Каждый из нас знает, что если оставить закрытую заполненную емкость на морозе, то она может лопнуть, из-за того, что вода при замерзании расширяется. Известно также, что в системах отопления для компенсации расширения воды при нагреве устанавливают специальные расширительные бачки.
Получается, что вода расширяется и при замерзании и при нагревании. Как такое возможно, а когда она сжимается? Чтобы ответить на этот вопрос достаточно посмотреть на график зависимости объема воды от температуры.
Как видно из графика, минимальный объем, а значит максимальная плотность будет при температуре порядка 4 градусов.
Например, при нагреве от 4 до 20 градусов вода будет расширяться, а при остывании от 20 до 4 - сжиматься, но при дальнейшем остывании жидкость вновь начнет расширяться.
Причем сила расширения воды при замерзании настолько велика, что она, в некоторых случаях, может повредить даже пирсы, пристани, суда.
Расширение при нагреве также может иметь разрушительную силу, и, к примеру, разорвать трубы отопительной системы. Оценим объем, на который расширится вода в системе отопления объемом 450 литров, при нагреве от 5 до 80 градусов объем увеличится приблизительно на 13 литров. Для компенсации этого увеличения в систему отопления устанавливают расширительный бак.
Почему вода расширяется?
Тепловое расширение характерно как для жидкостей, так и для газов и твердых тел. А вот расширение при замерзании связано с изменением кристаллической структуры воды.
Расстояние между молекулами в кристаллической структуре льда немного больше, чем в структуре жидкой воды, что вызывает увеличение итогового объема.