- การขยายตัวทางความร้อนและความหนาแน่นของร่างกาย
- การขยายตัวของน้ำไม่สม่ำเสมอ
- ความสำคัญของการขยายตัวของน้ำที่ผิดปกติ
- ในชีวิตสัตว์น้ำ
- ในชีวิตออกจากน้ำ
- อ้างอิง
การขยายตัวของน้ำที่ผิดปกติเป็นคุณสมบัติทางกายภาพที่ทำให้น้ำเกิดการขยายตัวเมื่อเกิดการแข็งตัว ถือเป็นคุณสมบัติที่ผิดปกติเนื่องจากองค์ประกอบส่วนใหญ่ขยายตัวในความร้อนและหดตัวเมื่อเย็น อย่างไรก็ตามในน้ำกระบวนการขยายตัวเกิดขึ้นที่อุณหภูมิอย่างใดอย่างหนึ่งจากสองอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลง
โดยปกติแล้วน้ำถือเป็นของเหลวที่พบมากที่สุดเนื่องจากมีอยู่มากมายบนโลก แต่ในความเป็นจริงมันตรงกันข้าม: คุณสมบัติที่ผิดปกติทำให้เป็นของเหลวที่ผิดปกติที่สุด
แหล่งที่มาของภาพ: Wikimedia.org
อย่างไรก็ตามมันเป็นคุณสมบัติที่ผิดปกติอย่างแม่นยำที่อนุญาตให้มีการพัฒนาสิ่งมีชีวิตบนโลก
การขยายตัวทางความร้อนและความหนาแน่นของร่างกาย
การขยายตัวหรือการขยายตัวทางความร้อนเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อขนาดของวัตถุเพิ่มขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ
เมื่ออุณหภูมิของร่างกายเพิ่มขึ้นจะทำให้โมเลกุลเคลื่อนที่เร็วขึ้น การเคลื่อนไหวนี้ทำให้เกิดช่องว่างที่มากขึ้นระหว่างโมเลกุลเหล่านี้และช่องว่างใหม่นี้ทำให้ขนาดของวัตถุเพิ่มขึ้น
สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าร่างกายบางส่วนไม่ได้ขยายเท่ากัน ตัวอย่างเช่นโลหะเช่นอลูมิเนียมและเหล็กเป็นองค์ประกอบที่เมื่อได้รับความร้อนจะขยายตัวได้มากกว่าแก้ว
เมื่อร่างกายผ่านการขยายตัวทางความร้อนไม่เพียง แต่ขนาดของมันจะเปลี่ยนไป แต่ยังรวมถึงความหนาแน่นด้วย
ความหนาแน่นคือปริมาณของสสารที่มีอยู่ในหน่วยปริมาตร นี่คือจำนวนโมเลกุลทั้งหมดที่องค์ประกอบมีอยู่ในช่องว่างที่กำหนด
ตัวอย่างเช่นเหล็กมีความหนาแน่นสูงกว่าขนนก นั่นคือเหตุผลที่เหล็กหนึ่งกิโลกรัมใช้พื้นที่น้อยกว่าขนหนึ่งกิโลกรัม
เมื่อร่างกายขยายตัวมันจะยังคงมีมวลเท่าเดิม แต่จะเพิ่มพื้นที่ว่าง ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นขนาดก็เพิ่มขึ้นด้วย แต่ความหนาแน่นลดลง
การขยายตัวของน้ำไม่สม่ำเสมอ
การขยายตัวทางความร้อนในน้ำมีลักษณะพิเศษที่จำเป็นสำหรับการดำรงชีวิต
ในแง่หนึ่งเมื่อน้ำร้อนจะผ่านกระบวนการขยายตัวเช่นเดียวกับร่างกายส่วนใหญ่ โมเลกุลของมันแยกออกและขยายตัวเปลี่ยนเป็นไอน้ำ
อย่างไรก็ตามเมื่อมันเย็นลงกระบวนการที่ไม่ซ้ำกันจะเกิดขึ้น: เมื่ออุณหภูมิลดลงของเหลวนี้จะเริ่มบีบอัด
แต่เมื่อถึง 4 ° C มันจะขยายตัว ในที่สุดเมื่อถึง 0 ° C อุณหภูมิที่จำเป็นสำหรับการแช่แข็งปริมาตรจะเพิ่มขึ้นถึง 9%
เนื่องจากโมเลกุลของน้ำเยือกแข็งเกาะกลุ่มกันในโครงสร้างที่แตกต่างจากวัสดุอื่น ๆ ทำให้มีช่องว่างระหว่างกัน ดังนั้นพวกมันจึงมีปริมาตรมากกว่าน้ำในสถานะของเหลว
ตัวอย่างในชีวิตประจำวันที่สามารถสังเกตปรากฏการณ์นี้ได้คือการเตรียมน้ำแข็งในถังน้ำแข็ง เมื่อถังน้ำแข็งเต็มไปด้วยน้ำในสถานะของเหลวมันเป็นไปไม่ได้ที่จะเติมลงไปเหนือขอบเพราะเห็นได้ชัดว่ามันจะหก
อย่างไรก็ตามเมื่อนำน้ำแข็งออกคุณสามารถสังเกตได้ว่ามันยื่นออกมาจากถังน้ำแข็งอย่างไร จึงแสดงให้เห็นว่าปริมาณของมันเพิ่มขึ้นในระหว่างกระบวนการแช่แข็ง
เห็นได้ชัดว่าเมื่อโมเลกุลของน้ำกลายเป็นน้ำแข็งขยายตัวความหนาแน่นก็จะลดลงเช่นกัน ดังนั้นน้ำแช่แข็งจึงมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำเหลวซึ่งทำให้น้ำแข็งมีคุณสมบัติในการลอยตัว
สิ่งนี้สามารถเห็นได้จากตัวอย่างง่ายๆเช่นเมื่อน้ำแข็งที่เติมลงในเครื่องดื่มลอยอยู่ในแก้ว
แต่ยังสามารถสังเกตได้จากปรากฏการณ์ทางธรรมชาติขนาดใหญ่เช่นแผ่นน้ำแข็งที่ก่อตัวบนน้ำในฤดูหนาวและแม้กระทั่งในภูเขาน้ำแข็ง
ความสำคัญของการขยายตัวของน้ำที่ผิดปกติ
การขยายตัวของน้ำที่ผิดปกติไม่เพียง แต่เป็นความอยากรู้อยากเห็นทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น นอกจากนี้ยังเป็นปรากฏการณ์ที่มีบทบาทพื้นฐานในการพัฒนาสิ่งมีชีวิตบนโลกทั้งในและนอกน้ำ
ในชีวิตสัตว์น้ำ
ในแหล่งน้ำเช่นทะเลสาบเป็นไปได้ที่จะสังเกตได้ว่าเมื่อถึงฤดูหนาวชั้นบนของน้ำจะแข็งตัว อย่างไรก็ตามน้ำด้านล่างยังคงอยู่ในสถานะของเหลว
ถ้าน้ำแข็งหนาแน่นกว่าน้ำชั้นที่เยือกแข็งนี้จะจมลง สิ่งนี้จะทำให้ชั้นของเหลวใหม่สัมผัสกับความเย็นของบรรยากาศและแข็งตัวจนจมลง ด้วยวิธีนี้น้ำทั้งหมดในทะเลสาบจะแข็งตัวและเป็นอันตรายต่อชีวิตใต้น้ำ
อย่างไรก็ตามเนื่องจากคุณสมบัติที่ผิดปกติของน้ำจึงเกิดปรากฏการณ์ที่แตกต่างกัน เมื่อชั้นผิวแข็งน้ำด้านล่างจะถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิ 4 ° C
สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากน้ำมีความหนาแน่นสูงสุดที่ 4 ° C นั่นคือน้ำด้านล่างจะมีอุณหภูมิสูงสุดที่อุณหภูมินี้เสมอ
หากในที่สุดความหนาแน่นก็จะดันไปที่พื้นผิวซึ่งแผ่นน้ำแข็งจะแข็งตัวอีกครั้ง
ด้วยปรากฏการณ์นี้อุณหภูมิของแหล่งน้ำยังคงมีเสถียรภาพและได้รับการปกป้องจากความหนาวเย็นของบรรยากาศ สิ่งนี้รับประกันความอยู่รอดของสัตว์และพันธุ์พืชที่อาศัยอยู่ในน้ำ
องศาทั้ง 4 นี้เป็นสิ่งที่สร้างความแตกต่างให้กับสิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่อาศัยอยู่ในน่านน้ำของขั้วโลกเช่นออร์กาส์และแมวน้ำเครบีเทอร์
ในชีวิตออกจากน้ำ
ชีวิตมนุษย์และโดยทั่วไปทุกรูปแบบของชีวิตที่มีอยู่บนโลกยังได้รับประโยชน์จากคุณสมบัติที่ผิดปกติของน้ำ
ในแง่หนึ่งจำเป็นต้องพิจารณาว่าออกซิเจนส่วนใหญ่มาจากสิ่งมีชีวิตต่างชนิดกันซึ่งประกอบขึ้นเป็นแพลงก์ตอนพืช รูปแบบของสิ่งมีชีวิตนี้จะไม่สามารถดำรงอยู่ได้หากมหาสมุทรสามารถแข็งตัวได้และสิ่งนี้จะขัดขวางการพัฒนาของชีวิตมนุษย์และสัตว์
ในทางกลับกันการขยายตัวของน้ำที่ผิดปกติยังส่งผลต่อกระแสน้ำในมหาสมุทรด้วย ดังนั้นจึงมีผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศของโลกด้วย
อ้างอิง
- แชปลิน, M. (SF). คำอธิบายความผิดปกติของความหนาแน่นของน้ำ กู้คืนจาก: lsbu.ac.uk
- Helmenstine, A. (2017). ทำไมน้ำแข็งจึงลอย? ดึงมาจาก: thoughtco.com
- เด็กและวิทยาศาสตร์ (SF) ความผิดปกติของน้ำ สืบค้นจาก: vias.org
- Meier, M. (2016). น้ำแข็ง. ดึงมาจาก: britannica.com
- Study.com (SF) การขยายตัวทางความร้อน: คำจำกัดความสมการและตัวอย่าง ดึงมาจาก: study.com.