Vesi reagoi lämpötilan muutoksiin kuten mikä tahansa muu yhdiste, mutta poikkeavuuksia esiintyy kapealla alueella sulamispisteen ympärillä, ja se on muutos, jolla on suuri ero. Kun kuumennat jäätä, molekyylit saavat kineettisen energian ja jää laajenee, kunnes se sulaa. Mutta kun kaikki jää on muuttunut vedeksi ja lämpötila alkaa jälleen nousta, paisuminen loppuu. Sulatettu vesi supistuu lämpötilan noustessa välillä 32–40 Fahrenheit-astetta (0–4 astetta). 40 F: n (4 C) yli se alkaa jälleen laajentua. Tämä ilmiö tekee jäästä vähemmän tiheää kuin sen ympärillä oleva vesi, minkä vuoksi jää kelluu.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Jää laajenee kiinteällä nopeudella, nestemäinen vesi laajenee kiihtyvällä nopeudella lämpötilan noustessa ja höyry laajenee jälleen kiinteällä nopeudella. Nestemäinen vesi supistuu lämpötilan noustessa välillä 32 F (0 C) - 40 F (4 C) lämpötilan noustessa.
Jää, vesi ja höyry laajenevat
Kiinteänä aineena jää voi laajentua vain lineaarisesti, mikä tarkoittaa, että jääkuution pituus ja leveys voivat muuttua. Jään lineaarisen laajenemiskerroin, joka mittaa pituuden ja leveyden osamuutoksen Kelvin-astetta kohti, on vakio 50 x 10
-6÷ K. Tämä tarkoittaa, että jää laajenee yhtenäisenä määränä jokaisen siihen lisätyn lämpöasteen kanssa.Kun jäästä tulee nestemäistä vettä, sillä ei ole enää kiinteitä lineaarisia mittoja, mutta sillä on tilavuutta. Tutkijat käyttävät erilaista lämpökerrointa - tilavuuslaajenemiskerrointa - nestemäisen veden reaktion mittaamiseen lämpötilaan. Tätä kerrointa, joka mittaa osamääriä tilavuuden muutoksissa Kelvin-astetta kohti, ei ole vahvistettu. Se nousee asennuslämpötilan mukana, kunnes vesi alkaa kiehua. Toisin sanoen nestemäinen vesi laajenee kasvavalla nopeudella lämpötilan noustessa.
Kun vesi muuttuu höyryksi, se laajenee ihanteellisen kaasulain mukaan: PV = nRT. Jos paine (P) ja höyrymoolien määrä (n) pysyvät vakiona, höyryn tilavuus (V) kasvaa lineaarisesti lämpötilan (T) kanssa. Tässä yhtälössä R on vakio, jota kutsutaan ihanteelliseksi kaasuvakiona.
Ratkaiseva poikkeama
Sulamispisteessä vedellä on ominaisuus, joka ei ole mikään muu yhdiste. Sen sijaan, että jatkaisi laajenemista nestemäisessä tilassa, se supistuu ja sen tiheys kasvaa, kunnes se saavuttaa maksimin lämpötilassa 40 F (4 C). Sulamispisteestä tähän kriittiseen pisteeseen laajenemiskerroin on negatiivinen, ja suurimman tiheyden kohdalla laajenemiskerroin on 0. Jos lämpötila jatkuu edelleen, laajenemiskerroin tulee jälleen positiiviseksi.
Jos käännät lämpötilagradientin ja jäähdytät vettä jäätymispisteeseen, se alkaa laajentua 4 F: n lämpötilassa ja jatkaa laajenemista, kunnes se jäätyy. Tästä syystä vesiputket räjähtivät pakkasella ja miksi sinun ei pitäisi koskaan laittaa lasipulloa täynnä vettä pakastimeen.