Фактът, че температурата на водата под леда на дълбочина езера и реки над нулата до 4 градуса е известно на мнозина, но, както се вижда от дискусията в някои форуми, не всички разбират причината за това явление. Понякога повишаването на температурата, свързана с налягането на дебел слой от ледена вода и промяната във връзка с точката на замръзване на водата. Но повечето хора, които успешно са изучавали физика в училище, уверено твърдят, че в дълбочината на температурата на водата е свързана с най-известните физическо явление - промяната на плътността на водата с температура. При температура + 4 ° С прясна вода се приема най-голяма плътност.
При температури близо до 0 ° С вода става все по-плътна и по-лесно. Следователно, когато охлаждаща вода в резервоара до 4 ° С конвекция смесване на вода спира, по-нататъшното му охлаждане се появява само за сметка на топлопроводимост (както е във водата не е много висока) и вода охлаждащи процеси се забави драстично. Дори в най-тежките студове в дълбока река под дебел слой от лед и студена вода слой винаги ще бъде вода с температура 4 ° С Freeze до дъното на плитка водоеми и езера.
Решихме да разберете защо, когато охлаждащата вода се държи толкова странно. Оказа се, че по-пълно обяснение на този феномен все още не е намерен. Съществуващите хипотези все още не са открити експериментално потвърждение. Аз трябва да кажа, че водата - не само, че веществото има свойството да се разширява, когато се охлажда. Това поведение е характерно за бисмут, галий, силиций и антимон. Въпреки това е вода, което причинява най-голям интерес, тъй като това е вещество, това е много важно за човешкия живот, както и цялата флора и фауна.
Една от теориите - наличието на два вида вода с висока и ниска плътност на наноструктури, които варират с температура, и генерират ненормална промяна в плътността. Учени, които изследват процесите на преохлажда стопилка, изтъкнаха следното обяснение. Когато охлаждащата течност е под температурата на топене, вътрешната енергия на системата намалява, подвижността на молекулите се намалява. В същото време, засилва ролята на междумолекулни връзки, чрез които могат да се образуват различни супрамолекулни частици. Експерименти учени subcooled течност o_terfenilom предполагат, че в преохлажда течност с времето може да се генерира динамично "мрежа" на по-гъсто опаковани молекули. Тази мрежа е разделена на клетки (площ). Молекулно преопаковане в клетка определя скоростта на въртене на молекулите в него, и много бавно прегрупиране решетка на води до промяна на скоростта на течение на времето. Нещо подобно може да се случи във водата.
Въпреки това, термични вибрациите на водните молекули и взаимодействието с други молекули извън клъстера предотвратяване на такава комбинация, отхвърляне на стойността на ъгъла на водородна връзка на 109.47 градуса равновесие стойност. За количествено определяне някак процеса на ъглово деформация, Matsumoto и колеги хипотеза наличието на вода в триизмерни микроструктури наподобяващи кух изпъкнал polyhedra. По-късно, в следните публикации, такива микроструктури те наричат vitritami. Те са по върховете на молекулата на водата, ролята на водород свързващите ръбове, а ъгълът между водородните връзки - ъгълът между ребрата ин витро.
Matsumoto Според теорията, има огромно разнообразие от форми vitritov които са мозаечни елементи представляват голяма част от структурата на вода и които по този начин равномерно запълване на целия си обем.
Фигура типичен шест vitritov образуване на вътрешната структура на водата. Топки съответстват на водните молекули, сегментите между топките представляват водородни връзки. Фиг. от статията Masakazu Мацумото, Akinori Баба и Iwao Ohminea.
Водните молекули са склонни да се създаде в vitritah тетраедъра ъгли като vitrity трябва да има възможно най-малко енергия. Въпреки това, поради термични движения и местните взаимодействия с други vitritami някои vitrity предприеме структурни nonequilibrium конфигурация, която позволява на цялата система, за да получите най-малката стойност на енергия между възможното. Това име разочарован. Ако не е разочарован vitritov максимален обем на кухината при тази температура, а след това vitrity разочарован, а напротив, трябва възможно най-малък обем. Компютърни симулации проведени Matsumoto, показват, че средният обем на кухините vitritov с повишаване на температурата намалява по линеен начин. В същото време разочарован vitrity значително намаляване на обема, докато обемът на кухината извън разочарован vitritov почти непроменена.
По този начин, компресиране на увеличаването на температурата на водата, според учените, е причинена от две конкуриращи реакции - удължаване на водородните връзки, което води до увеличаване на обема на водата, и намаляването на кухини разочаровани vitritov. В температура интервала от 0 до 4 ° С Последният феномен изчисления показаха преобладава, което в крайна сметка води до наблюдавания компресия с увеличаване на температурата на водата.
Това обяснение се основава досега само на компютърна симулация. Експериментално, че е много трудно да се потвърди. Изследване на интересни и необичайни свойства на водата продължава.
Свързани статии