- התרחבות תרמית וצפיפות גופים
- התרחבות לא סדירה של מים
- החשיבות של התרחבות מים לא סדירה
- בחיים מימיים
- בחיים מחוץ למים
- הפניות
הרחבה הסדירה של מים היא רכוש פיזי שגורם עוברים המים רחבים כפי שהוא קופא. זה נחשב לנכס שאינו סדיר, מכיוון שרוב האלמנטים מתרחבים בחום ומתכווצים בקור. עם זאת, במים תהליך ההתרחבות מתרחש בשני משני שינויי הטמפרטורה.
מים נחשבים בדרך כלל לנוזל הנפוץ ביותר בגלל שפע כמותם על כדור הארץ. אך במציאות זה הפוך: תכונותיו האנומליות הופכות אותו לנוזל החריג ביותר.
מקור תמונה: Wikimedia.org.
עם זאת, דווקא תכונותיו הלא סדירות הן שאפשרו התפתחות חיים על כדור הארץ.
התרחבות תרמית וצפיפות גופים
התרחבות או התרחבות תרמית היא תופעה המתרחשת כאשר גודל האובייקט גדל עקב שינוי בטמפרטורה שלו.
כאשר הטמפרטורה של גוף עולה, זה גורם למולקולות שלו לנוע מהר יותר. תנועה זו יוצרת מרחב גדול יותר בין מולקולות אלה והמרחב החדש הזה גורם לגודל העצם להתגבר.
חשוב לציין כי לא כל הגופים מרחיבים אותו דבר. לדוגמא, מתכות כמו אלומיניום ופלדה הם אלמנטים שכאשר הם מחוממים משיגים התרחבות גדולה יותר מזכוכית.
כאשר גוף עובר התרחבות תרמית, לא רק גודלו משתנה אלא גם צפיפותו.
צפיפות היא כמות החומר הכלולה ביחידת נפח. במילים אחרות זהו המספר הכולל של מולקולות שיש לאלמנט במרחב נתון.
לדוגמא, לפלדה צפיפות גבוהה יותר מנוצות. זו הסיבה שקילו פלדה תופס פחות מקום מקילו נוצות.
כאשר גוף מתרחב הוא שומר על אותה מסה אך מגדיל את המרחב שהוא תופס. לכן, כאשר הטמפרטורה עולה, הגודל גם עולה אך הצפיפות יורדת.
התרחבות לא סדירה של מים
להתפשטות תרמית במים מאפיינים מיוחדים החיוניים לשמירה על החיים.
מצד אחד, כאשר מחממים מים הם עוברים את אותו תהליך התפשטות כמו רוב הגופים. מולקולותיה נפרדות ומתרחבות והופכות לאדי מים.
עם זאת, כאשר הוא מתקרר, מתרחש תהליך ייחודי: ככל שטמפרטורתו יורדת הנוזל הזה מתחיל לדחוס.
אבל כשהוא מגיע ל -4 מעלות צלזיוס הוא מתרחב. לבסוף, כשהוא מגיע ל- 0 מעלות צלזיוס, הטמפרטורה הדרושה להקפאתו, נפחו עולה עד 9%.
הסיבה לכך היא שמולקולות המים הקפואות מתלכדות זו לזו במבנים שונים מאשר חומרים אחרים, שמשאירים רווחים גדולים ביניהם. לכן הם תופסים נפח גדול יותר מאשר מים במצב נוזלי.
דוגמא יומיומית בה ניתן לצפות בתופעה זו היא הכנת קרח בדללי קרח. כאשר דלי הקרח מתמלאים במים במצב נוזלי, אי אפשר למלא אותם מעל השפה מכיוון שברור שהם ישפכו.
עם זאת, כאשר מסירים את הקרח ניתן לראות כיצד הוא בולט מדללי הקרח. וכך הוכיח כי נפחו עלה במהלך ההקפאה.
ברור שכאשר מולקולות המים שהפכו לקרח מתרחבות, צפיפותן גם יורדת. לכן מים קפואים פחות צפופים ממים נוזליים, מה שנותן לקרח את המאפיין של צף.
ניתן לראות זאת בדוגמאות פשוטות מאוד כמו למשל כאשר הקרח שנוסף למשקה צף בכוס.
אך ניתן להבחין בו גם בתופעות טבע גדולות כמו יריעת הקרח הנוצרת על מים בחורף ואף בקיומם של קרחונים.
החשיבות של התרחבות מים לא סדירה
התרחבות לא סדירה של המים היא לא רק סקרנות מדעית. זוהי גם תופעה שמילאה תפקיד מהותי בהתפתחות החיים על כדור הארץ, בתוך המים ומחוצה לה.
בחיים מימיים
בגופי מים כמו אגמים, ניתן לשים לב שכאשר בחורף מגיע השכבה העליונה של המים קופאת. עם זאת, המים שמתחתם נשארים במצב נוזלי.
אם הקרח היה צפוף יותר מהמים, השכבה הקפואה הזו הייתה שוקעת. זה יחשוף שכבה נוזלית חדשה לקור האווירה ותקפא לשקוע. באופן זה, כל המים באגמים יקפאו ויסכנו חיים מתחת למים.
עם זאת, בזכות התכונות הלא סדירות של מים, מתרחשת תופעה אחרת. כאשר שכבת פני השטח קופאת, המים מתחתיה נשמרים בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס.
זה מתרחש בזכות העובדה שהמים מגיעים לצפיפות הגבוהה ביותר שלהם ב- 4 מעלות צלזיוס, כלומר, המים התחתונים יהיו תמיד במקסימום בטמפרטורה זו.
אם זה בסופו של דבר היה גדל, הצפיפות הייתה דוחפת אותו אל פני השטח שם גיליון הקרח יקפיא אותו שוב.
בזכות תופעה זו הטמפרטורה של גופי המים נותרה יציבה ומוגנת מפני קור האווירה. זה מבטיח את הישרדותם של מיני בעלי החיים והצמחים החיים במים.
ארבע מעלות אלה הם אלו שעושים את ההבדל עבור כל היצורים החיים במימי הקטבים, כגון אורקים וחותמות סרטנים.
בחיים מחוץ למים
חיי אדם ובכלל כל צורות החיים הקיימות על פני כדור הארץ, נהנים אף הם מהתכונות האנומליות של מים.
מצד אחד, יש לקחת בחשבון שרוב החמצן מגיע מהמינים השונים המרכיבים פיטופלנקטון. צורת חיים זו לא הייתה שורדת אם האוקיינוסים יוכלו להקפיא והדבר היה מפריע להתפתחות חיי אדם ובעלי חיים.
מצד שני, ההרחבה הלא סדירה של המים משפיעה גם על זרמי הים. לכן יש לו גם השפעות על תנאי האקלים של כדור הארץ.
הפניות
- צ'פלין, מ. (SF). הסבר על חריגות צפיפות המים. התאושש מ: lsbu.ac.uk
- הלמנסטין, א '(2017). מדוע קרח צף? התאושש מ: thoughtco.com
- ילדים ומדע. (SF). אנומליה של מים. התאושש מ: vias.org
- מאייר, מ '(2016). קרח. התאושש מ: britannica.com
- Study.com. (SF). התרחבות תרמית: הגדרה, משוואה ודוגמאות. התאושש מ: study.com.