekspansionskoefficienten negativ, og ved punktet med maksimal densitet er ekspansionskoefficienten 0. Hvis temperaturen fortsætter med at stige, bliver ekspansionskoefficienten igen positiv.
Hvis du vender temperaturgradienten og køligt vand til frysepunktet, begynder det at ekspandere ved 40 ° C (4 ° C) og fortsætter med at ekspandere, indtil det fryser. Dette er grunden til, at vandrør sprænger i iskoldt vejr, og hvorfor du aldrig skal sætte en glasflaske fuld af vand i fryseren.