Förstå vattenavvikelser
Varje föremål expanderar (volymen ökar) när föremålets temperatur ökar och krymper (volymen minskar) när föremålets temperatur minskar. Vatten expanderar också när temperaturen ökar och krymper när temperaturen minskar, men inte vid temperaturer på 0 ° C – 4 ° C. Mellan temperaturer på 0 ° C och 4 ° C minskar vattenvolymen (vatten krymper) när temperaturen ökar. Om vi värmer vatten vid en temperatur på 0 ° C, ju varmare vattnet är, desto mer minskar vattenvolymen. Krympningsprocessen avstannar när vattnet når en temperatur på 4 ° C. Över 4 ° C ökar vattenvolymen (vatten expanderar) när temperaturen ökar. Omvänt expanderar vatten (vattenvolymen ökar) när temperaturen minskar från 4 ° C till 0 ° C. Denna märklighet hos vattnet är känd som vattnets anomali.
Till exempel lägger vi vatten med en temperatur på 30 ° C i frysen . När det är i frysen sjunker vattentemperaturen. När vattentemperaturen sjunker minskar även vattenvolymen (vattnet krymper). När temperaturen når 4 ° C börjar vattnet expandera (vattenvolymen ökar). Vattnets expansion upphör när temperaturen når 0 ° C. Detta skiljer sig från andra föremål som fortsätter att krympa (föremålets volym minskar) när föremålets temperatur sjunker till 0 ° C.
När ett objekt krymper (
objektets volym minskar), densitet eller ett objekts densitet ökar. Omvänt, när ett objekt expanderar (objektets volym ökar), minskar objektets densitet eller massa. Formeln för densitet = massa / volym. Ett objekts massa förblir alltid konstant. Samtidigt kan dess volym förändras beroende på temperaturen. Vatten krymper (vattnets volym minskar) endast upp till en temperatur av 4 oC därför har vatten den högsta densiteten vid en temperatur av 4 oC.
Titta på grafen nedan. Grafen visar sambandet mellan vattenvolym och temperatur.
Fördelar med vattenavvikelser
Fördelarna med vattenavvikelser märks mest i områden med vinter. När vintern kommer sjunker lufttemperaturen. Vattenytan kommer i kontakt med luften, vilket gör att temperaturen på vattnet på ytan av floder eller sjöar sjunker. När vattentemperaturen sjunker minskar även vattenvolymen. När vattenvolymen minskar ökar vattendensiteten. Vatten vid ytan har en högre densitet än vattnet under. Eftersom det har en högre densitet sjunker (sinks) vattnet vid ytan. Vattnet under har en högre densitet, så det flyter (floats). Denna process sker tills vattentemperaturen når 4 ° C. Kom ihåg att vatten krymper (minskar volymen) bara upp till 4 ° C. Därför har vatten sin högsta densitet vid 4 ° C.
När vattentemperaturen på ytan av en flod eller sjö sjunker under 4 ° C expanderar vattnet på ytan (vattenvolymen ökar). Eftersom vattenvolymen ökar minskar vattnets densitet. Vattnets densitet på ytan är lägre än vattnets densitet nedanför, så vattnet på ytan kan inte röra sig nedåt. Vattnet på ytan stannar kvar överst och fryser först när vattentemperaturen sjunker till 0 ° C. Eftersom det kommer i kontakt med vattnet på ytan börjar vattnet nedanför nära ytan också frysa när vattentemperaturen sjunker till 0 ° C. Och så vidare. Så frysningsprocessen börjar med vattnet på ytan. Vattnet på botten av en sjö eller flod fryser vanligtvis inte, eftersom lufttemperaturen inte är särskilt kall. Eftersom vattnet på botten inte får sin beskärda del av isbitar, förblir fiskarna och andra levande varelser på botten av sjön eller floden vid liv under vintern.
