Veden poikkeavuuksien ymmärtäminen
Jokainen kappale laajenee (tilavuus kasvaa), kun kappaleen lämpötila nousee, ja kutistuu (tilavuus pienenee), kun kappaleen lämpötila laskee. Myös vesi laajenee lämpötilan noustessa ja kutistuu lämpötilan laskiessa, mutta ei 0–4 ° C:n lämpötiloissa. Lämpötilojen 0–4 °C välillä veden tilavuus pienenee (vesi kutistuu) lämpötilan noustessa. Jos lämmitämme vettä 0 ° C :n lämpötilassa , mitä kuumempaa vesi on, sitä enemmän veden tilavuus pienenee. Kutistumisprosessi pysähtyy, kun veden lämpötila saavuttaa 4 °C:n. Yli 4 ° C :ssa veden tilavuus kasvaa (vesi laajenee) lämpötilan noustessa. Kääntäen vesi laajenee (veden tilavuus kasvaa), kun lämpötila laskee 4 ° C:sta 0 ° C:seen. Tätä veden outoutta kutsutaan veden anomaliaksi.
Esimerkiksi laitamme pakastimeen 30 ° C: n lämpötilaista vettä . Pakastimessa veden lämpötila laskee. Kun veden lämpötila laskee, myös veden tilavuus pienenee (vesi kutistuu). Kun lämpötila saavuttaa 4 ° C:n, vesi alkaa laajentua (veden tilavuus kasvaa). Veden laajeneminen pysähtyy, kun lämpötila saavuttaa 0 ° C. Tämä eroaa muista kappaleista, jotka jatkavat kutistumista (kappaleen tilavuus pienenee), kun kappaleen lämpötila laskee 0 ° C :seen.
Kun esine kutistuu (
esineen tilavuus pienenee), tiheys tai kappaleen tiheys kasvaa. Käänteisesti, kun kappale laajenee (kappaleen tilavuus kasvaa), kappaleen tiheys tai massa pienenee. Tiheyden kaava = massa / tilavuus. Kappaleen massa pysyy aina vakiona. Samaan aikaan sen tilavuus voi muuttua lämpötilasta riippuen. Vesi supistuu (veden tilavuus pienenee) vain 4 °C:n lämpötilaan asti. oC, joten veden tiheys on suurin 4 °C:n lämpötilassa oC.
Katso alla olevaa kaaviota. Tämä kaavio näyttää veden tilavuuden ja lämpötilan välisen suhteen.
Veden poikkeavuuksien edut
Veden poikkeavuuksien hyödyt tuntuvat eniten alueilla, joilla on talvi. Kun talvi saapuu, ilman lämpötila laskee. Veden pinta joutuu kosketuksiin ilman kanssa, jolloin jokien tai järvien pinnalla olevan veden lämpötila laskee. Veden lämpötilan laskiessa myös veden tilavuus pienenee. Veden tilavuuden pienentyessä veden tiheys kasvaa. Pinnan veden tiheys on suurempi kuin sen alla olevan veden. Koska sen tiheys on suurempi, pinnan vesi uppoaa. Alapuolella olevan veden tiheys on suurempi, joten se kelluu. Tämä prosessi jatkuu, kunnes veden lämpötila saavuttaa 4 ° C. Muista, että vesi kutistuu (pienentää tilavuuttaan) vain 4 ° C :seen asti . Siksi veden tiheys on korkein 4 ° C :ssa.
Kun joen tai järven pintaveden lämpötila laskee alle 4 ° C:een, pinnalla oleva vesi laajenee (veden tilavuus kasvaa). Koska veden tilavuus kasvaa, veden tiheys pienenee. Pinnan veden tiheys on pienempi kuin alapuolella olevan veden tiheys, joten pinnalla oleva vesi ei pääse liikkumaan alaspäin. Pinnan vesi pysyy pinnalla ja jäätyy ensin, kun veden lämpötila laskee 0 ° C:een. Koska se joutuu kosketuksiin pinnan veden kanssa, myös pinnan lähellä oleva vesi alkaa jäätyä, kun veden lämpötila laskee 0 ° C:een. Ja niin edelleen. Jäätymisprosessi alkaa siis pinnalla olevasta vedestä. Järven tai joen pohjassa oleva vesi ei yleensä jäädy, koska ilman lämpötila ei ole kovin kylmä. Koska pohjassa oleva vesi ei saa osaansa jääpaloja, järven tai joen pohjassa olevat kalat ja muut elävät olennot pysyvät hengissä talven yli.
