Я понимаю, что наличие отрицательного коэффициента теплового расширения означает, что материал не расширяется при нагревании, а сжимается, как это происходит с водой, и я знаю, что коэффициент отрицательный, когда температура ниже . В моем учебнике меня просят обсудить, каким был бы процесс замерзания водоема, если бы коэффициент теплового расширения воды всегда был положительным.
Я думаю, что если бы это было правдой, то лед не обязательно всплывал бы на поверхность озера, потому что вода могла бы оставаться той же плотности, что и лед, так ли это?
Когда температура окружающей среды снижается, вода в пруду остывает, начиная сверху.
Пока температура воды наверху выше C, т. е. пока его коэффициент теплового расширения положителен, он становится более плотным, чем более теплая вода непосредственно под ним, и тонет. Тот же процесс происходит на всех уровнях — вплоть до самого низа.
Но в какой-то момент температура наверху упадет ниже С. Что будет дальше? Будет ли описанный выше процесс продолжаться?
Наличие положительного коэффициента теплового расширения означало бы, что вода и лед будут иметь большие межатомные расстояния, что приведет к более низкой плотности.
Я знаю, что ответ VF, кажется, решил вашу проблему, но думаю, что они на самом деле не ответили на ваш вопрос, и вы этого не заметили. Похоже, что вы задали вопрос о льде в твердой форме, будет ли он плавать, а не о том, как температура будет распределяться в жидкой части. Я считаю, что то, является ли жидкость в точке замерзания более плотной или менее плотной, чем ее замерзшая форма в точке замерзания, ничего не говорит вам о том, имеет ли жидкость положительное или отрицательное тепловое расширение в точке замерзания. На самом деле лед менее плотный, чем кипящая вода. Предположим, что лед при любой температуре ниже точки замерзания менее плотный, чем вода при любой температуре от точки замерзания до точки кипения.
В воде выше точки замерзания на молекулярном уровне кристаллы льда временно растут, но благодаря хаотичному движению частиц, но они никогда не становятся все больше и больше без ограничений. В переохлажденной воде кристаллы льда иногда начинают расти, а затем снова уменьшаются, а затем, когда один из них становится достаточно большим, он продолжает легко расти. Когда вода лишь немного переохлаждена, пройдет невероятно много времени, прежде чем кристалл льда достигнет критического размера. Когда мы говорим о плотности воды, мы определяем наблюдаемую плотность как фактическую плотность и говорим, что вода имеет эту плотность при данной температуре. Мы не говорим, что вода на самом деле имеет более высокую плотность, и именно содержащиеся в ней наночастицы льда снижают наблюдаемую плотность. Это, наверное, потому что это' Это нормально, что эти наночастицы льда постоянно появляются и исчезают. Обобщая полученную информацию, я считаю, что причиной отрицательного теплового расширения воды вблизи точки ее замерзания является более высокая концентрация в ней наночастиц льда. Однако замороженное состояние льда при его температуре замерзания сильно отличается от жидкого состояния при его температуре замерзания. Если у вас есть небольшая частица льда в ледяной воде, такая как ледяная крупа, а затем воздух очень медленно высасывает тепло, то ему потребуется намного больше времени, чтобы полностью замерзнуть, чем потребовалось бы, чтобы он остыл. от 20°C до 19°C на воздухе при 0°C при условии отсутствия радиационной диффузии тепла. Чем больше воды замерзает, тем больше тепла выделяется в процессе замерзания. Я предполагаю, что' Это связано с тем, что лед при температуре замерзания сохраняет меньше тепловой энергии для своей температуры в Кельвинах, чем вода при температуре замерзания. Замораживание будет продолжаться только в том случае, если продолжится отсасывание тепла.
Джон Кастер