Cilat janë veçoritë e zgjerimit termik të ujit. Zgjerimi termik i lëndëve të ngurta dhe të lëngshme

Ndryshimi në përmasat lineare të një trupi kur nxehet është proporcional me ndryshimin e temperaturës.

Shumica dërrmuese e substancave zgjerohen kur nxehen. Kjo shpjegohet lehtësisht nga pikëpamja e teorisë mekanike të nxehtësisë, pasi kur nxehen, molekulat ose atomet e një lënde fillojnë të lëvizin më shpejt. NË të ngurta atomet fillojnë të dridhen me amplitudë më të madhe rreth pozicionit të tyre mesatar në rrjetën kristalore, dhe ata kërkojnë më shumë hapësirë të lirë. Si rezultat, trupi zgjerohet. Po kështu, lëngjet dhe gazet, në pjesën më të madhe, zgjerohen me rritjen e temperaturës për shkak të rritjes së shpejtësisë së lëvizjes termike të molekulave të lira ( cm. Ligji i Boyle-Marriott, ligji i Charles, Ekuacioni i gjendjes së një gazi ideal).

Ligji bazë i zgjerimit termik thotë se një trup me madhësi lineare L në dimensionin përkatës kur temperatura e tij rritet me Δ T zgjerohet me një sasi Δ L, e barabartë me:

Δ L = αLΔ T

Ku α — të ashtuquajturat koeficienti i zgjerimit termik linear. Formula të ngjashme janë të disponueshme për llogaritjen e ndryshimeve në sipërfaqen dhe vëllimin e një trupi. Në rastin më të thjeshtë të paraqitur, kur koeficienti i zgjerimit termik nuk varet as nga temperatura dhe as nga drejtimi i zgjerimit, substanca do të zgjerohet në mënyrë uniforme në të gjitha drejtimet në përputhje të plotë me formulën e mësipërme.

Për inxhinierët, zgjerimi termik është jetik. fenomen i rëndësishëm. Kur projektoni një urë çeliku përtej një lumi në një qytet me klimë kontinentale, është e pamundur të mos merren parasysh ndryshimet e mundshme të temperaturës që variojnë nga -40°C në +40°C gjatë gjithë vitit. Ndryshime të tilla do të shkaktojnë ndryshim gjatesia totale urë deri në disa metra, dhe në mënyrë që ura të mos ngrihet gjatë verës dhe të mos përjetojë ngarkesa të fuqishme tërheqëse në dimër, projektuesit e kompozojnë urën nga seksione të veçanta, duke i lidhur ato me të veçanta nyje buferike termike, të cilët janë rreshta dhëmbësh që lidhen, por nuk janë të lidhur fort, që mbyllen fort në nxehtësi dhe divergjojnë mjaft gjerësisht në të ftohtë. Aktiv urë e gjatë mund të ketë mjaft bufera të tillë.

Megjithatë, jo të gjitha materialet, veçanërisht lëndët e ngurta kristalore, zgjerohen në mënyrë të njëtrajtshme në të gjitha drejtimet. Dhe jo të gjitha materialet zgjerohen në mënyrë të barabartë kur temperatura të ndryshme. Shumica shembull i ndritshëm lloji i fundit- ujë. Kur uji ftohet, ai fillimisht tkurret, si shumica e substancave. Megjithatë, nga +4°C deri në pikën e ngrirjes 0°C, uji fillon të zgjerohet kur ftohet dhe tkurret kur nxehet (nga pikëpamja e formulës së mësipërme, mund të themi se në diapazonin e temperaturës nga 0°C në +4°C koeficienti i ujit të zgjerimit termik α pranon kuptim negativ). Kjo është falë këtij efekti të rrallë detet e tokës dhe oqeanet nuk ngrijnë deri në fund as në shumicën shumë ftohtë: uji më i ftohtë se +4°C bëhet më pak i dendur se uji më i ngrohtë dhe noton në sipërfaqe, duke zhvendosur ujin me temperaturë mbi +4°C në fund.

Çfarë ka akulli gravitet specifik më e ulët se dendësia e ujit është një tjetër (edhe pse jo e lidhur me atë të mëparshmen) veti anormale të ujit, së cilës i detyrohemi ekzistencës së jetës në planetin tonë. Nëse jo për këtë efekt, akulli do të zhytej në fund të lumenjve, liqeneve dhe oqeaneve, dhe ata, përsëri, do të ngrinin deri në fund, duke vrarë të gjitha gjallesat.

Lëngu është pa erë, pa shije dhe ngjyrë (i kaltërosh në shtresa të trasha). Pika e shkrirjes - Rreth Celsius. Pika e vlimit 100 gradë Celsius.

Eksperimentet dhe vëzhgimet e thjeshta na bindin se kur temperatura rritet, madhësitë e trupave rriten pak, dhe kur ftohen, ato zvogëlohen në madhësitë e mëparshme. Kështu, për shembull, një rrufe në qiell shumë e nxehtë nuk futet në fillin në të cilin futet lirshëm kur është i ftohtë. Kur buloni ftohet, ai rihyn në fije. Telat e telegrafit ulen dukshëm më shumë në mot të nxehtë të verës sesa gjatë ngricat e dimrit. Kur nxehet goditje elektrike teli zgjatet dhe ulet; Kur rryma është e fikur, ajo kthehet në pozicionin e saj të mëparshëm. Rritja e rënies, dhe për këtë arsye gjatësia e telave të tensionuar kur nxehen, mund të riprodhohet lehtësisht në mënyrë eksperimentale. Duke ngrohur një tel të shtrirë me një rrymë elektrike, shohim se ai ulet dukshëm dhe kur ngrohja ndalon, shtrëngohet përsëri.

Kur nxehet, rritet jo vetëm gjatësia e trupit, por edhe dimensionet e tjera lineare. Ndryshimi në dimensionet lineare të një trupi kur nxehet quhet zgjerim linear. Nëse një trup homogjen (për shembull, një tub qelqi) nxehet në mënyrë të barabartë në të gjitha pjesët, atëherë ai zgjerohet dhe ruan formën e tij. E kundërta ndodh me ngrohjen e pabarabartë. Le ta konsiderojmë këtë përvojë. Tubi i qelqit është i pozicionuar horizontalisht dhe një fund është i fiksuar. Nëse tubi nxehet nga poshtë, atëherë pjesa e sipërme e tij mbetet më e ftohtë për shkak të përçueshmërisë së dobët termike të xhamit.

a) Një pjatë e punuar me thumba nga shirita bakri dhe hekuri, në gjendje të ftohtë. b) E njëjta pllakë në gjendje të nxehtë (për qartësi, kthesa tregohet e ekzagjeruar) Kompensuesi në linjën e avullit lejon tubat A dhe B të zgjerohen. Kishte raste kur pjesë të urave prej hekuri, të thumbave gjatë ditës, ftohën gjatë natës dhe u shembën duke shkëputur ribatina të shumta. Për të shmangur fenomene të tilla, merren masa për të siguruar që pjesët e strukturave të zgjerohen ose tkurren lirshëm kur ndryshon temperatura. Për shembull, linjat e avullit të hekurit janë të pajisura me kthesa elastike në formën e sytheve.

Rritja e dimensioneve lineare shoqërohet me një rritje të vëllimit të trupave ( zgjerimi vëllimor tel). RRETH zgjerim linearështë e pamundur të flasim për lëngje, pasi lëngu nuk ka një formë të caktuar. Zgjerimi vëllimor i lëngjeve nuk është i vështirë për t'u vëzhguar. Mbushni balonën me ujë me ngjyrë ose lëng tjetër dhe mbylleni me një tapë me një tub qelqi në mënyrë që lëngu të hyjë në tub. Nëse sillni një enë me ujë i nxehtë, pastaj në fillim lëngu në tub do të bjerë dhe më pas do të fillojë të rritet. Një ulje e nivelit të lëngut në momentin e parë tregon që anija po zgjerohet së pari dhe lëngu nuk ka pasur ende kohë të ngrohet. Pastaj lëngu nxehet. a) Uji me ngjyrë hyri në tapë nga balona. b) Një enë me ujë të nxehtë sillet në balonë nga poshtë. Në momentin e parë të zhytjes së balonës, lëngu në tub zbret. c) Niveli në tub pas njëfarë kohe bëhet më i lartë se para ngrohjes së balonës.

Shembuj të zgjerimit të ujit në natyrë Substanca më e zakonshme në sipërfaqen e Tokës - uji - ka një veçori që e dallon atë nga shumica e lëngjeve të tjera. Zgjerohet kur nxehet vetëm mbi 4 °C. Nga 0 në 4 ° C, vëllimi i ujit, përkundrazi, zvogëlohet kur nxehet. Kështu, uji ka densitetin më të madh në 4 °C. Këto të dhëna i referohen ujit të freskët (kimikisht të pastër). U uji i detit dendësia më e lartë vërehet në rreth 3 °C. Rritja e presionit gjithashtu ul temperaturën dendësia më e lartë ujë. Karakteristikat e zgjerimit të ujit janë të një rëndësie të madhe për klimën e Tokës. Shumica(79%) e sipërfaqes së Tokës është e mbuluar me ujë. Rrezet e diellit, që bien në sipërfaqen e ujit, reflektohen pjesërisht prej tij, pjesërisht depërtojnë në ujë dhe e ngrohin atë. Nëse temperatura e ujit është e ulët, atëherë shtresat e nxehta (për shembull, në 2 °C) janë më të dendura se ato të ftohta (për shembull, në 1 °C), dhe për këtë arsye fundosen. Vendin e tyre e zënë shtresa të ftohta, të cilat nga ana tjetër nxehen. Kështu, ka një ndryshim të vazhdueshëm të shtresave të ujit, i cili kontribuon në ngrohjen uniforme të të gjithë kolonës së ujit derisa të arrihet temperatura që korrespondon me densitetin maksimal. Me ngrohje të mëtejshme, shtresat e sipërme bëhen gjithnjë e më pak të dendura, dhe për këtë arsye mbeten në krye. Si rezultat, shtresat e mëdha të ujit ngrohen relativisht lehtë rrezet e diellit vetëm deri në temperaturën e densitetit më të lartë të ujit; Ngrohja e mëtejshme e shtresave të poshtme vazhdon jashtëzakonisht ngadalë. Përkundrazi, ftohja e ujit në temperaturën e densitetit më të lartë ndodh relativisht shpejt. atëherë procesi i ftohjes ngadalësohet. E gjithë kjo çon në faktin se trupat e thellë të ujit në sipërfaqen e Tokës kanë, duke filluar nga një thellësi e caktuar, një temperaturë afër temperaturës së densitetit më të lartë të ujit (4 ° C). Shtresat e sipërme të deteve në vendet e ngrohta mund të kenë një temperaturë shumë më të lartë (30 ° C ose më shumë).

FALEMINDERIT PËR KRIJUESIT NË SHQYRTIM:Ivan Klimentyev; Mikhail Garus.

Dihet se nën ndikimin e nxehtësisë, grimcat përshpejtojnë lëvizjen e tyre kaotike. Nëse ngrohni një gaz, molekulat që e përbëjnë atë thjesht largohen nga njëra-tjetra. Lëngu i ndezur fillimisht do të rritet në vëllim dhe më pas do të fillojë të avullojë. Çfarë do të ndodhë me trupat e ngurtë? Jo secili prej tyre mund të ndryshojë gjendjen e tij të grumbullimit.

Zgjerimi termik: Përkufizim

Zgjerimi termik- ky është një ndryshim në madhësinë dhe formën e trupave me ndryshime në temperaturë. Matematikisht, është e mundur të llogaritet koeficienti i zgjerimit vëllimor, i cili na lejon të parashikojmë sjelljen e gazeve dhe lëngjeve në ndryshimin e kushteve. kushtet e jashtme. Për të marrë të njëjtat rezultate për trupat e ngurtë, është e nevojshme të merren parasysh fizikanët kanë ndarë një seksion të tërë për këtë lloj kërkimi dhe e kanë quajtur atë dilatometri.

Inxhinierët dhe arkitektët kanë nevojë për njohuri të sjelljes materiale të ndryshme nën ndikimin e lartë dhe temperaturat e ulëta për projektimin e ndërtesave, shtrimin e rrugëve dhe tubacioneve.

Zgjerimi i gazeve

Zgjerimi termik i gazeve shoqërohet me një zgjerim të vëllimit të tyre në hapësirë. Kjo është vënë re nga filozofët natyrorë në kohët e lashta, por për të ndërtuar llogaritjet matematikore Vetëm fizikantët modernë patën sukses.

Para së gjithash, shkencëtarët u interesuan për zgjerimin e ajrit, pasi atyre u dukej një detyrë e realizueshme. Ata iu nisën biznesit me aq zell, saqë morën rezultate mjaft kontradiktore. Natyrisht, komuniteti shkencor nuk ishte i kënaqur me këtë rezultat. Saktësia e matjes varej nga lloji i termometrit të përdorur, presioni dhe shumë kushte të tjera. Disa fizikanë madje arritën në përfundimin se zgjerimi i gazrave nuk varet nga ndryshimet në temperaturë. Apo kjo varësi nuk është e plotë...

Vepra nga Dalton dhe Gay-Lussac

Fizikanët do të kishin vazhduar të debatonin derisa të ishin të ngjirur ose do të kishin braktisur matjet nëse Ai dhe një fizikan tjetër, Gay-Lussac, nuk do të kishin mundur të merrnin të njëjtat rezultate matjeje në të njëjtën kohë, pavarësisht nga njëri-tjetri.

Lussac u përpoq të gjente arsyen për kaq shumë rezultate të ndryshme dhe vuri re se kishte ujë në disa nga pajisjet në kohën e eksperimentit. Natyrisht, gjatë procesit të ngrohjes ai u kthye në avull dhe ndryshoi sasinë dhe përbërjen e gazrave që studioheshin. Prandaj, gjëja e parë që bëri shkencëtari ishte tharja e plotë e të gjitha instrumenteve që përdori për të kryer eksperimentin dhe eliminoi edhe përqindjen minimale të lagështisë nga gazi në studim. Pas gjithë këtyre manipulimeve, eksperimentet e para doli të ishin më të besueshme.

Dalton punoi për këtë çështje më gjatë se kolegu i tij dhe i publikoi rezultatet përsëri në fillimi i XIX shekulli. Ai e thau ajrin me avull të acidit sulfurik dhe më pas e ngrohi. Pas një sërë eksperimentesh, John arriti në përfundimin se të gjitha gazet dhe avulli zgjerohen me një faktor prej 0,376. Lussac doli me një numër prej 0.375. Kjo është ajo që u bë rezultat zyrtar kërkimore.

Presioni i avullit të ujit

Zgjerimi termik i gazrave varet nga elasticiteti i tyre, domethënë nga aftësia e tyre për t'u kthyer në vëllimin e tyre origjinal. Së pari kjo pyetje Ziegler filloi të eksploronte në mesin e shekullit të tetëmbëdhjetë. Por rezultatet e eksperimenteve të tij ndryshonin shumë. Shifra më të besueshme u morën nga ata që e përdorën atë temperaturat e larta Kazani i babit, dhe për ato të ulëtat - një barometër.

NË fundi i XVIII shekulli fizikan francez Prony u përpoq të nxirrte një formulë të vetme që do të përshkruante elasticitetin e gazrave, por doli të ishte shumë e rëndë dhe e vështirë për t'u përdorur. Dalton vendosi të testojë në mënyrë empirike të gjitha llogaritjet duke përdorur një barometër sifon. Pavarësisht se temperatura nuk ishte e njëjtë në të gjitha eksperimentet, rezultatet ishin shumë të sakta. Kështu ai i botoi në formë tabele në librin e tij të fizikës.

Teoria e avullimit

Zgjerimi termik i gazeve (si teori fizike) vuajti ndryshime të ndryshme. Shkencëtarët janë përpjekur të arrijnë në fund të proceseve që prodhojnë avull. Këtu u dallua përsëri fizikani tashmë i njohur Dalton. Ai hodhi hipotezën se çdo hapësirë është e ngopur me avull gazi, pavarësisht nëse ndonjë gaz apo avull tjetër është i pranishëm në këtë rezervuar (dhomë). Prandaj, mund të konkludohet se lëngu nuk do të avullojë thjesht duke rënë në kontakt me ajrin atmosferik.

Presioni i kolonës së ajrit në sipërfaqen e lëngut rrit hapësirën midis atomeve, duke i copëtuar dhe avulluar, domethënë nxit formimin e avullit. Por forca e gravitetit vazhdon të veprojë në molekulat e avullit, kështu që shkencëtarët besonin se Presioni i atmosferës nuk ndikon në avullimin e lëngjeve në asnjë mënyrë.

Zgjerimi i lëngjeve

Zgjerimi termik i lëngjeve u studiua paralelisht me zgjerimin e gazeve. Të njëjtët shkencëtarë ishin të angazhuar në kërkime shkencore. Për ta bërë këtë, ata përdorën termometra, aerometra, enë komunikuese dhe instrumente të tjera.

Të gjitha eksperimentet së bashku dhe secili veç e veç hodhën poshtë teorinë e Dalton-it se lëngjet homogjene zgjerohen në proporcion me katrorin e temperaturës në të cilën nxehen. Natyrisht, sa më e lartë të ishte temperatura, aq më i madh ishte vëllimi i lëngut, por nuk kishte asnjë lidhje të drejtpërdrejtë midis tij. Dhe shkalla e zgjerimit të të gjitha lëngjeve ishte e ndryshme.

Zgjerimi termik i ujit, për shembull, fillon në zero gradë Celsius dhe vazhdon me uljen e temperaturës. Më parë, rezultate të tilla eksperimentale shoqëroheshin me faktin se nuk është vetë uji që zgjerohet, por ena në të cilën ndodhet ai që ngushtohet. Por disa kohë më vonë, fizikani DeLuca më në fund erdhi në idenë se shkaku duhet kërkuar në vetë lëngun. Ai vendosi të gjejë temperaturën e densitetit më të madh. Megjithatë, ai dështoi për shkak të neglizhencës së disa detajeve. Rumfort, i cili studioi këtë fenomen, zbuloi se dendësia maksimale e ujit vërehet në intervalin nga 4 deri në 5 gradë Celsius.

Zgjerimi termik i trupave

Në trupat e ngurtë, mekanizmi kryesor i zgjerimit është një ndryshim në amplituda e dridhjeve rrjetë kristali. Nëse flasim me fjalë të thjeshta, atëherë atomet që përbëjnë materialin dhe janë të lidhur ngushtë me njëri-tjetrin fillojnë të "dridhen".

Ligji i zgjerimit termik të trupave formulohet si më poshtë: çdo trup me madhësi lineare L në procesin e ngrohjes me dT (delta T është diferenca midis temperaturës fillestare dhe përfundimtare), zgjerohet me dL (delta L është derivat i koeficienti i zgjerimit termik linear nga gjatësia e objektit dhe nga diferenca e temperaturës). Ky është versioni më i thjeshtë i këtij ligji, i cili si parazgjedhje merr parasysh që trupi zgjerohet në të gjitha drejtimet menjëherë. Por për punë praktike ata përdorin llogaritje shumë më të rënda, pasi në realitet materialet sillen ndryshe nga sa simulohen nga fizikanët dhe matematikanët.

Zgjerimi termik i hekurudhës

Inxhinierët e fizikës janë gjithmonë të përfshirë në shtrimin e binarëve hekurudhor, pasi ata mund të llogarisin me saktësi se cila distancë duhet të jetë midis nyjeve të hekurudhave në mënyrë që binarët të mos deformohen kur nxehen ose ftohen.

Siç u përmend më lart, zgjerimi linear termik zbatohet për të gjitha trupat e ngurtë. Dhe hekurudha nuk ishte përjashtim. Por ka një detaj. Ndryshimi linear ndodh lirshëm nëse trupi nuk ndikohet nga fërkimi. Binarët janë ngjitur në mënyrë të ngurtë me traversat dhe ngjiten në shina ngjitur, prandaj ligji që përshkruan ndryshimin e gjatësisë merr parasysh kapërcimin e pengesave në formën e rezistencave lineare dhe të prapanicës.

Nëse hekurudha nuk mund të ndryshojë gjatësinë e saj, atëherë me një ndryshim të temperaturës, stresi termik rritet në të, i cili ose mund ta shtrijë ose ngjesh atë. Ky fenomen përshkruhet nga ligji i Hukut.

Eksperimentet dhe vëzhgimet e thjeshta na bindin se kur temperatura rritet, madhësitë e trupave rriten pak, dhe kur ftohen, ato zvogëlohen në madhësitë e mëparshme. Kështu, për shembull, një rrufe në qiell shumë e nxehtë nuk futet në fillin në të cilin futet lirshëm kur është i ftohtë. Kur buloni ftohet, ai rihyn në fije. Telat e telegrafit ulen dukshëm më shumë në mot të nxehtë të verës sesa gjatë ngricave të dimrit. Kur nxehet nga rryma elektrike, teli zgjatet dhe ulet; Kur rryma është e fikur, ajo kthehet në pozicionin e saj të mëparshëm. Rritja e rënies, dhe për këtë arsye gjatësia e telave të tensionuar kur nxehen, mund të riprodhohet lehtësisht në mënyrë eksperimentale. Duke ngrohur telin e tensionuar me një rrymë elektrike, shohim se ai ulet dukshëm dhe kur ngrohja ndalon, shtrëngohet përsëri.

A) Një pjatë e punuar me thumba nga shirita bakri dhe hekuri, në gjendje të ftohtë. b) E njëjta pllakë në gjendje të nxehtë (për qartësi, kthesa tregohet e ekzagjeruar) Kompensuesi në linjën e avullit lejon tubat A dhe B të zgjerohen. Kishte raste kur pjesë të urave prej hekuri, të thumbave gjatë ditës, ftohën gjatë natës dhe u shembën duke shkëputur ribatina të shumta. Për të shmangur fenomene të tilla, merren masa për të siguruar që pjesët e strukturave të zgjerohen ose tkurren lirshëm kur ndryshon temperatura. Për shembull, linjat e avullit të hekurit janë të pajisura me kthesa elastike në formën e sytheve.

Rritja e dimensioneve lineare shoqërohet me një rritje të vëllimit të trupave (zgjerimi vëllimor i trupave). Është e pamundur të flasim për zgjerimin linear të lëngjeve, pasi lëngu nuk ka një formë specifike. Zgjerimi vëllimor i lëngjeve nuk është i vështirë për t'u vëzhguar. Mbushni balonën me ujë me ngjyrë ose lëng tjetër dhe mbylleni me një tapë me një tub qelqi në mënyrë që lëngu të hyjë në tub. Nëse sillni një enë me ujë të nxehtë në balonë nga poshtë, atëherë në fillim lëngu në tub do të bjerë dhe më pas do të fillojë të rritet. Një ulje e nivelit të lëngut në momentin e parë tregon që anija po zgjerohet së pari dhe lëngu nuk ka pasur ende kohë të ngrohet. Pastaj lëngu nxehet. a) Uji me ngjyrë hyri në tapë nga balona. b) Një enë me ujë të nxehtë sillet në balonë nga poshtë. Në momentin e parë të zhytjes së balonës, lëngu në tub zbret. c) Niveli në tub pas njëfarë kohe bëhet më i lartë se para ngrohjes së balonës.

Shembuj të zgjerimit të ujit në natyrë Substanca më e zakonshme në sipërfaqen e Tokës, uji, ka një veçori që e dallon atë nga shumica e lëngjeve të tjera. Zgjerohet kur nxehet vetëm mbi 4 °C. Nga 0 në 4 ° C, vëllimi i ujit, përkundrazi, zvogëlohet kur nxehet. Kështu, uji ka densitetin më të madh në 4 °C. Këto të dhëna i referohen ujit të freskët (kimikisht të pastër). Uji i detit ka densitetin më të lartë në rreth 3 °C. Një rritje e presionit gjithashtu ul temperaturën e densitetit më të lartë të ujit. Karakteristikat e zgjerimit të ujit janë të një rëndësie të madhe për klimën e Tokës. Pjesa më e madhe (79%) e sipërfaqes së Tokës është e mbuluar me ujë. Rrezet e diellit, që bien në sipërfaqen e ujit, reflektohen pjesërisht prej tij, pjesërisht depërtojnë në ujë dhe e ngrohin atë. Nëse temperatura e ujit është e ulët, atëherë shtresat e nxehta (për shembull, në 2 °C) janë më të dendura se ato të ftohta (për shembull, në 1 °C), dhe për këtë arsye fundosen. Vendin e tyre e zënë shtresa të ftohta, të cilat nga ana e tyre nxehen. Kështu, ka një ndryshim të vazhdueshëm të shtresave të ujit, i cili kontribuon në ngrohjen uniforme të të gjithë kolonës së ujit derisa të arrihet temperatura që korrespondon me densitetin maksimal. Me ngrohje të mëtejshme, shtresat e sipërme bëhen gjithnjë e më pak të dendura, dhe për këtë arsye mbeten në krye. Si rezultat, shtresat e mëdha të ujit ngrohen relativisht lehtë nga rrezet e diellit vetëm në temperaturën e densitetit më të lartë të ujit; Ngrohja e mëtejshme e shtresave të poshtme vazhdon jashtëzakonisht ngadalë. Përkundrazi, ftohja e ujit në temperaturën e densitetit më të lartë ndodh relativisht shpejt. atëherë procesi i ftohjes ngadalësohet. E gjithë kjo çon në faktin se trupat e thellë të ujit në sipërfaqen e Tokës kanë, duke filluar nga një thellësi e caktuar, një temperaturë afër temperaturës së densitetit më të lartë të ujit (4 ° C). Shtresat e sipërme të deteve në vendet e ngrohta mund të kenë një temperaturë shumë më të lartë (30 ° C ose më shumë).

Dihet se shumë substanca zgjerohen kur nxehen dhe tkurren kur ftohen. Si sillet uji në kushte të tilla?

Për t'iu përgjigjur kësaj pyetjeje, le të bëjmë një eksperiment.

Mbushni balonën me ujë dhe mbylleni me një tapë me dy vrima. Fusni një tub xhami dhe një termometër në to (duhet të ulet pothuajse në fund të balonës). Në një tub qelqi, uji duhet të jetë mbi tapë. Për ta bërë eksperimentin më vizual, mund ta ngjyrosni pak ujin duke hedhur në të një kristal të vogël permanganat kaliumi. Vini re nivelin e ujit në balonë duke vendosur një unazë të hollë gome në tubin e qelqit. E vendosim balonën në një enë të madhe të sheshtë dhe e mbushim me copa të vogla akulli.

Oriz. 53. Kur uji ftohet në +4 °C, vëllimi i tij zvogëlohet

Temperatura fillestare e ujit ishte +18 C. Pas disa minutash, niveli i ujit ndryshoi: u bë më i ulët se sa ishte. Dhe temperatura e ujit në balonë u ul. Akulli rreth balonës e ftoi atë. Do të thotë, kur ftohet Uji tkurret dhe vëllimi i tij zvogëlohet.

Le të vazhdojmë të vëzhgojmë. Kur temperatura arrin +4 °C, uji, në vend që të vazhdojë të ngjesh si në temperaturat e tjera, fillon të zgjerohet. Nëse vazhdoni të ftohni ujin, ai do të zgjerohet derisa temperatura e tij të arrijë 0 °C.

Uji është substanca e vetme në Tokë që, kur ftohet, fillimisht tkurret dhe më pas në një temperaturë+4 °C fillon të zgjerohet.

Veçoritë e zgjerimit termik të ujit kanë vlera të mëdha për të gjitha gjallesat, në veçanti, për banorët e rezervuarëve në zonat ku ka dimër të ashpër (me temperatura nën zero). Le të shohim se çfarë ndodh me ujin në rezervuarë kur fillon dimri. Ajri i ftohtë në kontakt me shtresat e sipërme ujë, e ftohet. Uji i ftohur, duke u bërë më i rëndë, zhytet deri në fund. Ndërsa zbret, ftoh shtresat e ngrohta. Kjo lëvizje e ujit ndodh derisa temperatura e ujit në të gjithë rezervuarin të arrijë +4 °C. Në këtë temperaturë ajo fillon të zgjerohet. Duke u bërë më pak i dendur, uji ngadalë lëviz lart. Kjo vazhdon derisa temperatura e ujit të arrijë 0 °C. Në këtë temperaturë, shtresat e sipërme të saj fillojnë të ngrijnë dhe zgjerohen edhe më shumë. Shfaqet në sipërfaqen e rezervuarit shtrese e holle akull. Nuk fundoset sepse është më i lehtë se uji. Dhe për këtë arsye sipërfaqja e rezervuarit ngrin së pari. Akulli i ngurtë mbron ujin poshtë tij nga ajri i ftohtë dhe parandalon ngrirjen në fund të lumenjve, liqeneve, pellgjeve dhe trupave të tjerë të thellë të ujit.

Ka ujë në fund të rezervuarëve të thellë gjatë gjithë vitit ka një temperaturë prej +4 °C (Fig. 54). Nëse nuk do të ishte për një veçori mahnitëse të ujit - zgjerimi gjatë ngrirjes, atëherë e gjithë ose pothuajse e gjithë jeta në ujë në dimër do të pushonte.

Oriz. 54. Shpërndarja e temperaturës së ujit në një rezervuar të ngrirë

Uji nuk zvogëlohet (si substancat e tjera), por rrit vëllimin e tij kur lëviz nga gjendje e lëngshme në të ngurta.