જ્યારે ઠંડું, પાણી વોલ્યુમ. તેલ અને ગેસનો મહાન જ્ઞાનકોશ

પ્રકરણ 12 પાણી એ માનવ જીવનના મુખ્ય ઘટકોમાંનું એક છે. પાણી ઝેરી છે, પાણી હીલિંગ છે. પાણીની મદદથી ઘર અને માનવ શરીરનું સ્વાસ્થ્ય સુધારવું. પાણીથી તાવીજ અને તાવીજ સાફ કરવું પાણી એ બ્રહ્માંડના સાર્વત્રિક પ્રતીકોમાંનું એક છે. ચીની, ઉદાહરણ તરીકે, માનતા હતા

શા માટે માતાપિતાને બૌદ્ધ ધર્મની જરૂર છે અને શા માટે બૌદ્ધોએ માતાપિતા બનવું જોઈએ પ્રેમ અને કરુણાથી પ્રેરિત જેઓ હજુ સુધી આ સાચા સ્વભાવને જાણતા નથી, હું મારા કાર્યો અન્યના લાભ માટે સમર્પિત કરું છું: બધા જીવો મુક્તિ પ્રાપ્ત કરે! મેં મારી જાતને માનવતામાં પ્રગટ કરી

પાણી અને આપણે “તમારે કિનારા પાસે ફફડાટ મારવાનો અને દરિયામાં મોતી નથી એવો આગ્રહ કરવાનો શું અર્થ છે? તમારે કિનારાથી દૂર તરીને ઊંડા ડૂબકી મારવાની જરૂર છે...” તે હવે કોઈના માટે રહસ્ય નથી કે તમામ જીવંત ચીજોએ તેમનો વિકાસ જળચર વાતાવરણમાં શરૂ કર્યો હતો અને તેથી લગભગ 80% પાણીનો સમાવેશ થાય છે.

પાણી એ આપણા ગ્રહ પરનો સૌથી વ્યાપક અને સૌથી રહસ્યમય પદાર્થ છે. તે પ્રાચીન સમયથી જાણીતા સરળ ગુણધર્મો ધરાવે છે. આ લક્ષણોને લીધે જ તેને "જીવનનો આધાર" કહેવામાં આવે છે. તો આ ગુણધર્મોની "અદ્ભુતતા" શું છે? ચાલો તેને આકૃતિ કરીએ.

પ્રવાહીતા.પાણી સહિત તમામ પ્રવાહીની મુખ્ય મિલકત. બાહ્ય દળોના પ્રભાવ હેઠળ, તે કોઈપણ જહાજનો આકાર લેવામાં સક્ષમ છે. અને આ તેની સાર્વત્રિક ઉપલબ્ધતાને સુનિશ્ચિત કરે છે. પાણી પાણીના પાઈપોમાં વહે છે અને તળાવો, નદીઓ અને સમુદ્રો બનાવે છે. અને, સૌથી અગત્યનું, તમે તેને હંમેશા તમારી સાથે કોઈપણ અનુકૂળ પેકેજિંગમાં લઈ શકો છો - નાની બોટલથી વિશાળ ટાંકી સુધી.

તાપમાન ગુણધર્મો.ગરમ પાણી ઠંડા પાણી કરતાં હળવા હોય છે અને હંમેશા વધે છે. તેથી, અમે ફક્ત તળિયેથી તપેલીને ગરમ કરીને સૂપ બનાવી શકીએ છીએ, એક જ સમયે બધી બાજુથી નહીં. "સંવહન" તરીકે ઓળખાતી આ ઘટના માટે આભાર, પૃથ્વીના જળાશયોના મોટાભાગના રહેવાસીઓ સપાટીની નજીક રહે છે.

પરંતુ પાણીની સૌથી મહત્વની ઉષ્ણતામાન મિલકત તેની ઉચ્ચ ગરમી ક્ષમતા છે - લોખંડ કરતા 10 ગણી વધુ. આનો અર્થ એ છે કે તેને ગરમ કરવા માટે મોટી માત્રામાં ઊર્જાની જરૂર પડે છે, પરંતુ જ્યારે તે ઠંડુ થાય છે, ત્યારે તેટલી જ ઊર્જા મુક્ત થાય છે. અમારા ઘરોમાં હીટિંગ સિસ્ટમ્સ - અને ઉદ્યોગમાં વપરાતી કૂલિંગ સિસ્ટમ્સ - આ સિદ્ધાંત પર આધારિત છે.

વધુમાં, સમુદ્રો અને મહાસાગરો પૃથ્વીના થર્મોરેગ્યુલેટરની ભૂમિકા ભજવે છે, મોસમી તાપમાનના ફેરફારોને નરમ પાડે છે, ઉનાળામાં ગરમીને શોષી લે છે અને શિયાળામાં તેને મુક્ત કરે છે. અને ગરમીની ક્ષમતા અને સંવહનના સંયોજન સાથે, તમે સમગ્ર ખંડને પણ ગરમ કરી શકો છો! અમે "યુરોપની મુખ્ય બેટરી," ગરમ ગલ્ફ સ્ટ્રીમ વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ. ગરમ પાણીના વિશાળ પ્રવાહો, એટલાન્ટિકની સપાટી સાથે આગળ વધતા, તેના કિનારે આરામદાયક તાપમાન પ્રદાન કરે છે, જે આ અક્ષાંશો માટે લાક્ષણિક નથી.

ઠંડું.પાણીનું ઠંડું બિંદુ પરંપરાગત રીતે 0 ડિગ્રી જેટલું હોય છે, પરંતુ હકીકતમાં આ પરિમાણ સંખ્યાબંધ પરિબળો પર આધારિત છે: વાતાવરણીય દબાણ, કન્ટેનર જેમાં પાણી મૂકવામાં આવે છે અને તેમાં અશુદ્ધિઓની હાજરી.

પાણી એમાં અનન્ય છે, અન્ય પદાર્થોથી વિપરીત, જ્યારે તે થીજી જાય છે ત્યારે તે વિસ્તરે છે. આપણા સખત શિયાળાને જોતાં, આ કદાચ નકારાત્મક ગુણધર્મ કહી શકાય. ઠંડું અને વોલ્યુમમાં વધારો, પાણી (અથવા તેના બદલે, બરફ) ફક્ત મેટલ પાઈપોને ફાડી નાખે છે.

તેથી, જ્યારે તે નક્કર સ્થિતિમાં ફેરવાય છે, ત્યારે પાણીનું પ્રમાણ વધે છે, પરંતુ ઓછું ગાઢ બને છે. તેથી, બરફ હંમેશા પાણી કરતાં હળવો હોય છે અને તેની સપાટી પર સ્થિત હોય છે. વધુમાં, તે ગરમીનું સંચાલન ખરાબ રીતે કરે છે: સૌથી ઠંડા શિયાળામાં પણ, જીવન ગ્રહના જળાશયોમાં રહે છે. છેવટે, બરફ જેટલો જાડો "ગાદી", તેની નીચેનું પાણી વધુ ગરમ. ઉપરાંત, આ મિલકત માટે આભાર, કેટલાક લોકો હજી પણ કહેવાતા "ગ્લેશિયર્સ" - ભોંયરાઓ અથવા બરફથી લાઇનવાળી ગુફાઓ બનાવે છે, જે ઉનાળામાં પણ ઓગળતા નથી, અને ખોરાકને ખૂબ લાંબા સમય સુધી સંગ્રહિત કરવાની મંજૂરી આપે છે.

કેટલાક વૈજ્ઞાનિકોએ તો ગ્લોબલ વોર્મિંગ સામેની લડાઈમાં બરફનો ઉપયોગ કરવાની દરખાસ્ત પણ કરી છે. વિચારનો સાર આ છે: એક ખાસ જહાજ એન્ટાર્કટિકાની નજીક ક્યાંક વહી રહેલા આઇસબર્ગને ખેંચે છે. અને પછી તે તેને ગરમ વિસ્તારોમાં ખેંચે છે જ્યાં લોકો ગરમીથી પીડાય છે. આઇસબર્ગ પીગળે છે, જે સમગ્ર દરિયાકાંઠાના પ્રદેશને ઠંડક આપે છે. આ રિવર્સ ગલ્ફ સ્ટ્રીમ છે, જે ફક્ત માણસ દ્વારા બનાવવામાં આવી છે.

ઉકળતા.ચાલો ઠંડા બરફમાંથી ગરમ વરાળ તરફ આગળ વધીએ. દરેક વ્યક્તિ જાણે છે કે પાણી 100 ડિગ્રી સેલ્સિયસ તાપમાને ઉકળે છે. પરંતુ આ ફક્ત સામાન્ય હવાની રચના અને વાતાવરણીય દબાણની સ્થિતિમાં છે. પરંતુ એવરેસ્ટની ટોચ પર, જ્યાં દબાણ ઓછું છે અને હવા પાતળી છે, તમારી કીટલી પહેલેથી જ 68 ડિગ્રી પર ઉકળશે! ઉકળતા પાણી હાનિકારક સૂક્ષ્મજીવોને મારવામાં મદદ કરે છે. બાફેલા ખોરાક પણ તળેલા ખોરાક કરતાં વધુ સ્વાસ્થ્યપ્રદ છે.

વધુમાં, પાણીની વરાળને સંસ્કૃતિનું વાસ્તવિક એન્જિન કહી શકાય. સ્ટીમ એન્જિનના યુગને સો વર્ષ પણ વીતી ગયા નથી, અને ઘણા લોકો હજુ પણ ભૂલથી રેલ્વે લોકોમોટિવ્સ (જે હવે મુખ્યત્વે વીજળી પર ચાલે છે)ને "સ્ટીમ એન્જિન" તરીકે ઓળખે છે.

માર્ગ દ્વારા, વીજળી વિશે. વરાળ વિના, તે હજુ પણ એક દુર્લભ અને ખર્ચાળ જિજ્ઞાસા રહેશે. છેવટે, મોટાભાગના પાવર પ્લાન્ટના સંચાલન સિદ્ધાંત ગરમ વરાળના દબાણ હેઠળ રોટર પરિભ્રમણ પર આધારિત છે. આધુનિક ન્યુક્લિયર પાવર પ્લાન્ટ્સ જૂના કોલસા અથવા તેલથી અલગ પડે છે માત્ર પાણી ગરમ કરવાના સિદ્ધાંતમાં. નવીન અને સલામત સૌર ઉર્જા પણ વરાળનો ઉપયોગ કરે છે: વિશાળ અરીસાઓ, મેગ્નિફાઇંગ ગ્લાસની જેમ, સૂર્યના કિરણોને પાણીની ટાંકી પર કેન્દ્રિત કરે છે, તેને ઇલેક્ટ્રિક ટર્બાઇન માટે વરાળમાં ફેરવે છે.

વિસર્જન.પાણીની બીજી મહત્વપૂર્ણ મિલકત, જેના વિના માત્ર વિજ્ઞાન અને ઉદ્યોગ જ નહીં, પણ જીવન પણ અશક્ય હશે! તમને શું લાગે છે કે તમારા મનપસંદ સોડા સાથે બ્લડ પ્લાઝ્મામાં શું સામ્ય છે? જવાબ સરળ છે: સોડા એ વિવિધ ક્ષાર, ખનિજો અને વાયુઓનું જલીય દ્રાવણ છે. પ્લાઝ્મા 90% પાણી, તેમજ પ્રોટીન અને અન્ય પદાર્થો ધરાવે છે. અને જીવંત જીવના દરેક કોષને તે જરૂરી પદાર્થો પ્રાપ્ત થાય છે, તે પણ જલીય દ્રાવણના સ્વરૂપમાં.

પાણી એ સૌથી સરળ, સલામત, પરંતુ તેમ છતાં સૌથી વિશ્વસનીય કુદરતી દ્રાવક છે. લગભગ કોઈપણ પદાર્થ તેના ફરતા અણુઓ વચ્ચે - પ્રવાહીથી ધાતુઓ વચ્ચે "સેન્ડવીચ" કરી શકાય છે. આ અદ્ભુત મિલકત માનવજાતની વહેલી સવારે જોવા મળી હતી. પ્રાચીન કલાકારોએ ગુફાની દિવાલો પર પેઇન્ટ કરવા માટે પાણીમાં કુદરતી રંગો ઓગાળી દીધા હતા. પછી મધ્યયુગીન રસાયણશાસ્ત્રીઓએ દંડૂકો લીધો, "ફિલોસોફરનો પથ્થર" મેળવવાની આશામાં પાણીમાં વિવિધ પદાર્થો ઓગાળી દીધા જે કોઈપણ સામગ્રીને સોનામાં ફેરવશે. અને હવે આ મિલકતનો આધુનિક રસાયણશાસ્ત્રીઓ દ્વારા સફળતાપૂર્વક ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

સપાટી તણાવ.મોટા ભાગના લોકો, જ્યારે તેઓ પાણીની સપાટીના તાણ વિશે સાંભળે છે, ત્યારે માત્ર તળાવ અથવા ખાબોચિયાની સપાટી પર ગ્લાઈડિંગ વોટર સ્ટ્રાઈડર જંતુઓ યાદ કરે છે. દરમિયાન, પાણીની આ મિલકત વિના તમારા હાથ ધોવા પણ અશક્ય છે! તે આનો આભાર છે કે સાબુ ફીણ રચાય છે. અને તમારા હાથને ટુવાલ વગર સૂકવવા પણ મુશ્કેલ છે. છેવટે, બધી શોષક સામગ્રી (પછી ભલે પેપર નેપકિન હોય કે માઇક્રોફાઇબર કાપડ હોય)માં માઇક્રોસ્કોપિક છિદ્રો હોય છે જેમાં સપાટીના તણાવને કારણે ભેજ શોષાય છે. આ જ કારણોસર, પાણી સૌથી પાતળી રુધિરકેશિકાઓ દ્વારા ધસી આવે છે જે છોડના મૂળમાં પ્રવેશ કરે છે. અને ઉમેરાયેલ પાણીની સપાટીના તણાવને કારણે શુષ્ક બાંધકામ મિશ્રણની તૈયારી પણ શક્ય છે.

પાણીના અણુઓ સક્રિયપણે એકબીજા તરફ આકર્ષાય છે, પરિણામે, આપેલ વોલ્યુમ માટે તેની સપાટી ન્યૂનતમ હોય છે. તેથી જ કોઈપણ પ્રવાહીનો કુદરતી આકાર એક ગોળા હોય છે. શૂન્ય ગુરુત્વાકર્ષણમાં રહીને આ સરળતાથી ચકાસી શકાય છે. જો કે, આવા પ્રયોગ માટે અવકાશમાં ઉડવું જરૂરી નથી, ફક્ત વનસ્પતિ તેલના ગ્લાસમાં થોડું પાણી દાખલ કરવા માટે સિરીંજનો ઉપયોગ કરો અને જુઓ કે તે કેવી રીતે બોલમાં ભેગું થાય છે.

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.

ગેસના વિસ્તરણ અને સંકોચનના સૌથી આકર્ષક ઉદાહરણો પૈકી એક બલૂનમાં હવા છે. જ્યારે આપણે ઉપ-શૂન્ય હવામાનમાં બહાર બલૂન લઈએ છીએ, ત્યારે બલૂન 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

વિવિધ પદાર્થોના વિસ્તરણ અને સંકોચનની આ પ્રક્રિયાઓનું કારણ 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. પ્રાથમિક શાળાથી જ દરેક વ્યક્તિ પાણી માટેનું સૂત્ર જાણે છે. 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. પ્રકૃતિમાં ખૂબ મોટી સંખ્યામાં પ્રક્રિયાઓ માટે આ ઘટના જરૂરી છે. 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 અને બીજામાં એટલું જ ઠંડુ પાણી નાખીએ, તો આપણે જોશું કે ગરમ પાણી ઠંડા પાણી કરતાં વધુ ઝડપથી જામી 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. આ હકીકત કેવી રીતે સમજાવવી? 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.

પૃષ્ઠ 1

ઠંડું દરમિયાન પાણીનું વિસ્તરણ એ પૃથ્વીના જીવનમાં બીજી મહત્વપૂર્ણ ઘટનાનું એક કારણ છે - ખડકોનો વિનાશ. હિમ દરમિયાન, ટોચનું સ્તર પ્રથમ થીજી જાય છે; 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 ગીચ હોય છે, મોટાભાગે પ્રવાહી પાણી કરતાં પણ ઘનતા હોય છે. 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 દબાણ સામાન્ય હોય, તો પાણી 4 સે. પર સૌથી નાનું વોલ્યુમ ધરાવે છે. જેમ જેમ તાપમાન O C (ફ્રીઝિંગ પોઈન્ટ) સુધી ઘટે છે તેમ 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 રચાય 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. 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 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.  

ઘનતા

0 °C ના તાપમાન અને 1 atm (1.01105 Pa) ના દબાણ પર શુદ્ધ બરફ ρ h ની ઘનતા 916.8 kg/m 3 ની 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. બરફના રેખીય વિસ્તરણનો ગુણાંક તાપમાન પર આધાર રાખે છે, જેમ જેમ તે વધે છે તેમ 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, બરફના પીગળવાની ચોક્કસ ગરમી L pl = 333.6 kJ/kg છે.

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

બરફના ઉત્કર્ષની ચોક્કસ ગરમી, એટલે કે સ્થિર તાપમાને તાજા બરફના વરાળમાં સીધા સંક્રમણ માટે જરૂરી ગરમીનું પ્રમાણ બરફ એલ ઓગળવા અને પાણી એલ ઇવાને બાષ્પીભવન કરવા માટે જરૂરી ગરમીના સરવાળા જેટલું 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

સ્થિર દબાણે બરફના એકમ સમૂહને 1 °C દ્વારા ગરમ કરવા માટે જરૂરી ગરમીની માત્રાને બરફની વિશિષ્ટ ઉષ્મા ક્ષમતા કહેવામાં આવે છે. 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. સંપર્કો પર સ્થાનિક વધેલા દબાણના પ્રભાવ હેઠળ, 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. એન્જિનિયરિંગ સ્ટ્રક્ચર્સ (આઇસ વેરહાઉસ, હાઇડ્રોલિક સ્ટ્રક્ચર્સના વોટરપ્રૂફ કોરો, વગેરે) ના નિર્માણ માટે બિલ્ડિંગ મટિરિયલ તરીકે બરફનો ઉપયોગ કરતી વખતે આ ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે.

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.

સ્ફટિકીય બરફમાં, મેટામોર્ફિઝમ 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 એ એક અક્ષીય, ઓપ્ટિકલી પોઝિટિવ ક્રિસ્ટલ છે જે બાયફ્રિન્જન્ટ છે અને કોઈપણ જાણીતા ખનિજનો સૌથી ઓછો રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સ ધરાવે છે. બાયરફ્રિંજન્સના પરિણામે, સ્ફટિકમાં પ્રકાશ પ્રવાહ ધ્રુવીકરણ થાય 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 ગરમીમાં ફેરવાય છે, જેના કારણે કિરણોત્સર્ગી ગરમી અને બરફ પીગળે છે. છૂટાછવાયા પ્રકાશ બરફમાં બધી દિશામાં ફેલાય છે, જેમાં ઇરેડિયેટેડ સપાટીમાંથી બહાર નીકળવું પણ સામેલ છે. પ્રકાશના વિખેરાઈ જવાને કારણે, બરફ વાદળી અને નીલમણિ પણ દેખાય છે, અને જો બરફમાં નોંધપાત્ર પ્રમાણમાં હવાનો સમાવેશ થાય છે, તો તે સફેદ બને છે.

બરફની સપાટી પરથી પ્રતિબિંબિત થતી અને સપાટી પર પથરાયેલી કિરણોત્સર્ગ ઊર્જાની સપાટી પર આવતા પ્રકાશની કુલ ઊર્જાના ગુણોત્તરને આઇસ અલ્બેડો 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. સ્નો અલ્બેડો ધ્રુવીય અને પર્વતીય પ્રદેશોમાં 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.