A víz, mint bármely más vegyület, reagál a változó hőmérsékletekre, de az olvadáspont körül szűk tartományban anomália lép fel, és ez egy olyan változás, amely nagy különbséget jelent. Amikor jeget melegítesz, a molekulák kinetikus energiát nyernek, és a jég tágul, amíg meg nem olvad. De miután az összes jég vízzé vált és a hőmérséklet ismét emelkedni kezd, a tágulás leáll. 32 és 40 Fahrenheit fok (0 és 4 Celsius fok) között az olvadt víz a hőmérséklet emelkedésével valóban összehúzódik. 40 F (4 C) hőmérsékleten túl újra kezd tágulni. Ez a jelenség a jeget kevésbé sűrűvé teszi, mint a körülötte lévő víz, ezért a jég lebeg.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
A jég rögzített sebességgel tágul, a folyékony víz a hőmérséklet növekedésével gyorsuló sebességgel, a gőz pedig ismét rögzített sebességgel tágul. A 0 ° C és a 4 ° C közötti hőmérsékleten a folyékony víz növekvő hőmérséklet mellett összehúzódik.
A jég, a víz és a gőz kiterjesztése
Szilárd anyagként a jég csak lineárisan tágulhat, ami azt jelenti, hogy a jégkocka hossza és szélessége megváltozhat. A jég lineáris tágulási együtthatója, amely a hossz és szélesség frakcionális változását méri Kelvin fokonként, állandó 50 x 10
Amikor a jég folyékony vízzé válik, már nincsenek rögzített lineáris méretei, de térfogata van. A tudósok más hőtényezőt - a térfogat-tágulási együtthatót - használnak a folyékony víz hőmérsékletre adott reakciójának mérésére. Ez az együttható, amely a térfogat töredékváltozását méri Kelvin fokonként, nincs rögzítve. A szerelési hőmérséklet függvényében nő, amíg a víz forrni kezd. Más szavakkal, a folyékony víz a hőmérséklet emelkedésével növekszik.
Amikor a víz gőzzé válik, az ideális gáztörvény szerint tágul: PV = nRT. Ha a nyomás (P) és a gőzmólok száma (n) állandó szinten marad, a gőz térfogata (V) a hőmérséklet (T) mellett lineárisan növekszik. Ebben az egyenletben R az ideális gázállandonynak nevezett állandó.
A döntő rendellenesség
Olvadáspontján a víz olyan tulajdonsággal rendelkezik, amely más vegyületekkel nem azonos. Ahelyett, hogy folyékony állapotban folytatja a terjeszkedést, összehúzódik, és a sűrűsége növekszik, amíg el nem éri a maximumot 40 F (4 C) hőmérsékleten. Az olvadásponttól e kritikus pontig a tágulási együttható negatív, a maximális sűrűségnél a tágulási együttható 0. Ha a hőmérséklet tovább emelkedik, a tágulási együttható ismét pozitív lesz.
Ha a hőmérsékleti gradienst visszafordítja és a hűvös vizet fagyáspontra állítja, akkor az 4 ° C-on 40 F-on kezd tágulni, és addig terjeszkedik, amíg meg nem fagy. Ez az oka annak, hogy a vízvezetékek fagyos időben felrepedtek, és miért nem szabad soha a vízzel teli üvegpalackot a fagyasztóba tenni.