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 sätter vi vatten med en temperatur på 30oC in i frysNär du är inne frys, vattentemperaturen minskar. När vattentemperaturen minskar minskar även vattenvolymen (vattnet krymper). När temperaturen når 4 oC, vattnet börjar expandera (vattenvolymen ökar). Vattnets expansion upphör när temperaturen når 0 oC. Till skillnad från andra objekt som fortsätter att krympa (objektets volym minskar) när objektets temperatur sjunker till 0oC.
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 kalla vintrar. När vintern kommer sjunker lufttemperaturen. Vattenytan kommer i kontakt med luften, vilket gör att temperaturen på vattnet på ytan av floder eller sjöar minskar. När vattentemperaturen minskar 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 vattnet vid ytan. Vattnet under har en högre densitet, så det flyter. Denna process fortsätter tills vattentemperaturen når 4 °C. oC. Kom ihåg att vattnet krymper (vattenvolymen minskar) bara upp till 4 oC. Därför har vatten den högsta densiteten vid en temperatur av 4 oC.
När vattentemperaturen på flodytan eller sjöytan blir lägre än 4 oC, vattnet på ytan expanderar (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 ovanpå och fryser först när vattentemperaturen sjunker till 0 °C.oC. Eftersom det kommer i kontakt med vattnet på ytan börjar vattnet nedanför nära ytan också frysa när vattnets temperatur sjunker till 0.oC. Och så vidare. Så frysningsprocessen börjar i vattnet på ytan. Vatten på botten av en sjö eller flodbädd fryser vanligtvis inte eftersom lufttemperaturen inte är särskilt kall. Eftersom vattnet på botten inte får sin beskärda del av isen, överlever fiskar och andra varelser som lever på botten av sjön eller flodbädden vintern.
