ઠંડું પડે ત્યારે પાણીનું રેખીય વિસ્તરણ. પાણીના ગુણધર્મો: આપણા જીવનમાં "સામાન્ય ચમત્કારો".

જ્યારે પાણી થીજી જાય છે, ત્યારે તેને પ્રવાહી કરતાં વધુ જગ્યાની જરૂર પડે છે.

આ મોટાભાગના પ્રવાહી અને વાયુઓથી પાણીને અલગ પાડે છે જે ઠંડું થાય ત્યારે સંકુચિત થાય છે. પરંતુ તે શા માટે આટલું અસામાન્ય વર્તન કરે છે?

મોટાભાગના પદાર્થો જ્યારે ગરમ થાય છે ત્યારે વિસ્તરે છે અને જ્યારે ઠંડુ થાય છે ત્યારે સંકુચિત થાય છે. વાયુઓમાં આ અસર ખાસ કરીને નોંધનીય છે. પ્રવાહી એ જ રીતે વર્તે છે. ઘન. સારું ઉદાહરણ- બલૂનમાં હવા: માં ઠંડુ હવામાનબોલ સંકોચાય છે અને હીટિંગ રેડિએટરની બાજુમાં ફાટી પણ શકે છે.

પરમાણુઓને જગ્યાની જરૂર હોય છે

આ પેટર્નનું કારણ પરમાણુઓ છે: ઑબ્જેક્ટ અથવા ગેસ જેટલો ગરમ થાય છે, એટલે કે, પરમાણુઓ જેટલી વધુ ઊર્જા મેળવે છે, તેટલી ઝડપથી તેઓ આગળ વધે છે. તેથી, પરમાણુઓ વધુ વખત અને વધુ બળપૂર્વક અથડાતા હોય છે, તેમને વધુ જગ્યાની જરૂર હોય છે, અને ગેસના અણુઓ બલૂનના શેલ પર જે દબાણ લાવે છે તે વધે છે. દબાણનો સામનો કરવા માટે, વધુ વોલ્યુમની જરૂર છે, તેથી સામગ્રી વિસ્તરે છે.

પરંતુ પાણી અલગ રીતે વર્તે છે. જ્યારે લગભગ 4 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધી ઠંડુ થાય છે, ત્યારે પાણીનું પ્રમાણ ઘટે છે, જે અપેક્ષિત છે. જો કે, જો તાપમાન ઘટવાનું ચાલુ રહે છે, તો પાણી વિસ્તરણ કરવાનું શરૂ કરે છે. એટલે કે તેની ઘનતા સુધી પહોંચે છે મહત્તમ મૂલ્ય 4 ડિગ્રી પર. આ ગુણધર્મને પાણીની ઘનતાની વિસંગતતા કહેવામાં આવે છે.

પરંતુ તે ક્યાંથી આવે છે? તે બધા પરમાણુઓ વિશે છે: એક પાણીના અણુમાં બે હાઇડ્રોજન અણુ અને એક ઓક્સિજન અણુ હોય છે - તેથી જાણીતા રાસાયણિક સૂત્ર H2O. જો કે, આ અણુઓ પાણીના પરમાણુમાં વિવિધ શક્તિઓ સાથે ઇલેક્ટ્રોનને આકર્ષે છે.

આ હાઇડ્રોજન માટે ચાર્જના ગુરુત્વાકર્ષણનું થોડું હકારાત્મક કેન્દ્ર અને ઓક્સિજન માટે ગુરુત્વાકર્ષણનું નકારાત્મક કેન્દ્ર બનાવે છે. જ્યારે પાણીના અણુઓ અથડાય છે, ત્યારે એક પરમાણુના હાઇડ્રોજન પરમાણુ આકર્ષાય છે અને બીજા પરમાણુના ઓક્સિજન પરમાણુ સાથે જોડાય છે - કહેવાતા હાઇડ્રોજન બોન્ડ બનાવે છે.

જેમ જેમ પાણી ઠંડુ થાય છે, તેમ તેમ વધુ જગ્યાની જરૂર પડે છે

પ્રવાહી પાણીમાં હાઇડ્રોજન બોન્ડની રચનાને કારણે, એવી જગ્યાઓ છે જ્યાં પરમાણુઓને બરફના સ્ફટિકોની જેમ જ ઓર્ડર કરવામાં આવે છે. આ કહેવાતા ક્લસ્ટરો જેટલા મજબૂત નથી નક્કર સ્ફટિક: વધુ સાથે ઉચ્ચ તાપમાનતેઓ ખૂબ જ ઝડપથી બદલાય છે.

જેમ જેમ પાણી ઠંડુ થાય છે તેમ તેમ આમાંના વધુને વધુ ક્લસ્ટરો દેખાય છે. અને તેમને વધુ અને વધુ જગ્યાની જરૂર છે - આ કારણોસર, પાણી પહોંચ્યા પછી વિસ્તરણ કરવાનું શરૂ કરે છે થ્રેશોલ્ડ મૂલ્ય 4 ડિગ્રી સેલ્સિયસ. જો તાપમાન શૂન્યથી નીચે જાય છે, તો ક્લસ્ટરોમાંથી બનેલા નાના બરફના સ્ફટિકો કબજે કરે છે અને પાણી થીજી જાય છે.

ઘણા માટે કુદરતી પ્રક્રિયાઓઆ અસામાન્ય લક્ષણપાણી ખૂબ મહત્વનું છે. બરફની ઘનતા થોડી હોવાથી ઓછી ઘનતા ઠંડુ પાણી, તે જળાશયની સપાટી પર તરતી શકે છે. આનો આભાર, પાણી ઉપરથી નીચે સુધી થીજી જાય છે, અને તળિયે મહત્તમ ઘનતા સાથે પાણીનો 4-ડિગ્રી સ્તર છે. આનાથી માછલીઓ અને અન્ય જળચર જીવો શિયાળામાં જળાશયના તળિયે થીજ્યા વિના જીવી શકે છે.

ગરમ જ્યોત, અને બીજામાં સમાન પ્રમાણમાં ગરમી પ્રમાણમાં ઠંડા આયર્નમાંથી આવે છે.

પ્રયોગોએ દર્શાવ્યું છે કે બંને કિસ્સાઓમાં કોઈ તફાવત અસ્તિત્વમાં નથી, અને તેથી ગરમી, શરીરને ગરમ કરવાની અને તેમની સ્થિતિ બદલવાની તેની ક્ષમતાના સંબંધમાં ગણવામાં આવે છે, તે ચોક્કસ માપને આધીન જથ્થો છે અને તે ગુણાત્મક તફાવતોનું પ્રતિનિધિત્વ કરી શકતું નથી.

કે. મેક્સવેલ. "ગરમીનો સિદ્ધાંત" % 1883.

ઠંડું પડે ત્યારે પાણીનું વિસ્તરણ.

4°C થી શરૂ થાય છે. થીજબિંદુ સુધી, પાણી ઠંડું થતાં વિસ્તરે છે, અને જ્યારે તે બરફમાં ફેરવાય છે, ત્યારે તેનું વિસ્તરણ ઝડપથી અને અચાનક થાય છે. બરફ, જેમ તમે જાણો છો, પાણી પર તરે છે કારણ કે, વિસ્તરણને કારણે, તે તેના કરતા હળવા બને છે.

જ્યારે તે સ્થિર થાય છે ત્યારે પાણીનું આ વિસ્તરણ થાય છે તે બળ પ્રચંડ છે. આ તણાવનો ખ્યાલ મેળવવા માટે, ચાલો એક પ્રયોગ કરીએ: લોખંડના વાસણમાં પાણી રેડવામાં આવે છે, જેની દિવાલો અડધો ઇંચ જાડી હોય છે. પાણીનો જથ્થો મોટો નથી, પરંતુ તે વાસણને ભરે છે; તે પછી, તેની ગરદન પર ઢાંકણ બાંધીને તેને ચુસ્તપણે બંધ કરવામાં આવે છે. અમે અન્ય સમાન જહાજ લઈએ છીએ. બંને વાસણોને ઠંડકના મિશ્રણમાં બોળી દો. તેઓ ધીમે ધીમે ઠંડુ થાય છે, તેમની અંદરનું પાણી તેના બિંદુ સુધી પહોંચે છે સૌથી વધુ ઘનતા, અને આ ક્ષણે કોઈ શંકા નથી કે તે બોટલોને સંપૂર્ણપણે ભરતી નથી, પરંતુ અંદર એક નાનો ખાલીપણું છોડી દે છે. પરંતુ ટૂંક સમયમાં પાણીનું સંકોચન અટકે છે અને વિસ્તરણ શરૂ થાય છે; ખાલીપણું ધીમે ધીમે ભરાઈ રહ્યું છે; પાણી ધીમે ધીમે ખસે છે પ્રવાહી સ્થિતિ hનક્કર, અને તેનું પ્રમાણ વધે છે, અને લોખંડના જહાજની દિવાલો વોલ્યુમમાં આ વધારાનો પ્રતિકાર કરે છે. પરંતુ તેમનો પ્રતિકાર ચહેરા પર શક્તિહીન છે પરમાણુ દળો: પરમાણુઓ વેશમાં જાયન્ટ્સ છે. ક્રેશ સંભળાય છે: બોટલ સ્ફટિકીકરણ કણો સાથે ફૂટે છે; આ જ વસ્તુ બીજી બોટલ સાથે થાય છે.

અન્ય એક પ્રયોગમાં, આર્ટિલરી બોમ્બની જાડી દિવાલો જોરથી વિસ્ફોટ સાથે ફાટી ગઈ: બોમ્બ પાણીથી ભરેલો હતો, તેને ચુસ્તપણે સ્ક્રૂ કરવામાં આવ્યો હતો અને ઠંડકના મિશ્રણ સાથે ટબમાં મૂકવામાં આવ્યો હતો. આ પ્રયોગ કરતી વખતે, તમારે ટબને જાડા કેનવાસથી આવરી લેવાની જરૂર છે: જ્યારે મેં આ કર્યું ન હતું, ત્યારે બોમ્બના ટુકડાઓ છત સુધી ફેંકવામાં આવ્યા હતા.

હવે તમે સમજો છો કે ઘરોમાં પાણીની પાઈપો પર હિમની અસર શું છે. સામાન્ય રીતે એવું માનવામાં આવે છે કે જ્યારે પાઈપોમાં બરફ પીગળે છે ત્યારે પાઈપો ફૂટે છે *), પરંતુ હકીકતમાં તે ઠંડું દરમિયાન થાય છે:

*) કારણે ખરાબ થર્મલ વાહકતા દિવાલો અને માટી ઠંડી ખૂબ ધીમે ધીમે વિશે દૂર જાય છે દ્વારા તેમને અને પહોંચે છે પાણી પુરવઠો પાઈપો વી ઘરો (ખાસ કરીને વી ભોંયરાઓ) સાથે ખબર આદરણીય મોડું થવું ઘણી વાર છે માત્ર પછી, જ્યારે બહાર ઇમારતો સમય હતો પહેલેથી પછી હિમ આવો પીગળવું વી આ દ્વારા બધા સંભાવનાઓ, અને જોઈએ જુઓ કારણ સામાન્ય નોગો ગેરસમજો જાણે પ્લમ્બિંગ પાઈપો વિસ્ફોટ નથી વી ઠંડું એ વી ઓગળવું તે નથી થી ઠંડું પાણી એ થી ગલન બરફ.- કોમ્પ.

શું તે વિસ્તરી રહ્યું છે કે સંકોચાઈ રહ્યું છે? જવાબ છે: શિયાળાના આગમન સાથે, પાણી તેની વિસ્તરણ પ્રક્રિયા શરૂ કરે છે. આવું કેમ થઈ રહ્યું છે? આ ગુણધર્મ પાણીને અન્ય તમામ પ્રવાહી અને વાયુઓથી અલગ પાડે છે, જે, તેનાથી વિપરીત, જ્યારે ઠંડુ થાય છે ત્યારે સંકુચિત થાય છે. આ અસામાન્ય પ્રવાહીના આ વર્તનનું કારણ શું છે?

ભૌતિકશાસ્ત્ર 3જી ગ્રેડ: શું પાણી જ્યારે થીજી જાય છે ત્યારે વિસ્તરે છે કે સંકોચાય છે?

મોટાભાગના પદાર્થો અને સામગ્રી જ્યારે ગરમ થાય ત્યારે વોલ્યુમમાં વધારો કરે છે અને જ્યારે ઠંડુ થાય છે ત્યારે વોલ્યુમમાં ઘટાડો થાય છે. વાયુઓ આ અસર વધુ નોંધપાત્ર રીતે દર્શાવે છે, પરંતુ વિવિધ પ્રવાહી અને ઘન ધાતુઓ સમાન ગુણધર્મો દર્શાવે છે.

સૌથી વધુ એક તેજસ્વી ઉદાહરણોવિસ્તરતો અને સંકોચતો ગેસ એ બલૂનમાં હવા છે. જ્યારે આપણે સહન કરીએ છીએ બલૂનઉપ-શૂન્ય હવામાનમાં બહાર, બોલ તરત જ કદમાં ઘટાડો કરે છે. જો આપણે ગરમ રૂમમાં બોલ લાવીએ, તો તે તરત જ વધે છે. પરંતુ જો આપણે બલૂનને બાથહાઉસમાં લાવીએ, તો તે ફૂટશે.

પાણીના અણુઓને વધુ જગ્યાની જરૂર પડે છે

વિસ્તરણ અને સંકોચનની આ પ્રક્રિયાઓ થાય છે તેનું કારણ છે વિવિધ પદાર્થો, પરમાણુઓ છે. જેઓ વધુ ઉર્જા મેળવે છે (આ ગરમ ઓરડામાં થાય છે) ઠંડા ઓરડામાં પરમાણુઓ કરતાં વધુ ઝડપથી આગળ વધે છે. વધુ ઊર્જા ધરાવતા કણો વધુ સક્રિય રીતે અને વધુ વખત અથડાતા હોય છે; પરમાણુઓ દ્વારા દબાણને સમાવવા માટે, સામગ્રી કદમાં વધારો કરવાનું શરૂ કરે છે. તદુપરાંત, આ ખૂબ જ ઝડપથી થાય છે. તેથી, જ્યારે તે થીજી જાય છે ત્યારે પાણી વિસ્તરે છે અથવા સંકોચન કરે છે? આવું કેમ થઈ રહ્યું છે?

પાણી આ નિયમોનું પાલન કરતું નથી. જો આપણે પાણીને ચાર ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધી ઠંડુ કરવાનું શરૂ કરીએ, તો તે તેનું પ્રમાણ ઘટાડે છે. પરંતુ જો તાપમાન સતત ઘટતું રહે, તો પાણી અચાનક વિસ્તરણ કરવાનું શરૂ કરે છે! પાણીની ઘનતામાં વિસંગતતા જેવી મિલકત છે. આ ગુણધર્મ ચાર ડિગ્રી સેલ્સિયસના તાપમાને થાય છે.

હવે જ્યારે આપણે સ્થાપિત કર્યું છે કે પાણી જ્યારે થીજી જાય છે ત્યારે વિસ્તરે છે કે સંકોચાય છે, ચાલો જાણીએ કે આ વિસંગતતા પ્રથમ સ્થાને કેવી રીતે થાય છે. કારણ તે કણોમાં રહેલું છે જેનાથી તે બનેલું છે. પાણીના પરમાણુ બે હાઇડ્રોજન અણુ અને એક ઓક્સિજન અણુમાંથી બનાવવામાં આવે છે. ત્યારથી દરેક વ્યક્તિ પાણીનું સૂત્ર જાણે છે પ્રાથમિક વર્ગો. આ પરમાણુમાંના અણુઓ ઇલેક્ટ્રોનને જુદી જુદી રીતે આકર્ષે છે. હાઇડ્રોજન ગુરુત્વાકર્ષણનું હકારાત્મક કેન્દ્ર બનાવે છે, જ્યારે ઓક્સિજન, તેનાથી વિપરીત, ગુરુત્વાકર્ષણનું નકારાત્મક કેન્દ્ર બનાવે છે. જ્યારે પાણીના અણુઓ એકબીજા સાથે અથડાય છે, ત્યારે એક અણુના હાઇડ્રોજન અણુઓ સંપૂર્ણપણે અલગ અણુના ઓક્સિજન પરમાણુમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે. આ ઘટનાને હાઇડ્રોજન બંધન કહેવામાં આવે છે.

જ્યારે પાણી ઠંડુ થાય ત્યારે વધુ જગ્યાની જરૂર પડે છે

આ ક્ષણે જ્યારે હાઇડ્રોજન બોન્ડ બનાવવાની પ્રક્રિયા શરૂ થાય છે, ત્યારે પાણીમાં એવી જગ્યાઓ દેખાવાનું શરૂ થાય છે જ્યાં પરમાણુઓ બરફના સ્ફટિકની જેમ જ ક્રમમાં હોય છે. આ ખાલી જગ્યાઓને ક્લસ્ટર કહેવામાં આવે છે. તેઓ નક્કર પાણીના સ્ફટિકની જેમ ટકાઉ નથી. જેમ જેમ તાપમાન વધે છે, તેઓ તૂટી જાય છે અને તેમનું સ્થાન બદલાય છે.

પ્રક્રિયા દરમિયાન, પ્રવાહીમાં ક્લસ્ટરોની સંખ્યા ઝડપથી વધવાનું શરૂ થાય છે. તેમને ફેલાવવા માટે વધુ જગ્યાની જરૂર પડે છે, જેના પરિણામે પાણી તેની અસંગત ઘનતા સુધી પહોંચ્યા પછી કદમાં વધારો કરે છે.

જ્યારે થર્મોમીટર શૂન્યથી નીચે જાય છે, ત્યારે ક્લસ્ટરો નાના બરફના સ્ફટિકોમાં ફેરવવાનું શરૂ કરે છે. તેઓ ઉભા થવા લાગે છે. આ બધાના પરિણામે, પાણી બરફમાં ફેરવાય છે. આ પાણીની ખૂબ જ અસામાન્ય ક્ષમતા છે. આ ઘટના ખૂબ જ જરૂરી છે મોટી માત્રામાંપ્રકૃતિમાં પ્રક્રિયાઓ. આપણે બધા જાણીએ છીએ, અને જો આપણે જાણતા નથી, તો આપણે યાદ રાખીએ છીએ કે બરફની ઘનતા ઠંડા અથવા ઠંડા પાણીની ઘનતા કરતા થોડી ઓછી છે. આનો આભાર, બરફ પાણીની સપાટી પર તરે છે. પાણીના તમામ પદાર્થો ઉપરથી નીચે સુધી સ્થિર થવાનું શરૂ કરે છે, જે તળિયે જળચર રહેવાસીઓને શાંતિથી અસ્તિત્વમાં રહેવા દે છે અને સ્થિર થતું નથી. તેથી હવે આપણે વિગતવાર જાણીએ છીએ કે પાણી જ્યારે થીજી જાય છે ત્યારે વિસ્તરે છે કે સંકોચાય છે.

ઠંડા પાણી કરતાં ગરમ ​​પાણી ઝડપથી થીજી જાય છે. જો આપણે બે સરખા ગ્લાસ લઈએ અને એકમાં ગરમ ​​પાણી નાખીએ અને બીજામાં એટલું જ ઠંડુ પાણી નાખીએ, તો આપણે જોશું કે ગરમ પાણીઠંડા કરતાં વધુ ઝડપથી થીજી જશે. આ તાર્કિક નથી, શું તમે સહમત છો? ગરમ પાણી ઠંડું થવાનું શરૂ થાય તે પહેલાં તેને ઠંડું કરવાની જરૂર છે, પરંતુ ઠંડા પાણીની જરૂર નથી. કેવી રીતે સમજાવવું આ હકીકત? આજ સુધી વૈજ્ઞાનિકો આ રહસ્ય સમજાવી શક્યા નથી. આ ઘટનાને "Mpemba અસર" કહેવામાં આવે છે. તે 1963 માં તાંઝાનિયાના એક વૈજ્ઞાનિક દ્વારા અસામાન્ય સંજોગોમાં શોધી કાઢવામાં આવ્યું હતું. એક વિદ્યાર્થી પોતાને આઈસ્ક્રીમ બનાવવા માંગતો હતો અને તેણે જોયું કે ગરમ પાણી ઝડપથી થીજી જાય છે. તેણે આ વાત તેના ભૌતિકશાસ્ત્રના શિક્ષક સાથે શેર કરી, જેમણે શરૂઆતમાં તેના પર વિશ્વાસ ન કર્યો.

ઘનતા

ઘનતા શુદ્ધ બરફ 0 °C ના તાપમાને ρ h અને 1 atm (1.01105 Pa) નું દબાણ 916.8 kg/m 3 બરાબર છે. જેમ જેમ દબાણ વધે છે તેમ, બરફની ઘનતા થોડી વધે છે. આમ, એન્ટાર્કટિક બરફના પાયા પર તેની સૌથી વધુ જાડાઈના સ્થળોએ, 4200 મીટર સુધી પહોંચે છે, બરફની ઘનતા 920 kg/m3 સુધી પહોંચી શકે છે. ઘટતા તાપમાન સાથે બરફની ઘનતા પણ વધે છે (અંદાજે 1.5 kg/m 3 જ્યારે તાપમાન 10 °C ઘટે છે).

થર્મલ વિરૂપતા

ઘટતા તાપમાન સાથે, રેખીય પરિમાણો અને નમૂનાઓ અને બરફના જથ્થામાં ઘટાડો થાય છે, અને વધતા તાપમાન સાથે, વિપરીત પ્રક્રિયા જોવા મળે છે - બરફનું થર્મલ વિસ્તરણ. ગુણાંક રેખીય વિસ્તરણબરફ તાપમાન પર આધાર રાખે છે, જેમ જેમ તે વધે છે. -20 થી 0 °C તાપમાનની શ્રેણીમાં, રેખીય વિસ્તરણનો ગુણાંક સરેરાશ 5.5-10~5 છે. અને વોલ્યુમેટ્રિક વિસ્તરણનો ગુણાંક, તે મુજબ, 1 °C દીઠ 16.5-10"5 છે. -40 થી -20 °C સુધીની રેન્જમાં, રેખીય વિસ્તરણનો ગુણાંક ઘટીને 3.6-10"5 પ્રતિ 1 °C થાય છે.

ફ્યુઝન અને ઉત્તેજનાની ગરમી

બરફના એકમ સમૂહને તેના તાપમાનમાં ફેરફાર કર્યા વિના ઓગળવા માટે જરૂરી ગરમીની માત્રાને બરફના મિશ્રણની વિશિષ્ટ ગરમી કહેવામાં આવે છે. ઠંડું પાણી સમાન પ્રમાણમાં ગરમી છોડે છે. 0 °C અને સામાન્ય વાતાવરણીય દબાણ પર ચોક્કસ ગરમીબરફનું પીગળવું એ L pl = 333.6 kJ/kg બરાબર છે.

પાણીના બાષ્પીભવનની સુપ્ત ગરમી, તેના તાપમાનના આધારે, સમાન છે
L isp = 2500 - 246 kJ/kg,
જ્યાં °C માં બરફનું તાપમાન 6 છે.

બરફના ઉત્કર્ષની વિશિષ્ટ ગરમી, એટલે કે સીધા સંક્રમણ માટે જરૂરી ગરમીની માત્રા તાજો બરફપર વરાળમાં સતત તાપમાન, બરફ એલ ઓગળવા અને પાણીનું બાષ્પીભવન કરવા માટે જરૂરી ગરમીના સરવાળા સમાન છે.
L સબ = L સબ + L ઉપયોગ

ઉત્કૃષ્ટતાની વિશિષ્ટ ગરમી બાષ્પીભવન થતા બરફના તાપમાનથી લગભગ સ્વતંત્ર છે (0 °C L સબ્લાઈમ = 2834 kJ/kg પર, -10 °C - 2836 પર, -20 °C - 2837 kJ/kg પર). જ્યારે વરાળ ઉત્કૃષ્ટ થાય છે, ત્યારે સમાન પ્રમાણમાં ગરમી છોડવામાં આવે છે.

ગરમી ક્ષમતા

બરફના એકમ સમૂહને 1 °C તાપમાને ગરમ કરવા માટે જરૂરી ગરમીનું પ્રમાણ સતત દબાણ, કહેવાય છે ચોક્કસ ગરમી ક્ષમતાબરફ તાજા બરફ C l ની ગરમી ક્ષમતા ઘટતા તાપમાન સાથે ઘટે છે:
C l = 2.12 + 0.00786 kJ/kg.

સંબંધ

બરફમાં રિસોર્પ્શન (ફ્રીઝિંગ) ની મિલકત છે, જે એ હકીકત દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે કે જ્યારે બરફના બે ટુકડા સંપર્કમાં આવે છે અને સંકુચિત થાય છે, ત્યારે તે એકસાથે થીજી જાય છે. સ્થાનિક પ્રભાવ હેઠળ હાઈ બ્લડ પ્રેશરસંપર્કો પર બરફનો થોડો ગલન થઈ શકે છે. પરિણામી પાણીને એવા સ્થળોએ સ્ક્વિઝ કરવામાં આવે છે જ્યાં દબાણ ઓછું હોય છે અને ત્યાં થીજી જાય છે. દબાણ વિના અને પ્રવાહી તબક્કાની ભાગીદારી વિના બરફની સપાટીઓનું ઠંડું થઈ શકે છે.

રિસોર્પ્શનના ગુણધર્મો માટે આભાર, બરફની ચાદર અને માસિફ્સમાં તિરાડો "હીલ" કરવામાં સક્ષમ છે અને તિરાડ બરફ મોનોલિથિક બરફમાં ફેરવી શકે છે. બાંધકામ માટે મકાન સામગ્રી તરીકે બરફનો ઉપયોગ કરતી વખતે આ ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે ઇજનેરી માળખાં(બરફના વખારો, વોટરપ્રૂફ કોરો હાઇડ્રોલિક માળખાંવગેરે).

મેટામોર્ફિઝમ

આઇસ મેટામોર્ફિઝમ એ મોલેક્યુલર અને થર્મોડાયનેમિક પ્રક્રિયાઓના પ્રભાવ હેઠળ તેની રચના અને રચનામાં ફેરફાર છે. આ પ્રક્રિયાઓ મેટામોર્ફિક બરફની રચનામાં સૌથી વધુ સંપૂર્ણ રીતે પ્રગટ થાય છે, જ્યારે બરફના કણોના પ્રારંભિક સંચયથી બરફના સ્ફટિકોનો સતત, અભેદ્ય એકત્ર એકબીજાને ભાગ્યે જ સ્પર્શે છે. આ કિસ્સામાં, સ્ફટિકોનું સંબંધિત વિસ્થાપન, તેમના આકાર અને કદમાં સપાટીના ફેરફારો, અન્યના ખર્ચે કેટલાક સ્ફટિકોની વિકૃતિ અને વૃદ્ધિ થાય છે.

IN સ્ફટિકીય બરફમેટામોર્ફિઝમ મુખ્યત્વે સ્ફટિકોના સરેરાશ કદમાં વધારો અને એકમ વોલ્યુમ દીઠ તેમની સંખ્યામાં ઘટાડો સાથે સામૂહિક પુનઃસ્થાપનના સ્વરૂપમાં થાય છે. જેમ જેમ સ્ફટિકનું કદ વધે છે તેમ, પુનઃસ્થાપનની તીવ્રતા ધીમી પડે છે.

ઓપ્ટિકલ ગુણધર્મો

બરફ એક અક્ષીય, ઓપ્ટિકલી પોઝિટિવ ક્રિસ્ટલ છે જે બાયફ્રિન્જન્ટ છે અને કોઈપણ જાણીતા ખનિજનું સૌથી ઓછું રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ ધરાવે છે. પરિણામે બાયફ્રિન્જન્સસ્ફટિકમાં પ્રકાશ પ્રવાહ ધ્રુવીકૃત છે. આ પોલરોઇડ્સનો ઉપયોગ કરીને સ્ફટિક અક્ષોની સ્થિતિ નક્કી કરવાનું શક્ય બનાવે છે.

જ્યારે પ્રકાશ પોલીક્રિસ્ટલિન બરફમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે શોષણ અને છૂટાછવાયાને કારણે પ્રવાહમાં નબળાઈ જોવા મળે છે, જ્યારે પ્રકાશ ઉર્જા થર્મલ ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે, જેના કારણે કિરણોત્સર્ગી ગરમી અને બરફ પીગળે છે. છૂટાછવાયા પ્રકાશ બરફમાં બધી દિશામાં ફેલાય છે, જેમાં ઇરેડિયેટેડ સપાટીમાંથી બહાર નીકળવું પણ સામેલ છે. પ્રકાશ વિખેરવાને કારણે, બરફ વાદળી અને નીલમણિ પણ દેખાય છે, અને જો બરફમાં હાજર હોય નોંધપાત્ર રકમહવાના સમાવેશથી તે સફેદ બને છે.

બરફની સપાટી પરથી પ્રતિબિંબિત થતી અને સપાટી પર વિખેરાયેલી રેડિયેશન ઊર્જાની માત્રાનો ગુણોત્તર કુલ ઊર્જાસપાટી પર પ્રવેશતા પ્રકાશની માત્રાને બરફનો આલ્બેડો કહેવામાં આવે છે. આલ્બેડો મૂલ્ય બરફની સપાટીની સ્થિતિ પર આધારિત છે - સ્વચ્છ ઠંડા બરફ માટે આલ્બેડો મૂલ્ય લગભગ 0.4 છે, અને જ્યારે સપાટી પીગળી જાય છે અને ગંદી બને છે, ત્યારે તે ઘટીને 0.3-0.2 થઈ જાય છે. જ્યારે બરફની સપાટી પર બરફ જમા થાય છે, ત્યારે આલ્બેડો નોંધપાત્ર રીતે વધે છે. આલ્બેડો બરફનું આવરણધ્રુવીય અને પર્વતીય વિસ્તારોમાં તાજા પડતા સૂકા બરફ માટે 0.95 થી ભીના દૂષિત બરફ માટે 0.20 સુધી બદલાય છે.

વોઇટકોવ્સ્કી કે.એફ. ગ્લેશીયોલોજીના ફંડામેન્ટલ્સ. એમ.: નૌકા, 1999, 255 પૃષ્ઠ.

પૃષ્ઠ 1

ઠંડું દરમિયાન પાણીનું વિસ્તરણ એ પૃથ્વીના જીવનમાં બીજી મહત્વપૂર્ણ ઘટનાનું એક કારણ છે - વિનાશ ખડકો. હિમ દરમિયાન તે પહેલા થીજી જાય છે ટોચનું સ્તર; આ કિસ્સામાં, ઊંડા સ્તરો લૉક કરવામાં આવશે. જ્યારે આ સ્તરો સ્થિર થવાનું શરૂ કરે છે, ત્યારે તેઓ, વોલ્યુમમાં વધતા, ક્રેકને વિસ્તૃત કરશે.  

ઠંડું દરમિયાન પાણીનું વિસ્તરણ એ હકીકતને કારણે છે કે અનિયમિત ગોઠવણ સાથે (અથવા માત્ર સાંકડા વિસ્તારોમાં નિયમિત ગોઠવણ સાથે), પાણીના અણુઓ ટ્રાઇડાઇમાઇટ સ્ટ્રક્ચરની રચનાના કિસ્સામાં સંપૂર્ણપણે નિયમિત અભિગમ કરતાં ઓછા વોલ્યુમ ધરાવે છે. ઠંડું થવા પર પાણીના વિસ્તરણને કારણે (લે ચેટેલિયરના સિદ્ધાંત મુજબ), વધતા દબાણ સાથે ઠંડું બિંદુ ઘટે છે. જો કે, જો ઠંડું કર્યા પછી દબાણ ચોક્કસ મૂલ્ય કરતાં વધી જાય, તો બરફના અન્ય ફેરફારો રચાય છે, જે સામાન્ય કરતાં વધુ ગાઢ હોય છે. મોટે ભાગેકડક પ્રવાહી પાણી. તેથી, લોખંડના વાસણોમાં બંધ પાણી દ્વારા અથવા ખડકોની તિરાડોમાં સંચિત થતા વિસ્ફોટની અસર થતી નથી જો પાણી ઠંડું થતાં પહેલા જ ખૂબ ઊંચા દબાણ હેઠળ હોય.  

તેની પરિપક્વતા દરમિયાન પાણીનું વિસ્તરણ ખૂબ જ નોંધપાત્ર છે અને સ્ટીમ બોઈલરના સંચાલન દરમિયાન તેને ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે: બોઈલર ફાયરિંગ પાણીના મીટરમાં સૌથી નીચા પાણીના સ્તરે TBMI સાથે શરૂ થાય છે, જેથી બોઈલરમાં વરાળનું દબાણ જ્યાં સુધી પહોંચે ત્યાં સુધી ઓપરેટિંગ સ્તર, આ સ્તર, પાણીના વિસ્તરણના પરિણામે વધતું જાય છે, તેની સામાન્ય સ્થિતિમાં પહોંચશે.  

જ્યારે ગરમ થાય છે ત્યારે પાણીનું વિસ્તરણ અન્ય પ્રવાહીના વિસ્તરણથી અલગ પડે છે, જેનું પ્રમાણ ધીમે ધીમે વધતા તાપમાન સાથે વધે છે. જો વાતાવરણીય દબાણસામાન્ય રીતે, પછી પાણી 4 સે. પર સૌથી નાનું વોલ્યુમ ધરાવે છે. જેમ જેમ તાપમાન O C (ફ્રીઝિંગ પોઇન્ટ) સુધી ઘટે છે, તેમ પાણીનું પ્રમાણ વધે છે. ફિગ માં. આકૃતિ 9.4 માત્ર 14 સે. સુધીના તાપમાનના આધારે પાણીના જથ્થાનો ગ્રાફ બતાવે છે, પરંતુ તે પહેલાથી જ સ્પષ્ટ છે કે વળાંક ઉત્કલન બિંદુ સુધી વધારે છે.  

ઠંડું દરમિયાન પાણીનું વિસ્તરણ એ હકીકતને પણ સમજાવે છે કે બરફ પાણી પર તરે છે અને તળિયે પડતો નથી.  

બોક્સ 2 માં ઠંડું પડે ત્યારે પાણીના વિસ્તરણને કારણે અને બોક્સમાં સ્થિર ચેનલો 8 માં તેની બહાર નીકળવાની અશક્યતાને લીધે, નોંધપાત્ર દબાણ ઉત્પન્ન થાય છે, જે પિસ્ટન 3 પર કામ કરીને, તેને પાણીના જેકેટ તરફ ખસેડે છે, ઢાંકણને સ્ક્વિઝ કરે છે. 4 અને આ ઢાંકણ દ્વારા બંધ થયેલ છિદ્ર ખોલે છે, પરિણામે વોટર જેકેટમાંથી પાણી બહાર આવે છે.  

ઠંડું થવા પર પાણીના વિસ્તરણને કારણે (લે ચેટેલિયરના સિદ્ધાંત મુજબ), વધતા દબાણ સાથે ઠંડું બિંદુ ઘટે છે. જો કે, જો ઠંડું કર્યા પછી દબાણ ચોક્કસ મૂલ્ય કરતાં વધી જાય, તો બરફના અન્ય ફેરફારો રચાય છે, જે સામાન્ય કરતાં વધુ ગીચ હોય છે, મોટાભાગે પ્રવાહી પાણી કરતાં પણ ઘનતા હોય છે. તેથી, લોખંડના વાસણોમાં પાણીની ફાટવાની અસર અથવા પત્થરોમાં તિરાડો જ્યારે ઠંડું પડે છે ત્યારે તે થતી નથી જો પાણી ઠંડું થતાં પહેલા જ ખૂબ ઊંચા દબાણ હેઠળ હોય.  

ઠંડું થવા પર પાણીના વિસ્તરણને કારણે (લે ચેટેલિયરના સિદ્ધાંત મુજબ), વધતા દબાણ સાથે ઠંડું બિંદુ ઘટે છે. જો કે, જો ઠંડું કર્યા પછી દબાણ ચોક્કસ મૂલ્ય કરતાં વધી જાય, તો બરફના અન્ય ફેરફારો રચાય છે, જે સામાન્ય કરતાં વધુ ગીચ હોય છે, મોટાભાગે પ્રવાહી પાણી કરતાં પણ ઘનતા હોય છે. તેથી, લોખંડના વાસણોમાં પાણીની ફાટવાની અસર અથવા પત્થરોમાં તિરાડો જ્યારે ઠંડું પડે છે ત્યારે તે થતી નથી જો પાણી ઠંડું થતાં પહેલા જ ખૂબ ઊંચા દબાણ હેઠળ હોય.  

પૃથ્વીની આબોહવા માટે પાણીના વિસ્તરણની વિશેષતાઓ ખૂબ મહત્વ ધરાવે છે. સૌથી વધુપૃથ્વીની સપાટીનો (79%) ભાગ પાણીથી ઢંકાયેલો છે. સૂર્ય કિરણોપાણીની સપાટી પર પડતાં, તેઓ આંશિક રીતે તેમાંથી પ્રતિબિંબિત થાય છે, આંશિક રીતે પાણીમાં પ્રવેશ કરે છે અને તેને ગરમ કરે છે. જો પાણીનું તાપમાન ઓછું હોય, તો ગરમ સ્તરો (ઉદાહરણ તરીકે, 2 સે. પર) ઠંડા સ્તરો કરતાં વધુ ગાઢ હોય છે (ઉદાહરણ તરીકે, 1 સે. પર), અને તેથી નીચે ડૂબી જાય છે. તેમનું સ્થાન ઠંડા સ્તરો દ્વારા લેવામાં આવે છે, જે બદલામાં ગરમ ​​થાય છે. આમ, પાણીના સ્તરોમાં સતત ફેરફાર થાય છે, જે મહત્તમ ઘનતાને અનુરૂપ તાપમાન સુધી પહોંચે ત્યાં સુધી સમગ્ર પાણીના સ્તંભની સમાન ગરમીમાં ફાળો આપે છે. વધુ ગરમી સાથે, ઉપલા સ્તરો ઓછા અને ઓછા ગાઢ બને છે, અને તેથી ટોચ પર રહે છે.  

પૃથ્વીની આબોહવા માટે પાણીના વિસ્તરણની લાક્ષણિકતાઓ ખૂબ મહત્વ ધરાવે છે. પૃથ્વીની સપાટીનો મોટાભાગનો ભાગ (79%) પાણીથી ઢંકાયેલો છે. સૂર્યના કિરણો, પાણીની સપાટી પર પડતા, તેમાંથી આંશિક રીતે પ્રતિબિંબિત થાય છે, આંશિક રીતે પાણીમાં પ્રવેશ કરે છે અને તેને ગરમ કરે છે. જો પાણીનું તાપમાન ઓછું હોય, તો ગરમ સ્તરો (ઉદાહરણ તરીકે, 2°C પર) ઠંડા સ્તરો કરતાં વધુ ગાઢ હોય છે (ઉદાહરણ તરીકે, 1°C પર), અને તેથી તે નીચે ડૂબી જાય છે. તેમનું સ્થાન ઠંડા સ્તરો દ્વારા લેવામાં આવે છે, જે બદલામાં ગરમ ​​થાય છે. આમ, પાણીના સ્તરોમાં સતત ફેરફાર થાય છે, જે મહત્તમ ઘનતાને અનુરૂપ તાપમાન સુધી પહોંચે ત્યાં સુધી સમગ્ર પાણીના સ્તંભની સમાન ગરમીમાં ફાળો આપે છે. વધુ ગરમી સાથે, ઉપલા સ્તરો ઓછા અને ઓછા ગાઢ બને છે, અને તેથી ટોચ પર રહે છે.