Вода в природе может находиться в трех разных агрегатных состояниях:
- в твердом;
- в жидком;
- в газообразном.
Лед и снег находятся в твердом состоянии, после плавления они превращаются в жидкость, а при нагревании этой же жидкости, она испаряется и превращается в водяной пар. Многим интересно, какие условия должны быть для плавления, замерзания и испарения воды? При какой температуре тает лед и снег или получается вода и пар? О всем этом вы узнаете в этой познавательной статье.
Вода на Земле
Нельзя сказать, что водяной пар и лед редко встречаются в повседневной жизни. Однако наиболее распространенным является именно жидкое состояние – обычная вода. Специалисты выяснили, что на нашей планете находится более 1 млрд кубических километров воды. Однако не более 3 млн км3 воды принадлежат пресным водоемам.
Достаточно большое количество пресной воды «покоится» в ледниках (около 30 млн кубических километров). Однако растопить лед таких огромных глыб далеко не просто. Остальная же вода соленая, принадлежащая морям Мирового океана.
Вода окружает современного человека повсюду, во время большинства ежедневных процедур. Многие считают, что запасы воды неиссякаемы, и человечество сможет всегда использовать ресурсы гидросферы Земли. Однако это далеко не так. Водные ресурсы нашей планеты постепенно истощаются, и уже через несколько сотен лет пресной воды на Земле может не остаться вовсе.
Поэтому абсолютно каждому человеку нужно бережно относиться к пресной воде и экономить ее. Ведь даже в наше время существуют государства, в которых запасы воды катастрофически малы.
Свойства воды
Прежде чем говорить о температуре таяния льда, стоит рассмотреть основные свойства этой уникальной жидкости.
Итак, воде присущи следующие свойства:
- Отсутствие цвета.
- Отсутствие запаха.
- Отсутствие вкуса (однако качественная питьевая вода имеет приятный вкус).
- Прозрачность.
- Текучесть.
- Способность растворять различные вещества (например, соли, щелочи и т. д.).
- Вода не имеет собственной постоянной формы и способна принимать форму сосуда, в который попадает.
- Способность очищаться посредством фильтрования.
- При нагревании вода расширяется, а при охлаждении сжимается.
- Вода может испаряться, превращаясь в пар, и замерзать, образуя кристаллический лед.
В этом списке представлены основные свойства воды. Теперь разберемся, каковы особенности твердого агрегатного состояния этого вещества, и при какой температуре тает лед.
Снег и лед
Лед – это твердое кристаллическое вещество, которое имеет достаточно неустойчивую структуру. Он, как и вода, прозрачен, не имеет цвета и запаха. Также лед обладает такими свойствами, как хрупкость и скользкость; он холодный на ощупь.
Снег также представляет собой замерзшую воду, однако обладает рыхлой структурой и имеет белый цвет. Именно снег каждый год выпадает в большинстве стран мира.
Как снег, так и лед – крайне неустойчивые вещества. Чтобы растопить лед, не нужно прикладывать особых усилий. Когда же он начинает таять?
Плавление льда
В природе твердый лед существует только при температуре 0 °C и ниже. Если же температура окружающей среды поднимается и становится больше 0 °C, лед начинает таять.
При температуре таяния льда, при 0 °C, происходит и другой процесс – замерзание, или кристаллизация, жидкой воды.
Данный процесс можно наблюдать всем жителям умеренно континентального климата. Зимой, когда температура на улице опускается ниже 0 °C, достаточно часто выпадает снег, который не тает. А жидкая вода, находившаяся на улицах, замерзает, превращаясь в твердый снег или лед. Весной же можно увидеть обратный процесс. Температура окружающей среды поднимается, поэтому лед и снег тают, образуя многочисленные лужи и грязь, которую можно считать единственным минусом весеннего потепления.
Таким образом, можно сделать вывод, что, при какой температуре начинает таять лед, при такой же температуре начинается и процесс замерзания воды.
В такой науке, как физика, часто используется понятие количества теплоты. Данная величина показывает количество энергии, необходимой для нагревания, плавления, кристаллизации, кипения, испарения или конденсации различных веществ. Причем каждый из перечисленных процессов имеет свои особенности. Поговорим о том, какое количество теплоты для нагревания льда требуется в обычных условиях.
Чтобы нагреть лед, нужно сначала его растопить. Для этого необходимо количество теплоты, нужное для плавления твердого вещества. Теплота равняется произведению массы льда на удельную теплоту его плавления (330-345 тысяч Джоулей/кг) и выражается в Джоулях. Допустим, что нам дано 2 кг твердого льда. Таким образом, чтобы его растопить, нам понадобится: 2 кг * 340 кДж/кг = 680 кДж.
После этого нам необходимо нагреть образовавшуюся воду. Количество теплоты для данного процесса рассчитать будет немного сложнее. Для этого нужно знать начальную и конечную температуру нагреваемой воды.
Итак, допустим, что нам требуется нагреть получившуюся в результате плавления льда воду на 50 °C. То есть разница начальной и конечной температуры = 50 °C (начальная температура воды – 0 °C). Тогда следует умножить разность температур на массу воды и на ее удельную теплоемкость, которая равняется 4 200 Дж*кг/°C. То есть количество теплоты, необходимое для нагревания воды, = 2 кг * 50 °C * 4 200 Дж*кг/°C = 420 кДж.
Тогда получаем, что для плавления льда и последующего нагревания получившейся воды нам потребуется: 680 000 Дж + 420 000 Дж = 1 100 000 Джоулей, или 1,1 Мегаджоуль.
Зная, при какой температуре тает лед, можно решить множество непростых задач по физике или химии.
Плавление снега
Рассмотрим, какое количество теплоты нужно затратить, что бы из 4 кг. снега получить 4 кг. горячей воды (100°С) при температуре окружающей среды — 10°С.
Дано:
- m = 4 кг — масса снега
- t1 = -10 C — температура снега
- t2 = 0 C — температура плавления снега
- t3 = 100 C — температура кипящей воды
- С1 = 2100 Дж/кг*С — удельная теплоемкость снега
- Л = 330000 Дж/кг — удельная теплота плавления cнега
- С2 = 4200 Дж/кг*С — удельная теплоемкость воды
- Q-?
Решение:
- Q1 = C1*m*(t2-t1)
- Q2 = Л*m
- Q3 = C2*m*(t3-t2)
- Q = Q1 + Q2 + Q3
- Q1 = 2100*4*(0+10) = 84000 Дж
- Q2 = 330000*4 = 1320000 Дж
- Q3 = 4200*4(100-0) = 1680000 Дж
- Q = 1680000 + 84000 + 1320000 = 3084000 Дж = 3084 кДж
Ответ:
Превращение воды в пар
Задача: Найти сколько энергии необходимо затратить, что бы превратить 1 кг. воды в пар, если изначально температура воды составляет 25°С.
Решение:
- На нагрев 1 кг воды на 1°С необходимо затратить 4200 Дж;
- Для нагрева с 25°С до 100 °С необходимо нагреть воду на 75°С;
- Для этого нужно затратить 4200*75=315000 Дж;
Ответ:
- Необходимо затратить 315 кДж.
Выводы
Итак, в данной статье мы узнали некоторые факты о воде и о двух ее агрегатных состояниях – твердом и жидком. Водяной пар, однако, представляет собой не менее интересный объект для изучения. Например, в нашей атмосфере содержится приблизительно 25*1016 кубических метров водяного пара. К тому же, в отличие от замерзания, испарение воды происходит при любой температуре и ускоряется при ее нагревании или при наличии ветра.
Мы узнали, при какой температуре тает лед и замерзает жидкая вода. Такие факты всегда пригодятся нам в повседневной жизни, так как вода окружает нас повсюду. Важно всегда помнить о том, что вода, в особенности пресная, является иссякаемым ресурсом Земли и нуждается в бережном к ней отношении.
Так же мы недавно писали о том, с чего начинать подготовку к ЕГЭ, советуем всем школьникам, даже тем, кто учится не в выпускных классах прочитать эту статью.
Источник: infosort.ru
Особенности режима реки Волги
Для Волги, как и любой другой речной системы, характерен свой водный режим. Она замерзает, разливается и мелеет в определенные месяцы.
На ее режим влияет целый ряд факторов. Одним из них является климат. У водного режима Волги имеется несколько уникальных особенностей.
Тип изменения уровня воды
Для Волги характерен смешанный водный режим. Сказывается расположение водоема на территории Европейской России, где выражена сезонность. По этой причине уровень воды в нем меняется с учетом конкретного времени года.
Волга преимущественно питается снеговыми талыми водами. На них приходится порядка 60% всего речного стока. Около 30% питания составляют грунтовые воды. Благодаря им речная система поддерживается в холодный период года.
Только на 10% водоем питается дождевыми осадками.
Период, когда замерзает
Волга покрывается льдом в разное время. Раньше всего это происходит в ее верховьях. Там река раньше стабильно замерзала в конце ноября.
Но с потеплением климата, которое все больше становится заметным в последние 2 десятилетия, замерзание водоема даже в ее верховьях все чаще начинает происходить в декабре.
В отдельные годы в верхнем течении водоем остается свободным ото льда вплоть до января.
В последние пару лет из-за теплых зим река в верхнем течении может не замерзать даже в январе.
В среднем течении раньше Волга покрывалась льдом в последней декаде ноября. Теперь этот процесс сдвинулся на первую и даже вторую половину декабря. Все чаще река не замерзает даже в январе.
В низовьях Волга в прежние годы обычно покрывалась льдом в первой декаде декабря. Но с потеплением климата этот процесс все чаще сдвигается на конец декабря и начало января.
Раньше всего ледостав на реке наступает в ее нижнем течении. В районе Астрахани лед начинает идти уже в середине марта. Только в начале апреля происходит вскрытие реки в районе Камышина, что в Волгоградской области.
В верховьях лед трогается только в середине весны (10-ые числа апреля). Но с потеплением климата ледостав даже в верховьях реки может наступать значительно раньше. Теперь он нередко наступает уже в первой половине марта.
Когда разливается?
Волга может разливаться в весенние месяцы. Это обычно происходит в апреле после того, как на реке трогается лед.
Также разливы возможны в мае. Это связано с активным накоплением водоемом за зиму талых вод.
Разливы особенно сильны в годы, когда имели место снежные зимы. Река может разливаться вплоть до июня. Но уже во второй половине месяца водоем возвращается в свое русло.
На Волге может отмечаться половодье в осенний период. Чаще это происходит в октябре. В этом месяце увеличивается количество осадков. Итогом становятся дождевые паводки на реке.
Мелеет
Сильные обмеления отмечаются в летний период. Особенно это заметно в июле и августе. Сопутствующим фактором уменьшения водности речной системы является засуха. Также река довольно сильно мелеет в зимний период. В это время водоем питается только грунтовыми водами.
Факторы, влияющие на количество воды
На режим Волги оказывают влияние следующие факторы:
- снежность зим;
- температура воздуха;
- длительность периодов засухи;
- количество дождевых осадков;
- наличие на реке водохранилищ и плотин.
От снежности зим зависит то, насколько сильные половодья будут на реке в середине и конце весны.
Температура воздуха напрямую влияет на длительность периода замерзания Волги и на начало ледостава на ней. Чем теплее зимы, тем дольше речная система покрывается льдом и тем быстрее она освобождается от него.
От летних засух зависит то, насколько сильно река обмелеет. От дождевых осадков зависит вероятность наступления паводков.
Особенно сильно влияют на водный режим созданные водохранилища и плотины. Из-за них низменные прибрежные зоны водоема стали заболоченными. Из-за водохранилищ на реке появились многочисленные заливы (лиманы) и заводи.
С созданием водохранилищ и дамб на Волге сильно изменились колебания уровня вод. Раньше на реке он резко возрастал в конце марта и снижался в начале июня. На всем протяжении года уровень оставался стабильным. С постройкой водохранилищ уровень вод сильно повысился. При этом он остается стабильным в течение всего года.
Влияет ли климат?
Практически на всем течении реки господствует умеренно континентальный климат.
В Астраханской области Волга протекает по территории, где господствует резко континентальный климат.
В этих краях речная система получает наименьшее количество осадков. Также в этой зоне полупустынь Волга теряет 2% влаги из-за интенсивного испарения.
В верховьях водоем течет в лесной зоне. В среднем течении река располагается в лесостепной зоне. Далее она протекает в области степей (участок около Волгограда) и полупустынь (Астраханская область). Всего речная система протекает по территориям 4 природно-климатических зон.
Уникальные особенности
Для Волги характерны следующие уникальные черты:
- сильная испаряемость воды в нижнем течении (потеря до 2% всей влаги);
- большие колебания в величине расхода воды в разных частях водоема (в Твери 182 м 3 /с, в Волгограде – 8060 м 3 /с,);
- безледный период, достигающий почти 200 дней (в Астраханской области длительность периода еще больше – 260 суток);
- существенная разница в периоде замерзания реки в ее верховьях и низовьях, колеблющаяся от нескольких недель до месяца;
- большая разница в начале периода ледостава в верхнем и нижнем течениях, достигающая одного месяца.
Режим Волги уникален и тем, что охватывает сразу четыре природные зоны, каждая из которых по-своему влияет на него.
Заключение
У Волги смешанный водный режим. При этом почти 2/3 питания водоема приходится на снеговые воды. Период замерзания водоема различается в зависимости от ее верхнего, среднего и нижнего течений.
Также на реке в разное время начинается ледостав. На месяц раньше это происходит в ее низовьях. Речная система в последние годы часто мелеет летом.
Из-за строительства водохранилищ с дамбами уровень воды повысился и перестал зависеть от сезона. Умеренно континентальный климат является определяющим для режима реки.
Источник: o-vode.net
Процесс ледостава на реках
Объединение фактов, излагаемых в физике, гидравлике, термодинамике, кристаллографии и других отраслях знаний, позволяет получить интересные заключения о содержании природных процессов.
Известно, что молекулы воды (моногидроли) объединяются в агрегаты, состоящие из двух молекул (дигидролей) или трёх молекул (тригидролей). Если для характеристики молекулярного состояния воды ввести показатель М:Т – отношение количества моногидролей к количеству тригидролей, то можно выразить динамику молекулярного строения воды в зависимости от температуры через изменение этого коэффициента.
Он изменяется от нуля (лёд) до ста (водяной пар). Незамерзшая вода при нуле градусов имеет показатель, равный 0,827. Получается, что переход воды в лёд увеличивает долю тригидролей в веществе. Укрупнение комплексов всегда сопровождается выделением тепла. При замерзании выделяется тепло в размере 333 кдж/кг.
Такой процесс противоречит теории переохлаждения воды, которая применяется для объяснения её замерзания.
Ускорение течения воды тоже приводит к увеличению количества тригидролей и повышению температуры. Но повышение температуры, напротив, вызывает разрушение тригидролей и поглощение тепла. При температурах выше 4 ◦ С эти процессы взаимно компенсируются, хотя какая-то часть остаётся, что обнаруживается по изменению плотности воды.
При температурах 4 ◦ С и ниже скорость увеличения количества тригидролей становится больше скорости их разрушения, а молекулярное состояние воды (М:Т) попадает в область замерзания. В струе образуются дополнительно крупные молекулярные комплексы. После потери скорости течения они кристаллизуются.
Молекулярной строение воды позволяет ей кристаллизироваться в трёх формах: тетраэдр, дипирамида и пинакоида (пластинка). Тетраэдр это кристалл льда, состоящий только из моно- и тригидролей. Он возникает при нулевой температуре воды и отрицательной температуре среды, контактирующей с водой.
Дипирамида (игла) и пластинка образуются при положительной температуре воды, когда в воде присутствуют ещё и дигидроли. Шуга – это единичные кристаллы воды, не достигшие монолитного оледенения, так как окружены жидкими дигидролями. Шуга не тает, так как нет разницы между ними и температурой дигидролей, в потоке которых они существуют. При замерзании увеличивается объём воды, что объясняется большей ажурностью строения кристаллов, по сравнению со строением воды
Перечисленные положения обоснованы в книге Виталия Знаменского «Конец турбулентной диффузии» (издательство Lambert Academic Publishing. Германия, WWW.more-books.ru). Перенос переохлаждённых частиц воды от поверхности в глубину водотока, применяемый исследователями, оказывается не существующим, ввиду отсутствия турбулентности в струях водотока. Следовательно, появление шуги внутри водотока тоже стало необъяснённым.
В предлагаемом отрывке из упомянутой книги дано описание процесса ледостава без применения переохлаждения воды и турбулентной диффузии. Для этого автор рассмотрел ледостав, как результат самозащиты реки от промерзания. Ссылки на использованную литературу удалены.
«Под самозащитой реки подразумеваю проявление природных свойств воды и гидродинамических процессов, адекватное изменение которых противостоит внешним воздействиям. Этим самозащита отличается от самоохраны, которая предусматривает предварительное вооружение, и устройство ограждений на всякий случай наступления опасности. Естественно, что у рек вооружения нет, и они защищают себя, когда опасность уже надвинулась.
Задача разработки алгоритма самозащиты поставлена как поиск природных механизмов сохранения естественного состояния реки, которые, тем не менее, могут наносить вред хозяйственной деятельности. Вмешательство в эти процессы может привести к уничтожению водного объекта или изменению условий жизни не только в реке, а и на части водосборной площади. С другой стороны, знание природных механизмов самозащиты облегчает использование рек с наименьшим для них ущербом. Наконец, сама постановка проблемы оказалась новой, интересной и плодотворной.
Ледостав изучали многие. Я использую установившиеся в науке сущности самих процессов, но игнорирую объяснения с привлечением переохлаждения или с использованием турбулентной диффузии (смешения). В толковании процессов применяю, в основном, вышеизложенные теоретические положения.
В арсенале защитных процессов у реки имеется мало возможностей: закрытие поверхности контакта с окружающими средами и увеличение глубины водотока.
1. Самозащита реки ограничением потерь тепла
Рисунок 1. Алгоритм самозащиты реки ограничением потерь тепла через поверхности контакта с окружающими средами
1.1. Самозащита кристаллическим льдом (рис. 1)
Похолодание воздуха и испарение воды с её поверхности приводит к снижению температуры поверхностного слоя прибрежных вод до нуля. Когда температура поверхности воды достигнет нуля градусов, а воздух будет иметь температуру ниже нуля, в поверхностном слое воды произойдёт мгновенное объединение всех моногидролей с дигидролями так, что создадутся молекулы льда.
Возникнет прибрежный лёд (забереги). При сильном морозе вся акватория покроется тонким льдом. Выделенная теплота льдообразования согреет воду. Лёд изолирует поверхность воды от холодного воздуха. Если толщина льда не достаточна для подъёма температуры нижней поверхности льда до нуля, то продолжится процесс оледенения следующего слоя воды.
Толщина льда увеличится.
Процесс завершится после того, как температура нижней поверхности льда станет равной нулю. Температура поверхности воды, контактирующая со льдом, также установится равной нулю. Положение центров кристаллизации на нижней поверхности льда стационарно, поэтому образуется кристаллический лёд столбчатой структуры, лежащий на воде в заберегах и на плёсах
Теперь небольшое временное повышение температуры воздуха или воды выше нуля не существенно изменит толщину льда, так как недостаточны перепады температур между льдом и примыкающими средами.
Наращивание толщины льда, продолжается примерно половину зимы до перехода минимальные температуры воздуха. Толщина льда может не увеличиваться при накоплении снежного покрова на льду. Процесс ускоряется по мере потери теплопроводности льда, вследствие уменьшения его толщины за счёт испарения с поверхности и изменения его плотности.
1.2. Самозащита шуговым льдом (рис. 1)
При температуре нижней поверхности льда ниже нуля, состав воды по площади контакта со льдом изменится. Все моногидроли в зоне охлаждения будут связаны с дигидролями. На нижнюю поверхность льда нарастёт слой оледеневшей шуги, но кристаллизация произойдёт по центрам, имеющимся в шуге, поэтому лёд не будет полностью прозрачным. Более глубокий слой шуги отогреется выделенным теплом или, по крайней мере, сохранит свои свойства шуги.
1.3. Самозащита донным льдом (рис. 1)
Когда температура поверхности грунта будет ниже нуля, слой шуги, лежащей на нём, заледенеет — образуется донный лёд, защищающий водоток от промерзания со дна. Частицы грунта оказываются вмерзшими в лёд. Донный лёд будет нарастать вверх по плоскости контакта с водой.
Условия для охлаждения дна могут возникнуть от поглощения тепла шугой. Но и в этом случае грунт промерзает не позже образования донного льда и крепит лёд до своего оттаивания.
Самозащита работает до момента появления положительных температур дна. Глубинное тепло постепенно восстанавливает положительную температуру дна и лёд всплывает среди зимы. Теперь он не нужен на дне, так как угрозы промерзания нет.
Такой лёд уносит вверх частицы грунта, на котором он был закреплён. Его структура подобна структуре шугового льда, и он, после всплывания может примерзать ко льду, накрывающему воду, с включениями воздуха и воды, так как его поверхность не совпадает с плоскостью низа верхнего льда.
2. Самозащита изменением глубины водотока
Самозащита предотвращает перемерзание водотока увеличением его глубины двумя способами: осенним затором и зажором.
2.1. Осенний затор (рис. 2)
Рисунок 2. Алгоритм защиты реки осенним затором
Если начало зимы суровое, то возникает угроза промерзания реки до дна. Наиболее возможный участок промерзания — верховая часть плёса.
На скоростном участке выше плёса всегда образуется лёд, имеющий неравномерно расположенную толщину. В нём существует множество центров критического механического напряжения. Такой лёд при падении уровня воды обрушивается с разделением на куски разной величины.
Движение водотока подо льдом аналогично движению воды в трубе: вода течёт под напором с увеличенными потерями его за счёт ледового покрытия. При разрушении льда происходит переход к безнапорному течению, что вызывает сброс потерь, приводящий к скачку расхода воды в начале ледового хода.
Скачок уровня воды в начале ледохода набрасывает груды обломков на прочный ледовый покров, что прогибает лёд. Уменьшение сечения водотока на входе под лёд и повышение уровня воды перед кромкой льда создаёт препятствие перемещению воды и льда. Происходит затор.
Выше затора создаётся повышенная глубина воды, затапливается часть скоростной струи или вся она. На этом участке, затем, образуется лёд более равномерной толщины и без обилия центров напряжения, что обеспечивает самозащиту реки на весь зимний период.
На рис. 3 показано положение льда в весеннем заторе (по И.Я. Лисеру). Осенний затор отличается тем, что состоит из смеси битого льда разных размеров и шуги.
Замечено, что при мягкой осени, поскольку в подъёме уровня для реки нет необходимости, ледоход внедряется в тиховодный участок без создания затора, но заполняя в нём полосу битым льдом и торосами.
Самозащита срабатывает только при действительной угрозе существованию водотока.
Рисунок 3. Положение уровней воды и ледового покрытия при весеннем заторе. 1 — вода, 2 — ледовое покрытие, А — сжатое сечение, Б — дополнительная глубина воды>
2.2. Зажор (рис. 4)
Зажор возникает, когда на участке образования шуги скорость возникновения тригидролей больше скорости их транспортирования за пределы участка.
По фарватеру течёт наиболее быстрая часть водотока (струя). При температуре воды ниже 4 °C и возрастающей скрости течения резко возрастает процесс объединения моногидролей с дигидролями в тригидроли. Показатель М:Т в струе входит в область замерзания, хотя температура воды выше нуля.
Объём воды становится больше, чем даже при нуле градусов. Предположив, что плотность воды приблизится к половине плотности льда, получим увеличение объёма (расхода) на 4 — 5 процентов. С момента потери из струи части расхода в нём появляются элементы шуги, которые делают воду до предела насыщенной взвесями. Возрастают потери энергии на сопротивление движению.
Кроме того, живое сечение уменьшается отложениями шуги на поверхности дна. Водоток выходит из русла. Повышается глубина водотока.
Рисунок 4. Алгоритм самозащиты зажором
Подъём уровня воды захватывает часть быстротока. Это уменьшает прирост тригидролей и, следовательно, сокращает прирост уровня воды. Процесс прекращается, когда прирост тригидролей и их отвод за пределы участка станут равными или когда его прервут морозы.
Возросший расход и вязкость шуговой воды вызовут аналогичные процессы на ниже расположенных участках реки. На них высота подъёма уровня зависит от ширины русла. В узком русле подъём уровня достигает нескольких метров. В широком русле подъём пропорционально меньше.
При достижении шуговым потоком кромки льда происходит заброс шуговой воды на прочное ледовое покрытие, где она быстро замерзает. Молекулярный состав шуговой воды подготовлен к замерзанию, так как выделил часть тепла при создании триолей. В шуговой воде при замерзании выделяется меньше тепла, чем без шуги и процесс ускоряется.
Лёд быстро наращивается над местом, которому может угрожать промерзание до дна. Это повышает уровень воды. Дополнительный напор ускоряет её движение подо льдом.
Кривая поверхности льда на участке зажора отличается от кривой подпора при заторе, так как причиной подъёма уровня на всей длине распространения зажора служит возросший расход водотока и многократно возросшее сопротивление движению.
Итогом зажора является более мощный ледовый покров при возникшем высоком уровне водотока, что предотвращает замерзание воды до дна и способствует созданию льда равномерной толщины».
Виталий Знаменский ,
Заслуженный мелиоратор России
Источник: ecodelo.org
Почему вода расширяется при замерзании?
Когда вода замерзает, ее молекулы выстраиваются в кристаллическую структуру, тем самым приобретая определенную форму. Эта кристаллическая структура менее плотная, и поскольку между отдельными молекулами в структуре есть промежутки, общий объем увеличивается, и вода «расширяется».
С беглого взгляда фраза «вода расширяется, когда она замерзает» может не иметь смысла, потому что в жидкой форме вода не имеет определенной формы или очертаний и поэтому, кажется, занимает больше места. Кроме того, когда вода замерзает, она принимает четко определенную форму, которая кажется совершенно противоположной «расширению».
Действительно ли вода расширяется при замерзании?
Да, вода расширяется при замерзании. Обратите внимание, что слово «расширяется» в этом предложении означает увеличение объема. Поэтому технически правильно было бы сказать так: объем воды увеличивается при замерзании.
Это утверждение является точным, и вы можете проверить его правомерность с помощью простого эксперимента: если вы снизите температуру воды, вы заметите, что объем воды уменьшается, поскольку она становится все более и более «нетронутой».
Вы можете обратиться к следующей диаграмме, чтобы представить эту зависимость графически:
Теперь давайте поговорим о том, почему увеличивается объем воды или почему она расширяется, когда замерзает и достигает твердой формы.
Почему объем воды увеличивается, когда она замерзает?
Это явление связано с химическим составом воды. Видите ли, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Расположение этих атомов совершенно уникально, что придает воде некоторые особые свойства, такие как высокая теплоемкость воды, поверхностное натяжение, адгезия и когезия.
Является ли вода полярной или неполярной?
Такое расположение молекулы воды создает положительно заряженную сторону возле атомов водорода и отрицательно заряженную сторону возле атома кислорода.
Когда две молекулы воды сближаются, положительная сторона одной молекулы цепляется за отрицательную сторону другой молекулы. Когда это происходит в больших масштабах (т.е. с миллионами молекул воды), получается уникальная структура, которая объясняет некоторые химические свойства воды.
В жидком состоянии молекулы воды могут свободно перемещаться, образуя и разрывая водородные связи, что объясняет неправильную форму воды (или любой другой жидкости, если на то пошло). Некоторые молекулы воды часто «уложены» друг на друга, что объясняет более высокую плотность воды по сравнению со льдом.
Однако по мере снижения температуры и охлаждения воды межмолекулярные силы увеличиваются, свобода движения молекул воды уменьшается, и они становятся все менее энергичными (с понижением температуры).
Когда вода достигает точки замерзания, движение ее молекул становится незначительным, и они приобретают более определенную форму, располагаясь в виде шестигранных решеток.
Ниже приведен упрощенный вариант расположения молекул воды в кристаллической форме во льду:
Это кристаллическое расположение молекул воды менее плотное, поскольку оно не позволяет молекулам скапливаться (как это происходит в жидкой форме) из-за более сильных межмолекулярных сил.
Такое расстояние между молекулами и их фиксация в таком положении увеличивает объем воды, поэтому говорят, что вода расширяется при замерзании.
Почему лед плавает по воде
Вода расширяется, когда становится льдом, и, поскольку объем обратно пропорционален плотности вещества, лед менее плотен, чем вода. По этой причине лед, вещество, которое кажется более тяжелым, чем его жидкая форма, плавает на воде.
Если бы вода не расширялась при замерзании, лед был бы плотнее воды. Подумайте о влиянии на экосистему планеты! Лед на поверхности озер, морей и океанов утонет, и эти водоемы будут постепенно заполняться снизу вверх. С замерзшими озерами и океанами на Земле не было бы водной жизни.
С этой точки зрения очень хорошо, что вода расширяется в твердой форме!
Источник: new-science.ru