ความผิดปกติของน้ำ

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับความผิดปกติของน้ำ

วัตถุทุกชนิดจะขยายตัว (ปริมาตรเพิ่มขึ้น) เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น และจะหดตัว (ปริมาตรลดลง) เมื่ออุณหภูมิลดลง น้ำก็เช่นกัน จะขยายตัวเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นและหดตัวเมื่ออุณหภูมิลดลง แต่จะไม่เกิดขึ้นใน ช่วงอุณหภูมิ 0-4 องศา^{เซลเซียส}ระหว่าง 0-4 ^{องศาเซลเซียส}ปริมาตรของน้ำจะลดลง (น้ำหดตัว) เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น หากเราให้ความร้อนแก่น้ำที่อุณหภูมิ 0 ^{องศาเซลเซียส}ยิ่งน้ำร้อนมากเท่าไหร่ ปริมาตรของน้ำก็จะยิ่งลดลงมากเท่านั้น กระบวนการหดตัวจะหยุดลงเมื่อน้ำมีอุณหภูมิถึง 4 ^องศาเซลเซียส เหนือ 4 ^องศาเซลเซียส ปริมาตรของน้ำจะเพิ่มขึ้น (น้ำขยายตัว) เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน น้ำจะขยายตัว (ปริมาตรน้ำเพิ่มขึ้น) เมื่ออุณหภูมิลดลงจาก 4 องศา^{เซลเซียส}ถึง 0 ^องศาเซลเซียส ปรากฏการณ์แปลกประหลาดนี้ของน้ำเรียกว่าความผิดปกติของน้ำ

ตัวอย่างเช่น เราใส่น้ำอุณหภูมิ 30 ^องศาเซลเซียสลงในช่องแช่แข็งเมื่ออยู่ในช่องแช่แข็งอุณหภูมิของน้ำจะลดลง เมื่ออุณหภูมิของน้ำลดลง ปริมาตรของน้ำก็จะลดลงด้วย (น้ำหดตัว) เมื่ออุณหภูมิถึง 4 ^องศาเซลเซียส น้ำจะเริ่มขยายตัว (ปริมาตรของน้ำเพิ่มขึ้น) การขยายตัวของน้ำจะหยุดลงเมื่ออุณหภูมิถึง 0 องศา^{เซลเซียส}ซึ่งแตกต่างจากวัตถุอื่นๆ ที่ยังคงหดตัว (ปริมาตรของวัตถุลดลง) เมื่ออุณหภูมิของวัตถุลดลงถึง 0 ^องศาเซลเซียส

เมื่อวัตถุหดตัวลง (ปริมาตรของวัตถุลดลง) ความหนาแน่น หรือความหนาแน่นของวัตถุเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน เมื่อวัตถุขยายตัว (ปริมาตรของวัตถุเพิ่มขึ้น) ความหนาแน่นหรือมวลของวัตถุจะลดลง สูตรสำหรับความหนาแน่น = มวล / ปริมาตร มวลของวัตถุจะคงที่เสมอ ในขณะที่ปริมาตรของวัตถุสามารถเปลี่ยนแปลงได้ ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ น้ำจะหดตัว (ปริมาตรของน้ำลดลง) เฉพาะที่อุณหภูมิไม่เกิน 4 องศาเซลเซียส ^oดังนั้น น้ำจึงมีความหนาแน่นสูงสุดที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส ^oC.

ลองดูแผนภูมิข้างล่างนี้ แผนภูมินี้แสดงความสัมพันธ์ระหว่างปริมาตรน้ำและอุณหภูมิ

ประโยชน์ของปรากฏการณ์น้ำผิดปกติ

ประโยชน์ของปรากฏการณ์น้ำผิดปกติจะเห็นได้ชัดเจนที่สุดในพื้นที่ที่มีฤดูหนาว เมื่อฤดูหนาวมาถึง อุณหภูมิอากาศจะลดลง ผิวน้ำจะสัมผัสกับอากาศ ทำให้อุณหภูมิของน้ำบนผิวน้ำในแม่น้ำหรือทะเลสาบลดลง เมื่ออุณหภูมิของน้ำลดลง ปริมาตรของน้ำก็จะลดลงด้วย เมื่อปริมาตรของน้ำลดลง ความหนาแน่นของน้ำจะเพิ่มขึ้น น้ำที่ผิวน้ำมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำที่อยู่ด้านล่าง เนื่องจากมีความหนาแน่นมากกว่า น้ำที่ผิวน้ำจึงจมลง ส่วนน้ำที่อยู่ด้านล่างมีความหนาแน่นมากกว่า จึงลอยขึ้น กระบวนการนี้เกิดขึ้นจนกระทั่งอุณหภูมิของน้ำลดลงถึง 4 ^องศาเซลเซียส โปรดจำไว้ว่า น้ำจะหดตัว (ลดปริมาตร) ได้เฉพาะที่อุณหภูมิไม่เกิน 4 ^องศาเซลเซียสเท่านั้น ดังนั้น น้ำจึงมีความหนาแน่นสูงสุดที่ 4 ^องศาเซลเซียส

เมื่ออุณหภูมิของน้ำบนผิวน้ำในแม่น้ำหรือทะเลสาบลดลงต่ำกว่า 4 ^องศาเซลเซียส น้ำบนผิวน้ำจะขยายตัว (ปริมาตรน้ำเพิ่มขึ้น) เนื่องจากปริมาตรน้ำเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นของน้ำจึงลดลง ความหนาแน่นของน้ำบนผิวน้ำต่ำกว่าความหนาแน่นของน้ำด้านล่าง ดังนั้นน้ำบนผิวน้ำจึงไม่สามารถไหลลงไปด้านล่างได้ น้ำบนผิวน้ำจึงคงอยู่ด้านบนและแข็งตัวก่อนเมื่ออุณหภูมิน้ำลดลงเหลือ 0 ^องศาเซลเซียส เนื่องจากน้ำที่แข็งตัวสัมผัสกับน้ำบนผิวน้ำ น้ำด้านล่างใกล้ผิวน้ำจึงเริ่มแข็งตัวเช่นกันเมื่ออุณหภูมิน้ำลดลงเหลือ 0 ^องศาเซลเซียส และเป็นเช่นนี้เรื่อยไป ดังนั้นกระบวนการแข็งตัวจึงเริ่มต้นจากน้ำบนผิวน้ำ น้ำที่ก้นทะเลสาบหรือแม่น้ำมักจะไม่แข็งตัว เนื่องจากอุณหภูมิอากาศไม่หนาวจัด เนื่องจากน้ำที่ก้นทะเลสาบหรือแม่น้ำไม่ได้รับส่วนแบ่งของก้อนน้ำแข็ง ปลาและสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ที่ก้นทะเลสาบหรือแม่น้ำจึงยังคงมีชีวิตอยู่ได้ในช่วงฤดูหนาว

อ้างอิง