Vatten svarar som någon annan förening för att ändra temperaturer, men en anomali förekommer i ett smalt område runt smältpunkten, och det är en förändring som gör stor skillnad. När du värmer is, får molekylerna kinetisk energi, och isen expanderar tills den smälter. Men när all is har vänt sig till vatten och temperaturen börjar stiga igen, stannar expansionen. Mellan 32 och 40 grader Fahrenheit (0 och 4 grader Celsius) kontraherar det smälta vattnet faktiskt när temperaturen stiger. Utöver 40 F (4 C) börjar den expandera igen. Detta fenomen gör isen mindre tät än vattnet runt den, vilket är anledningen till att isen flyter.

TL; DR (för länge, läste inte)

Ice expanderar till fast pris , vätskeformigt vatten expanderar vid en accelerationshastighet med ökande temperatur och ångan expanderar vid en fast hastighet. Mellan temperaturerna från 32 F (0 C) till 40 F (4 C) kontraherar vattentvatten faktiskt med ökande temperatur.

Expansion av is, vatten och ånga

Som en fast is kan bara expandera linjärt, vilket betyder att längden och bredden på en isbit kan förändras. Linjär expansionskoefficient för is, som mäter partiell förändring av längd och bredd per grad Kelvin, är en konstant 50 x 10 ^{-6 ÷ K. Detta innebär att isen expanderar i en jämn mängd med varje grad av värme du lägger till till det.}

När is blir flytande vatten har det inte längre fasta linjära dimensioner, men det har volym. Forskare använder en annan termisk koefficient - volym expansionskoefficienten - för att mäta vätskevattnets reaktion till temperaturen. Denna koefficient, som mäter fraktionerad volymförändring per grad Kelvin, är inte fastställd. Det ökar med monteringstemperatur tills vattnet börjar kokas. Med andra ord expanderar flytande vatten i takt med att temperaturen går upp.

När vatten blir till ånga expanderar det enligt idealgaslagen: PV = nRT. Om trycket (P) och antalet mol ånga (n) upprätthåller vid en konstant ökar volymen av ånga (V) linjärt med temperaturen (T). I denna ekvation är R en konstant som kallas den ideala gaskonstanten.

Den kritiska avvikelsen

Vid sin smältpunkt uppvisar vatten en egenskap som delas av ingen annan förening. Istället för att fortsätta att expandera i vätsketillståndet, kontraherar det och dens densitet ökar tills det uppnår maximalt vid 40 F (4 C). Från smältpunkten till denna kritiska punkt är expansionskoefficienten negativ, och vid maximal densitet är expansionskoefficienten 0. Om temperaturen fortsätter att stiga blir expansionskoefficienten igen positiv.

Om du vrider temperaturgradienten och kallt vatten till fryspunkten börjar det expandera vid 40 F (4 C) och fortsätter att expandera tills det fryser. Detta är anledningen till att vattenrören brister i frysande väder och varför du aldrig bör sätta en glasflaska full med vatten i frysen.