Vanduo, kaip ir bet kuris kitas junginys, reaguoja į besikeičiančią temperatūrą, tačiau anomalija įvyksta siaurame diapazone aplink lydymosi temperatūrą, ir tai yra didelis pokytis. Kaitinant ledą, molekulės įgyja kinetinę energiją, o ledas plečiasi, kol ištirps. Bet kai visas ledas virs vandeniu ir temperatūra vėl pradeda kilti, plėtra sustoja. Tarp 32 ir 40 laipsnių pagal Celsijų (0 ir 4 laipsnių Celsijaus) ištirpęs vanduo iš tikrųjų susitraukia, kai temperatūra pakyla. Už 40 F (4 C), jis vėl pradeda plėstis. Šis reiškinys daro ledą mažiau tankų nei aplink jį esantis vanduo, todėl ledas plaukia.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Ledas plečiasi fiksuotu greičiu, skystas vanduo didėja greitėjant didėjant temperatūrai, o garas vėl plečiasi fiksuotu greičiu. Skystas vanduo tarp 32 F (0 C) - 40 F (4 C) temperatūros iš tikrųjų susitraukia didėjant temperatūrai.
Ledo, vandens ir garų plėtimasis
Kaip kieta medžiaga, ledas gali išsiplėsti tik tiesiškai, o tai reiškia, kad ledo kubo ilgis ir plotis gali pasikeisti. Ledo tiesinio išsiplėtimo koeficientas, kuriuo matuojamas dalinis ilgio ir pločio pokytis vienam Kelvino laipsniui, yra pastovus 50 x 10
-6÷ K. Tai reiškia, kad ledas išsiplečia vienodu kiekiu su kiekvienu jo pridedamu šilumos laipsniu.Kai ledas tampa skystu vandeniu, jis nebeturi fiksuotų linijinių matmenų, tačiau turi tūrį. Mokslininkai naudoja skirtingą šiluminį koeficientą - tūrio plėtimosi koeficientą - skysto vandens reakcijai į temperatūrą išmatuoti. Šis koeficientas, matuojantis dalinius tūrio pokyčius vienam Kelvino laipsniui, nėra fiksuotas. Ji didėja montavimo temperatūrai tol, kol vanduo pradeda virti. Kitaip tariant, skystas vanduo didėja, kylant temperatūrai.
Kai vanduo virsta garais, jis išsiplečia pagal idealų dujų įstatymą: PV = nRT. Jei slėgis (P) ir garų molių skaičius (n) išlieka pastovūs, garų tūris (V) didėja tiesiškai su temperatūra (T). Šioje lygtyje R yra konstanta, vadinama idealia dujų konstanta.
Esminė anomalija
Lydymosi temperatūroje vanduo pasižymi savybe, kuri nėra panaši į jokį kitą junginį. Užuot toliau plėtęsis skystoje būsenoje, jis susitraukia, o jo tankis didėja, kol pasiekia maksimumą esant 40 F (4 C) temperatūrai. Nuo lydymosi taško iki šio kritinio taško išsiplėtimo koeficientas yra neigiamas, o didžiausio tankio taške išsiplėtimo koeficientas yra 0. Jei temperatūra ir toliau kyla, išsiplėtimo koeficientas vėl tampa teigiamas.
Jei pakeisite temperatūros gradientą ir atvėsinkite vandenį iki užšalimo taško, jis pradeda plėstis esant 40 F (4 C) temperatūrai ir toliau plečiasi, kol užšąla. Tai yra priežastis, dėl kurios vandens vamzdžiai sprogo esant šaltam orui, ir kodėl jūs niekada neturėtumėte į šaldiklį įdėti vandens pilno stiklinio butelio.