Su, değişen sıcaklıklara diğer herhangi bir bileşik gibi tepki verir, ancak erime noktası civarında dar bir aralıkta bir anormallik meydana gelir ve bu, büyük bir fark yaratan bir değişikliktir. Buzu ısıttığınızda, moleküller kinetik enerji kazanır ve buz eriyene kadar genişler. Ancak tüm buz suya dönüştüğünde ve sıcaklık tekrar yükselmeye başladığında, genişleme durur. 32 ila 40 derece Fahrenheit (0 ila 4 santigrat derece) arasında, erimiş su aslında sıcaklık arttıkça büzülür. 40 F (4 C) ötesinde, tekrar genişlemeye başlar. Bu fenomen, buzu etrafındaki sudan daha az yoğun hale getirir, bu da buzun yüzmesinin nedenidir.
TL; DR (Çok Uzun; Okumadım)
Buz sabit bir hızla genişler, sıvı su artan sıcaklıkla hızlanan bir hızla genişler ve buhar tekrar sabit bir hızla genişler. 32 F (0 C) ila 40 F (4 C) sıcaklıkları arasında, sıvı su aslında artan sıcaklıkla büzülür.
Buz, Su ve Buharın Genişlemesi
Bir katı olarak buz yalnızca doğrusal olarak genişleyebilir, bu da bir buz küpünün uzunluğunun ve genişliğinin değişebileceği anlamına gelir. Kelvin derecesi başına uzunluk ve genişliğin kesirli değişimini ölçen buz için doğrusal genleşme katsayısı sabit 50 x 10'dur.
-6÷ K. Bu, buzun, eklediğiniz her bir ısı derecesi ile eşit bir miktarda genişlediği anlamına gelir.Buz sıvı su haline geldiğinde, artık sabit doğrusal boyutlara sahip değildir, ancak hacmi vardır. Bilim adamları, sıvı suyun sıcaklığa tepkisini ölçmek için farklı bir termal katsayı - hacim genişleme katsayısı - kullanırlar. Kelvin derecesi başına hacimdeki kesirli değişiklikleri ölçen bu katsayı sabit değildir. Su kaynamaya başlayana kadar montaj sıcaklığı ile artar. Başka bir deyişle, sıvı su, sıcaklık arttıkça artan bir oranda genişler.
Su buhara dönüştüğünde ideal gaz yasasına göre genleşir: PV = nRT. Basınç (P) ve buhar mol sayısı (n) sabit kalırsa, buharın hacmi (V) sıcaklıkla (T) doğrusal olarak artar. Bu denklemde R, ideal gaz sabiti olarak adlandırılan bir sabittir.
Önemli Anomali
Erime noktasında su, başka hiçbir bileşik tarafından paylaşılan bir özellik göstermez. Sıvı halde genişlemeye devam etmek yerine büzülür ve yoğunluğu 40 F (4 C) maksimuma ulaşana kadar artar. Erime noktasından bu kritik noktaya kadar genleşme katsayısı negatiftir ve maksimum yoğunluk noktasında genleşme katsayısı 0'dır. Sıcaklık yükselmeye devam ederse, genleşme katsayısı tekrar pozitif olur.
Sıcaklık gradyanını tersine çevirir ve suyu donma noktasına kadar soğutursanız, 40 F (4 C) sıcaklıkta genişlemeye başlar ve donana kadar genişlemeye devam eder. Dondurucu havalarda su borularının patlamasının nedeni budur ve dondurucuya asla su dolu bir cam şişe koymamanızın nedeni budur.