Максим и Катя уже знают, что при нагревании вещества расширяются, становясь менее плотными и более легкими, а при охлаждении сжимаются, становясь плотнее и тяжелее. Поэтому зимой самая холодная вода с температурой 0 °C должна бы опуститься на дно, и водоемы, соответственно, должны бы начинать замерзать тоже со дна. Но так не происходит! Водоемы покрываются льдом на поверхности, а подо льдом обычно находится вода.
В чем же причина этого явления?
- Почему лед образуется на поверхности водоема?
- Почему лед не опускается на дно?
Почему водоемы начинают замерзать с поверхности?
В целом дети правы: чем выше температура воды, тем меньше ее плотность. Но они не учли того, что, приближаясь к температуре 0 °C, вода ведет себя не так, как другие вещества. Плотность воды выше всего при температуре +4 °C. Выше этой температуры (+5 °C, +6 °C и т. д.) вода, как и остальные вещества, расширяется. Но, в отличие от других веществ, вода расширяется и при падении температуры ниже +4 °C (+3 °C, +2 °C, +1 °C, 0 °C).
Так как же ответить на вопрос, почему водоемы начинают покрываться льдом с поверхности? Надо вспомнить уже пройденную тему – движение воды при нагревании и расширении. Осенью теплая вода на поверхности озера начинает охлаждаться. Охлаждаясь, она сжимается, становится плотнее и опускается на дно, вытесняя оттуда теплую воду. Циркуляция воды происходит до тех пор, пока на дне не окажется самая плотная и тяжелая вода, температура которой +4 °C.
При дальнейшем охлаждении циркуляции воды не происходит, и возникает ситуация, изображенная на рисунке справа. Поскольку вода с температурой 0 °C находится только на поверхности водоема, то и лед может образоваться только там. Водоемы не промерзают до дна, и живые организмы могут в них зимой выжить.
Почему лед плавает на поверхности воды?
При охлаждении вода расширяется, а образовавшийся лед имеет плотность меньшую, чем жидкая вода. Лед плавает на поверхности воды, потому что он менее плотный, чем вода. В этом заключается еще одна особенность воды. Ведь обычно одно и то же вещество в твердом состоянии плотнее, чем в жидком.
Расширение воды при ее замерзании приводит к тому, что объем льда, образовавшегося в водоеме определенного размера, оказывается больше объема, который имела та же вода в жидком состоянии. В очень холодную зиму вода в водопроводных трубах может замерзнуть. Для образовавшегося льда места в трубе уже не хватит, и труба лопнет. По той же причине лопнет и оставленная в морозилке бутылка с водой. Зимой вода, проникающая в трещины в асфальте, замерзает, и на дорогах появляются ямы. Из-за замерзания воды разрушаются даже огромные валуны.
Запомни!
- Вода имеет наибольшую плотность при температуре +4 °C.
- При дальнейшем охлаждении вода, в отличие от других веществ, начинает расширяться.
- Плотность льда меньше, чем плотность воды.
Вопросы и задания
- При какой температуре вода плотнее: при +21 °C или +24 °C? При +1 °C или +4 °C? Объясни, почему.
- Опиши, как изменяется плотность воды при нагревании (от 0 °C до +4 °C) и охлаждении (от +4 °C до 0 °C).
- Почему водоемы начинают замерзать с поверхности, а не со дна?
- Почему лед плавает на поверхности воды?
- Почему оставленная на морозе бутылка с водой может лопнуть?
Размышляй и исследуй
Что можно сделать в доме для того, чтобы зимой вода в трубах не замерзала?
