Veden poikkeavuuksien ymmärtäminen
Jokainen kappale laajenee (kappaleen tilavuus kasvaa), kun kappaleen lämpötila nousee, ja kappale kutistuu (kappaleen tilavuus pienenee), kun suhu Kappale kutistuu. Myös vesi laajenee lämpötilansa noustessa ja supistuu lämpötilansa laskiessa, mutta ei 0 °C:ssa.oC - 4oC. Lämpötilojen välillä 0 oC:stä 4:aan oC, veden tilavuus pienenee (vesi kutistuu) lämpötilan noustessa. Jos lämmitämme vettä 0 °C:n lämpötilassa oC, mitä kuumempaa vesi on, sitä enemmän veden tilavuus pienenee. Kutistumisprosessi pysähtyy, kun veden lämpötila saavuttaa 4 oC. Yli 4 oC:ssa veden tilavuus kasvaa (vesi laajenee) lämpötilan noustessa. Kääntäen vesi laajenee (veden tilavuus kasvaa), kun lämpötila laskee 4 celsiusasteesta oC:stä 0:aan oC. Tämä outo vesi tunnetaan nimellä veden poikkeavuus.
Esimerkiksi laitamme veden 30 asteen lämpötilaan.oC osaksi pakastinSisällä ollessa pakastin, veden lämpötila laskee. Kun veden lämpötila laskee, myös veden tilavuus pienenee (vesi kutistuu). Kun se saavuttaa 4 oC:ssa vesi alkaa laajentua (veden tilavuus kasvaa). Veden laajeneminen pysähtyy, kun lämpötila saavuttaa 0 oC. Eroaa muista kappaleista, jotka kutistuvat edelleen (kappaleen tilavuus pienenee), kun kappaleen lämpötila laskee 0 asteeseenoC.
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 kylmät talvet. Talven saapuessa 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 alapuolella olevan veden. Koska sen tiheys on suurempi, pinnalla oleva vesi vajoaa. Alapuolella olevan veden tiheys on suurempi, joten se kelluu. Tämä prosessi jatkuu, kunnes veden lämpötila saavuttaa 4 °C. oC. Muista, että vesi kutistuu (veden tilavuus pienenee) vain enintään 4 oC. Siksi veden tiheys on korkein 4 °C:n lämpötilassa. oC.
Kun veden lämpötila joen tai järven pinnalla laskee alle 4 oC:ssa pinnalla oleva vesi laajenee (veden tilavuus kasvaa). Koska veden tilavuus kasvaa, veden tiheys pienenee. Pinnan veden tiheys on pienempi kuin alla olevan veden tiheys, joten pinnalla oleva vesi ei voi liikkua alaspäin. Pinnan vesi pysyy pinnalla ja jäätyy ensin, kun veden lämpötila laskee 0 °C:seen.oC. Koska se joutuu kosketuksiin pinnalla olevan veden kanssa, myös pinnan lähellä oleva vesi alkaa jäätyä veden lämpötilan laskiessa 0 asteeseen.oC. Ja niin edelleen. Jäätymisprosessi alkaa siis pinnalla olevassa vedessä. Järven tai joenpohjan pohjavesi ei yleensä jäädy, koska ilman lämpötila ei ole kovin kylmä. Koska pohjavesi ei saa osaansa jäästä, kalat ja muut järven tai joenpohjan pohjassa elävät eliöt selviävät talvesta.
