При превращении в лед вода сжимается: при превращении в лед вода сжимается?

При превращении в лед вода сжимается: при превращении в лед вода сжимается?

Содержание

Вода. Свойства и значение воды для живых организмов















Свойства воды


Вода как растворитель


Вода как среда
обитания



Уникальные свойства воды, очень важные
для живых организмов, проявляются в своеобразном, почти
исключительном поведении воды вблизи точки замерзания.

1.
Максимальная плотность при to
= + 4oC.


Общеизвестно, что с понижением температуры плотность
большинства веществ возрастает, а объем, занимаемый единицей массы,
соответственно уменьшается. Та же закономерность присуща и воде,
если ее постепенно охлаждать… но до температуры  (точнее, +
3,98oC). Дальнейшее охлаждение в интервале + 4o
… 0оC  вызывает ее расширение.


Таким
уникальным свойством обладают очень немногие вещества. Это (и другие
свойства воды) позволило герою Андрея Битова сказать:

«Вода! — вот что изобличает в творении творца, в творце — художника.
Как там она расширяется и сжимается, кипит и замерзает единственным
и противоречивейшим способом из всех жидкостей? … Из воды и вышла
жизнь, что всем известно. Так вот не жизнь изумительна, а — вода!
Она есть подвиг творца, преступившего гармонию во имя жизни. Не нам
себе представлять, чего это ему стоило. Вот что он воистину создал!
Воду… От ее капли до нас с тобой меньшее расстояние, чем от
неживой материи до воды. Эволюция — это всего лишь роман с
неизбежной развязкой; возможно, мы и закроем всю книгу… «

        А. Битов.

Человек в пейзаже // «Новый мир» № 3, 1987



В результате в
водоемах зимой более охлажденная вода, как менее плотная,
поднимается вверх, а в придонном слое сохраняется температура
+ 4oC. Это обеспечивает возможность нормального
перенесения холодного сезона для водных организмов, в первую очередь
— пойкилотермных животных. Впрочем, это же
затрудняет перемешивание слоев воды и
поступление минерального питания в поверхностные
слои (из-за чего продуктивность океана
существенно ниже продуктивности суши).


2. Лед имеет меньшую плотность,
чем вода.


Большинство веществ в твердом состоянии имеют большую
плотность, чем в жидком, а следовательно, тонут, как, например,
твердый бензол в жидком. Вода же, замерзая, расширяется (как висмут
и серебро, еще два исключения). (Рассмотрите
это на графике выше.) Причина такой аномалии в том, что в
кристаллической структуре льда молекулы как бы «держат» друг друга
на расстоянии вытянутой руки.
В жидком же состоянии молекулы воды скорее напоминают
пассажиров городского транспорта в «час пик».
 
Вопрос 1.
Сравните структуру льда (справа) и воды (слева). Обратите
внимание на различие в плотности (количестве молекул в единице
объема) и шестилучевую симметрию, присущую кристаллу льда. Есть
ли какая-то упорядоченность, закономерность в расположении
молекул воды в жидком состоянии?
Об особом «Льде-9» из романа К.Воннегута
«Колыбелька для кошки» см.

тут
.



Значение для
водных организмов
меньшей плотности льда
очевидно: если
бы лед был тяжелее воды, он опускался бы на дно,
и водоем промерзал бы полностью. Т.к. лед
плавает на поверхности (а охлажденная вода с to
= + 4o
… 0оC также не опускается вниз
из-за меньшей плотности), в воде сохраняются
благоприятные (или хотя бы терпимые, в пределах
толерантности) условия для живых организмов.

 
Вопрос 2.
Подумайте, в каких случаях свойство льда иметь
объем больший, чем у такого же количества воды,
вредно
для живых организмов? Чем
вредно? Как
живые организмы выходят из положения?
(Подсказка: ключевой термин для ответа на третью
часть вопроса — криопротекторы).


UPD.
Статья Джирла Уолкера «Необычные фигуры,
появляющиеся в замерзающей воде и плавящемся
льду»
(«В мире науки», рубрика «Наука
вокруг нас», 1986, № 9, с. 84:
справа — рис. из статьи — фигуры Тиндаля во льду).


Ледяные цветы
(необычное
арктическое явление образования кристаллов
высотой в несколько сантиметров на тонком льду,
слева
,
статья на английском
).



Сосульки


Слева — фото из статьи A.SH. Chen и S.W. Morris
(Университет Торонто, Канада), показавших, что складчатость у
сосулек обусловлена присутствием и концентрацией солей (текст,

абстракт
,

видео
).
Интересно, что сосульки довольно часто образуют гауссиану — кривую нормального
распределения
(справа — фотография  соседского балкона
и
отсюда
).



3. Снежинки



Внимательное знакомство с молекулярной структурой кристалла льда
позволяет ответить и на интересовавший с детства вопрос: почему
снежинки шестилучевые?


Истории
изучения снежинок посвящена
статья
в англоязычной Википедии. Первыми присмотрелись к
снежинкам китайцы в 150 году до н.э. Впервые обстоятельно гексагональную
структуру снежинки описал Иоганн Кеплер в труде
Strenaseu De Nive Sexangula в 1611 году.

Первым фотографировать снежинки научился
Уилсон Бентли (Wilson Bentley)
в 1885 году, он сфотографировал
около 5000 снежинок (рисунок слева на синем фоне — с его
фотографий
,
статья
о нем, книга
Snowflakes: a Chapter from the Book of Nature
, 1863).

Самая
большая снежинка зафиксирована в 1887 году и была 38 см в диаметре (статья).


По записи в блоге  progenes
«Про снежинки».



Анимация
справа

отсюда
, сайт

SnowCrystals
.com, автор
Kenneth G.
Libbrecht
.

Компьютерному моделированию снежинок посвящен сайт
Gravner-Griffeath Snowfakes
(например,  слайд-шоу).


О фрактальных структурах, примером которых
могут служить и снежинки, а также морозные узоры на стеклах, см.
тут
.



Диаграмма
зависимости форм снежинок от температуры и насыщенности водяных паров (в
г/м3) — справа, по
NewScientist
. См. также разработку для школьников
Snowstorms
на сайте
NASA
, в т. ч.

диаграмму
:
 
Вопрос 3 (проектное задание).
3-1.

Дождитесь снегопада и подсчитайте количество снежинок разных типов,
зафиксировав при этом погодные условия, в которых проводилось
исследование (можно перевести
инструкцию
по проведению наблюдений и
таблицу для подсчета типов снежинок
).
3-2.
Создайте дерево типов снежинок по материалам сайта

A Guide to Snowflakes
.
Ср. дерево
определения растений
,
филогенетические деревья и

кладистика
).

   


Плешаков. 3 класс. РТ №1, с. 33 – 34

Превращения и круговорот воды

Ответы к стр. 33 — 34

1. Наш неутомимый Попугай снова составил кроссворд. Все слова в нём — вода. Как она любит загадочные превращения! Угадаешь ли ты все её «маски»?

2. Самостоятельно или с помощью учебника заполни таблицу.

Три состояния воды  

Примеры Состояние воды
Вода в реке, роса Жидкое
Лёд, снег Твёрдое
Водяной пар Газообразное

3. Изобразите с помощью схематического рисунка испарение воды. (Частицы воды обозначайте кружочками.)

4. Нарисуй схему круговорота воды в  природе.

Круговорот воды в природе

5. Мудрая Черепаха приглашает тебя на мини-экзамен. Верны ли эти утверждения? Обведи «Да» или «Нет».

1) Вода встречается в природе в трёх состояниях: жидком, твёрдом и газообразном. Да
2) Вода превращается в лёд при температуре + 10 градусов. Нет
3) Лёд и снег — вода в твёрдом состоянии. Да
4) При превращении в лёд вода сжимается. Да
5) Водяной пар — вода в газообразном состоянии. Да

Ответы по окружающему миру. Рабочая тетрадь. 3 класс. Часть 1. Плешаков А. А.

Окружающий мир. 3 класс

Плешаков. 3 класс. РТ №1, с. 33 – 34

4.7 (93.91%) от 69 голосующих

Классическая теория объяснила расхождения экспериментов по образованию льда-VII

P. Myint et al. / Physical Review Letters

Физики из США теоретически объяснили результаты экспериментов, в которых вода, переохлажденная до температуры порядка 150 кельвинов и сжатая до давления более 70 тысяч атмосфер, превращается в лед-VII. Для этого ученые использовали классическую теорию нуклеации и показали, что при сравнительно низких давлениях лед образуется на обкладках, сжимающих воду (гетерогенная нуклеация), а при высоких давлениях — в объеме воды (гомогенная нуклеация). Статья опубликована в Physical Review Letters.

При атмосферном давлении воду очень сложно переохладить ниже температуры кристаллизации, поскольку она легко выводится из равновесия. Для сверхчистой воды, практически полностью очищенной от примесей, рекорд температуры составляет примерно 225 кельвинов (−48 градусов Цельсия) — при дальнейшем охлаждении сжимаемость и теплоемкость жидкости резко вырастает, и удержать ее от кристаллизации становится невозможно. С другой стороны, при сверхвысоких давлениях вода может быть переохлаждена до гораздо более низких температур. В экспериментах по динамическому сжатию, в ходе которых небольшое количество жидкости быстро сжимается до давлений более 10 тысяч атмосфер, вода остается метастабильной при температуре около 150 кельвинов (−120 градусов Цельсия) в течение нескольких микросекунд.

Эксперименты по динамическому сжатию выполняются по одной из двух схем, в обеих из которых тонкий слой воды помещается между двумя толстыми обкладками, а затем быстро сжимается так, чтобы его энтропия сохранялась. В частности, для такого сжатия можно использовать ударную волну, возникающую при подрыве взрывчатки, которой обложены обкладки. В результате такого сжатия вода переходит в область, в которой становится стабильной фаза льда-VII — кубическая модификация льда, кристаллическая структура которой состоит из двух взаимопроникающих подрешеток. После небольшого промежутка времени переохлажденная жидкость целиком превращается в лед-VII. При давлении менее 50 тысяч атмосфер время существования метастабильной фазы сильно зависит от материала обкладок — например, для кремнеземных обкладок оно находится на уровне сотен наносекунд, а для сапфировых обкладок достигает нескольких микросекунд. В то же время, при давлениях более 60–70 тысяч атмосфер замерзание происходит гораздо быстрее (за время порядка 10 наносекунд), причем независимо от материала обкладок. Несмотря на то, что физики довольно хорошо изучили эти процессы экспериментально, теоретически объяснить расхождения им не удавалось.

Группа ученых под руководством Джонатана Белофа (Jonathan Belof) объяснила наблюдаемое на практике поведение переохлажденной жидкости с помощью классической теории нуклеации (classical nucleation theory, CNT). Эта теория предсказывает, что скорость образования зародышей льда-VII (то есть скорость нуклации) экспоненциально зависит от энергии, которую нужно затратить на образования зародышей: J = Bexp(−ΔG/kT). Здесь B — это некоторый предэкспоненциальный фактор, который связан с числом доступных для нуклеации областей, T — температура жидкости, а k — постоянная Больцмана. Если система остается гомогенной (однородной) в ходе замерзания, то есть ее давление, температура и концентрация одинаковы во всем объеме, энергия образования зародышей ΔGhomo оказывается меньше — следовательно, при фиксированной температуре скорость нуклеации вырастает, а время жизни метастабильной фазы переохлажденной жидкости уменьшается. В обратном случае, когда параметры жидкости и льда заметно отличаются (система гетерогенна), энергия ΔGhetero вырастает, скорость нуклеации падает, а время полного замерзания увеличивается.

Поскольку лед-VII намерзает на неоднородностях границы между жидкостью и обкладками, энергия ΔGhetero зависит от угла смачивания воды и льда. Чем меньше угол смачивания, тем меньше значение ΔGhetero; при низких давлениях, когда лед «смачивает» обкладки лучше, чем вода, эта разница сильно выражена, однако она сглаживается при увеличении давления. С другой стороны, предэкспоненциальный множитель B практически не зависит от давления, причем Bhomo во много раз больше, чем Bhetero, поскольку число доступных для нуклеации областей значительно больше в объеме воды, чем в узком слое около обкладок. В результате получается, что при низких давлениях эффект, связанный с низкой энергией ΔGhetero, «перевешивает», и реализуется «медленный» процесс гетерогенного замерзания. При увеличении давления предэкспоненциальный фактор оказывается важнее, а потому «побеждает» процесс гомогенного замерзания. Это согласуется с тем фактом, что при низких давлениях материал обкладок играет важную роль, но становится несущественным при высоких давлениях.

Отношение экспонент (сплошные линии) и предэкспоненциальных факторов (пунктриные линии) для гетерогенного и гомогенного замерзания в зависимости от угла смачивания

P. Myint et al. / Physical Review Letters

Зависимость Зависимость от времени отношения объема льда-VII и переохлажденной воды ϕ для гетерогенного (синяя и пунктирные линии) и гомогенного замерзания (красная линия)

P. Myint et al. / Physical Review Letters

Затем ученые дополнили классическую теорию нуклеации уравнениями гидродинамики, чтобы получить не только качественное, но и количественно объяснение экспериментальных данных. При давлении около 70 тысяч атмосфер температура переохлажденной воды достигает TU ≈ 150 кельвинов, а нагревание в результате затвердевания примерно равно TQ = ΔH/Cp ≈ 100 кельвинов, где ΔH — энтальпия затвердевания, а Cp — теплоемкость жидкости при постоянном давлении. Поскольку TQ < TU, большинство выделяющегося тепла поглощается растущим кристаллом льда-VII, и температура воды практически не изменяется. Чтобы ухватить эту особенность процесса, ученые считали, что температуры воды и льда постоянны, но различны. Используя это приближение, физики численно проинтегрировали уравнение KJMA (Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami) и нашли, как изменяется со временем отношение объема льда-VII и переохлажденной воды ϕ. Полученная зависимость практически в точности совпала с данными реальных экспериментов.

Сравнение результатов численных расчетов (цветные линии) и экспериментальных данных (черные линии)

P. Myint et al. / Physical Review Letters

Физики отмечают, что описанный ими переход может происходить в недрах холодных экзопланет, внутри которых давление может достигать десятков тысяч атмосфер — например, в планетах Глизе 581d и Глизе 1214b. Кроме того, авторы надеются, что их работа поможет лучше понять фазовые переходы воды и льда.

В сентябре прошлого года японские физики с помощью численного моделирования обнаружили, что при отрицательных давлениях и низких температурах молекулы воды могут выстроиться в кристаллическую решетку, которая напоминает минералы группы цеолитов. Правда, на практике такой лед получить пока не удалось.

Подробнее прочитать, как под огромным давлением меняются свойства материалов — в том числе льда — можно прочитать в материале «Путешествие к центру Земли».

Дмитрий Трунин

Физические свойства и особенности воды.

Если представить молекулу воды в форме какой-либо фигуры, это будет равнобедренный треугольник, в углах которого расположены два атома водорода и один – кислорода. Каждая такая молекула образует до четырех водородных связей, именно это определяет точки кипения и газообразования жидкости. Если бы не эта способность, Н2О кипела бы при -80 °С, а замерзала при -100 °С.
Для этого соединения характерны три агрегатных состояния: жидкое, твердое (лед) и газообразное (пар). При превращении в лед молекулы принимают упорядоченную структуру, между ними увеличиваются пустоты. При этом плотность вещества падает, это объясняет то, что в твердом виде вода занимает больший объем. При переходе в газообразное состояние водородные связи рвутся, для чего требуется значительное количество энергии. За счет этого вода имеет большую удельную теплоемкость.
Н2О может принимать и метастабильные состояния. Это:
• пересыщенный пар,
• перегретая жидкость,
• переохлажденная жидкость.
Они могут существовать в течение длительного времени, но как только соприкасаются с более стабильным состоянием – переходят в него. Например, переохлажденная жидкость при контакте с кристаллом очень быстро превращается в лед.
Свойства и особенности
Вода характеризуется высоким поверхностным натяжением, больший показатель только у ртути. Свойство Н2О быть хорошим растворителем используется всеми живыми организмами: в клетках и в межклеточном пространстве растворы взаимодействуют именно в воде. Без нее невозможна жизнь вообще.
Чистая вода без примесей является отличным изолятором. Но так как она все же растворитель, в ней всегда содержатся различные соли, + и – ионы. За счет этого вода обладает способностью проводника. Именно по способности проводить ток определяется степень чистоты Н2О. Вкус воды зависит от растворенных в ней примесей.
Цвет воды зависит от света. При прохождении волны излечения, поглощается оранжевый и красный компоненты спектра, поэтому вода имеет голубоватый оттенок. УФ лучи проходят через Н2О, поэтому подводой могут существовать растения. Интересно, что в жидком состоянии вода отражает всего 5 % лучей, а вот лед пропускает через себя всего 2 %.
При трансформации воды из твердого в жидкое состояние плотность уменьшается, примечательно, что почти у всех других веществ происходит наоборот. При нагревании от 0 до 3,98 °C Н2О сжимается. Этим объясняется возможность жизни рыб в водоемах: более холодная вода остается на поверхности и замерзает, а остальная имеет плюсовую температуру. Жидкая вода имеет высокую теплоемкость, это свойство используется в промышленности.
Доставка воды в офис
Вода – это благо, удовлетворяющее базовую потребность. Очень важно обеспечить себя качественными продуктами питания и чистой водой. В нашей компании вы можете заказать воду в офис по невысокой цене. Привозится вода в 19 литровых бутылях, этот объем оптимален для установки в кулер или использования с помпой. Вы можете заказать воду в офис, написав нам на электронную почту, позвонив или оставив заявку на сайте. Кроме того, мы предоставляем услуги аренды и санации кулеров. Доставка воды в офис осуществляется в рабочее время в будние дни.

ГДЗ окружающий мир рабочая тетрадь 3 класс Плешаков

Страница 33, 34.

Превращения и круговорот воды

Задание

1. Наш неутомимый Попугай снова составил кроссворд. Все слова в нём — вода. Как она любит загадочные превращения! Угадаешь ли ты все её «маски»?

Ответ:

Пар
Лед
Дождь
Облако
Капля
Снежинка
Туман
Туча

Задание

2. Самостоятельно или с помощью учебника заполни таблицу.

Три состояния воды

Ответ:

Задание

3. Изобразите с помощью схематического рисунка испарение воды. (Частицы воды обозначайте кружочками.)
Расскажите по схематическому рисунку о том, как происходит испарение воды.

Ответ:

При нагреве воды, вода постепенно начинает испаряться. При испарении частицы воды, в виде пара подымаются вверх.

Задание

4. Нарисуй схему круговорота воды в природе. Сначала выполни рисунок простым карандашом. Проверь себя по учебнику. После проверки можно раскрасить схему. Расскажи по ней о круговороте воды в природе.

Ответ:

В природе вода постоянно совершает круговорот. В жаркую погоду вода с поверхности земли начинает испаряться в виде пара и подыматься вверх. Воздух высоко над землей холодный, там пар охлаждается образуя множество водяных капелек. При большом их скоплении образуются облака. И из облаков вода возвращается назад на землю в виде дождя или снега.

Задание

5. Мудрая Черепаха приглашает тебя на мини-экзамен. Верны ли эти утверждения? Обведи «Да» или «Нет».

Проверьте в классе свои ответы. Кто сдал экзамен на «отлично»? Кто допустил ошибки?
Исправьте ошибки в утверждениях (зачеркните и напишите верно).

Ответ:

1) Вода встречается в природе в трех состояниях: жидком, твердом и газообразном — Да.
2) Вода превращается в лед при температуре + 10 градусов. — Нет.
3) Лед и снег — вода в твердом состоянии. — Да.
4) При превращении в лед вода сжимается. — Нет.
5) Водяной пар — вода в газообразном состоянии. — Да.

Настоящее готовое домашние задание, подготовлено Ю.М. Коваленко специально для сайта gdzniki.net

Конспект урока «Превращения и круговорот воды» | План-конспект урока по окружающему миру (3 класс):

                         УМК  «Школа России »  автор  учебника А.А.Плешаков

Тема: «Превращения и круговорот воды»

Тип урока: открытие новых знаний

Это второй урок по теме и пятый урок в разделе «Эта удивительная природа»

Дидактическая цель: формировать понятия о круговороте воды в природе.

 

методы обучения : проблемный и частично-поисковый.

Образовательные цели:

— сформировать понятие «круговорот воды в природе»;

— расширить и закрепить знания учащихся о трех состояниях воды.

Метапредметные:

-оценивать правильность выполнения действия на уровне адекватной оценки;

-уметь ориентироваться в своей системе знаний: строить логическую цепь рассуждения, доказывать, сравнивать, делать выводы;

-находить ответы на вопросы, используя учебник, свой жизненный опыт и  информацию, полученную на уроке.

Личностные:

— прививать «желание понимать друг друга», «понимать позицию другого»;

— уметь проводить самооценку на основе критерия успешности учебной деятельности.

Оборудование: мультимедийный проектор, учебник, рабочие тетради, лист самооценки, карточки с опорными словами, материалы для опыта.

Планируемые результаты:  учащиеся узнают, что вода в природе может быть в трёх состояниях, находится в постоянном движении и совершает круговорот.

Ход урока

1.Организация класса

Приветствие гостей.

Урок пройдёт под девизом: «Наблюдай, исследуй, делай вывод»

-О каком веществе шла речь на прошлом уроке? (вода)

В чём убедились?

Мы убедились в том, что вода одно из самых главных богатств земли.

-А что мы исследовали?  (Свойства воды)                                           2мин.

2. Проверка усвоения содержания (домашнее задание)

Ребята, у вас на партах листы для фиксирования результатов работы на уроке.

Проверим ваши знания с помощью «Цифрового диктанта»

Найдите графу, в которую следует записать результат, из предложенных вариантов нужно выбрать верный и записать ту цифру, которой  он соответствует (следующий аналогично), в результате  у вас  образуется  ряд чисел, он поможет нам легко проверить результат.

А) Если предмет опустить в воду

1. Его не видно    2. Он хорошо виден                    3.  Еле заметен

 Б) Вода имеет

1.Запах                  2. Цвет                                         3. Не  имеет ни цвета, ни запаха

В) Если в воде размешать сахар

1Растворитс          2.Растворится не до конца          3.Опустится на дно

Г) Если загрязнённую воду пропустить через фильтр, вода…

1.Очищается          2.Загрязняется                              3. Ничего не изменится

 Д) Вода при нагревании…

1. Остаётся без изменения            2.Сжимается          3.Расширяется

Проверим результат работы (на слайде)         2 3 1 1 3

 Кто не допустил ошибок? …                                 учащихся

 Кто ошибся? …                                                     учащихся

В листе самооценки оцените результат своей работы

Вывод:  как усвоили…; знания нужны для…                                       4 мин

3.Активизация знаний и открытие темы урока

Сегодня вы должны подняться на следующую ступеньку в познании окружающего мира, а что для этого следует сделать?

 Продолжим свои исследования.

Посмотрите на фотографии и подумайте, что объединяет эти изображения?

На всех фотографиях – вода, но вода чем-то непохожая, чем? Она разная

  Лёд, снег, пар,…

На какой вопрос вы бы хотели получить ответ?

-Почему вода бывает разной?                             

—  А как вы думаете, может вода изменяться (превращаться в лёд, снег…)?

 Как? От чего это зависит?

Предположения детей. Выдвижение гипотез

Сформулируйте тему урока. Превращения воды                              

 Почему вода бывает льдом, снегом, градом?

Где можем найти ответы на наши вопросы?                                                              2мин

4.Изучение нового материала

Откроем учебники на стр.55 и прочитаем текст по абзацам.

На доску карточка – состояние воды

Чаще всего мы используем  какую воду? (в жидком состоянии)  — карточка

1абзац: лёд, снег – твёрдое состояние воды – карточка

2: пар — газообразное

3:-испарение

Что нового узнали о воде (или чему нашли подтверждение)?

Вывод: испаряясь, вода  становится невидимым паром и из жидкого состояния переходит в газообразное состояние. При температуре 0 вода переходит в твердое состояние.

 Вода в природе находится в трёх состояниях: жидком, твёрдом – лёд, снег, газообразном – пар

 (на доске закреплены карточки – состояние воды)                                   7 мин

5.Физминутка                                                                                               2мин

 6.Изучение нового материала

Наша планета находится в движении, а как вы думаете, движется ли вода?

Учёные называют воду путешественницей. Почему? Как вы это понимаете?

В природе путешествует вода.

Она не исчезает никогда:

То в снег превратится, то в лед,  

Растает и снова в поход.

По горным вершинам, широким долинам,

Вдруг в небо взорвется, дождями вернется,

Вокруг оглянись, в природу вглядись

Вас окружает везде и всегда,

Это волшебное чудо – вода!»

Движение  воды в природе происходит постоянно.

Чтобы доказать, что вода движется, мы проведём с вами исследование.

Вспомните, как закипает вода в чайнике или кастрюле. Когда вода нагревается до 100 г, крышка начинает стучать.

Сняв крышку, мы увидим, что на ней появились капли, которые начали падать.

-Какой сделаем вывод?

При нагревании воды происходит процесс испарения (карточка на доске)

Невидимый пар понимается вверх. Соприкасаясь с холодным предметом, он снова превращается в воду — процесс конденсации (карточка). Капельки воды увеличиваются, отрываются и падают. Происходит круговорот (карточка) воды.

Как вы понимаете значение слова?          

 кругОворот (движение по кругу, где началось, туда и вернулось)

                                                         

-А как всё происходит в природе?

Дети высказывают предположения, опираясь на жизненный опыт                         15мин

Наглядная демонстрация на слайде — анимированная схема сопровождается комментариями учителя.

Солнечные лучи нагревают поверхность нашей планеты и испаряют при этом влагу. Вода превращается в пар в любое время года, даже зимой в сильный мороз. Вместе с теплыми потоками воздуха пар устремляется вверх. Там воздух холоднее, чем у поверхности земли. Охлаждаясь, водяной пар сгущается, и образуются мельчайшие капельки воды. Эти капельки воды кажутся нам с земли белыми облаками, которые переносит ветер. Если эти капельки сольются друг с другом, то станут крупными и тяжелыми и упадут на землю моросящим и ливневым дождем.

В жаркий день вместе с потоками теплого воздуха водяной пар может быстро подняться на высоту 7—9 км, там температура очень низкая — 40—50 мороза. Капли воды замерзают, и круглые льдинки — град — вместе с холодным ливневым дождем падают на землю.

Зимой ветер гонит облака с теплых океанов и морей к суше. Над сушей облака постепенно охлаждаются, в них образуются мельчайшие легкие кристаллики. На их поверхности оседают новые частицы водяного пара. И наконец, вырастают сложные кристаллы льда, которые мы называем снежинками.

Водяной пар может охлаждаться и около самой земли. Летними вечерами после жаркого дня в воздухе накапливается много водяного пара. Над лугами и болотами, над реками и озерами, куда стекает более холодный воздух, появляется туман. Он висит низко над землей и оседает на листьях и траве каплями росы.

Ребята объясните, как происходит круговорот воды в природе, используя опорные слова?   «ключ» стр.58                                                                                                       5 мин                      

7. Закрепление и проверка усвоения                                                        

Откройте рабочие тетради на стр. 34  зад. 5

мини экзамен                                                           да    /  нет

1

Вода встречается в природе в трех состояниях: жидком, твердом, газообразном

да

2

Вода превращается в лёд при температуре +10 гр. С

нет

3

Лёд и снег- вода в твердом состоянии

да

4

При превращении в лед вода сжимается

Нет

5

Водяной пар – вода в газообразном состоянии

да

Проверим и оценим работу, занесём результат в лист самооценки.                            

7. Подведение итога                                                                        

Какие новые знания открыли на уроке?

Узнали, что вода в природе находится в трёх состояниях.

Познакомились с процессами: испарение, конденсация

Узнали, что вода постоянно движется и совершает круговорот.                2мин

8.Рефлексия

Заполните лист самооценки – оцените свои знания

Передайте своё настроение от урока с помощью цвета

Раскрасьте каплю зелёным карандашом, если у вас хорошее настроение после урока

Жёлтым – ровное

Красным — вы недовольны своей работой и настроением

Ребята, кто сегодня оценил свои знания на «5»…. чел

Кто усвоил материал, но корректировал знания с  помощь учителя, одноклассников — … чел.

У кого возникли трудности, остались вопросы…чел.                                                 2 мин

Я благодарю вас за работу, отметки за активную работу на  уроке получают….

Передайте своё настроение от урока с помощью цвета

9. Домашнее задание                                                                                                        1мин

Прочитать статьи учебника стр.55-58, в рабочей тетради №4 стр.34

Лист самооценки

учени _ 3 класса

Задание

 Цифровой диктант                      

           Оценка

Тест №1

               

Понимание

новой темы

Мини — экзамен

Отметка за весь урок

                                                                 

Урок №12. «Превращение и круговорот воды». Раздел «Эта удивительная природа», 3 класс

 

Кинопособие уроков « Окружающий мир» 3класс 

Тип урока: комбинированный

Цель

— формирование целостной картины мира и осознание ме­ста в нём человека на основе единства рационально-научного познания и эмоционально-ценностного осмысления ребёнком личного опыта общения с людьми и природой;

Проблема:

что такое круговорот воды в природе?

Задачи:

научить определять разные состояния воды и причины образования облаков и выпадении дождя.

Предметные результаты

Научатся

-различать три состояния воды,

-формулировать на основе наблюдения вывод о причинах образования облаков и выпадении дождя;

-моделировать круговорот воды;

-использовать тексты и иллюстрации учебника для поиска ответов на вопросы.

Универсально учебные действия (УУД)

Регулятивные: преобразовывать практическую задачу в познавательную в ходе учебного эксперимента.

Познавательные: формулировать на основе наблюдения вывод о причинах образования облаков и выпадении дождя

Коммуникативные: проявлять активность во взаимодействии для решения коммуникативных и познавательных задач: освоение деятельности моделирования.

Личностные результаты

Формирование целостного взгляда на мир. Развитие мотивов учебной деятельности

Основные понятия и определения

Три состояния воды. Круговорот воды в природе

.

Проверка готовности к усвоению нового материала

    Вспомни свойства снега и льда. Ответь на вопросы: 1. Из чего состоят облака? 2. Почему идёт дождь? 3. Как образуется снег?

    Подумай, в каких трёх состояниях вода на­ходится в природе

    Изучение нового материала

       Превращения и круговорот воды

       ТРИ состояния воды

      При температуре 0°С вода превращается в лёд. Это происходит и в реке, и в озере, и в луже. Крошечные льдинки образуются и высоко в обла­ках. Там они увеличиваются, превращаются в сне­жинки и падают на землю. Так образуется снег. Лёд и снег — это вода в твёрдом состоянии. Мы протёрли мокрой тряпкой классную доску. Прошло несколько минут, и доска стала сухой. Вода с неё испарилась, то есть превратилась в пар — прозрачный, бесцветный газ. Водяной пар — это вода в газообразном состоянии.

      В природе вода постоянно испаряется с поверх­ности морей, рек, озёр, почвы. Поэтому в воз­духе всегда содержится невидимый водяной пар.

      Ты знаешь, что вода при охлаждении сжима­ется. Казалось бы, превращаясь в лёд, она должна особенно сильно сжиматься. На самом деле происходит наоборот: превращаясь в лёд, вода расширяется! Из-за этого зимой иногда лопаются водопроводные трубы. Вода в них за­мерзает и, расширяясь, так сильно давит на трубы, что они разрываются.

      Три состояния воды

       

       

       

       

      Как вода становится паром и росой

       

       

       

       

       КРУГОВОРОТ воды

      Проделаем опыт. Будем нагревать воду, над которой закреплён холодный предмет, например тарелка со льдом. Вскоре нижняя сторона та­релки станет влажной. Мы увидим на ней капли, которые начнут па­дать вниз. Как же объяснить то, что мы наблю­дали?

      Вода при нагревании быстро испаряется. Не­видимый пар поднимается вверх. Соприкасаясь с холодным предметом, он снова превращается в воду. Капельки воды увеличиваются, отрыва­ются и падают. Так мы с помощью опыта смо­делировали круговорот воды в природе.

      С поверхности водоёмов и почвы вода в виде пара поднимается вверх. Воздух высоко над землёй всегда холодный (не случайно на горных вершинах обычно лежит лёд и снег). Пар охлаж­дается там и образует множество водяных капе­лек или крошечных льдинок. Из этих капелек и льдинок образуются облака. Облака лёгкие, и ветер переносит их порой на очень большие расстояния. Из облаков вода возвращается на землю в виде дождя и снега.

      Круговорот воды

       

       

       

       

      Круговорот воды в природе.

       

       

       

       

      Осмысление и понимание полученных знаний

        Круговорот воды в природе

         

         

         

         

        Рассмотрите рисунок. Что на нём показано? Что обозначают стрелки на этом ри­сунке? Расскажите, что происходит с частицами воды при образовании пара и льда.

          С помощью рисунка объясните, почему при превращении в лёд вода расширяется. (Обра­тите внимание на особое расположение частиц льда и образующиеся между ними промежутки.)

          Рассмотрите схему. Расскажите по ней о круговороте воды в природе. Попросите других ребят проверить вас.

             

            Вывод

            Вода находится в природе в трёх состояни­ях: жидком, твёрдом и газообразном. Вода постоянно совершает круговорот: испаряется с поверхности земли, образует облака, в ви­де дождя и снега возвращается на землю.

             

            Самостоятельное применение знаний

              1. В каких трёх состояниях вода находится в природе? 2. При каком условии образуется лёд? Отчего он тает? 3. Как образуется пар? При каком условии пар превращается в жид­кую воду? 4. Как происходит круговорот воды в природе? Какими способами мы его модели­ровали?

              Задания для домашней работы

              1.Запиши в словарик: состояние, испарение, круговорот.

              2.Изготовь из пластилина на дощечке или фанерке модель круговорота воды в природе. Расскажи по этой модели о круговороте воды

               

              Источники информации:

              А. А. Плешаков учебник, рабочая тетрадь Окружающий мир 3 класс Москва

              «Просвещение» 2014

              Сайт YouTube: https://www.youtube.com /

              Хостинг презентаций окружающий мир

              — http://ppt4web.ru/nachalnaja-shkola/prezentacija-k-uroku-okruzhajushhego-mira-vo-klasse-chto-takoe-ehkonomika.html

              ученых делают лед горячее кипящей воды

              Ученые превратили воду в лед за наносекунды, что означает действительно очень быстро. Однако это не самая интересная часть. Лед горячее кипящей воды.

              Эксперимент проводился на огромной Z-машине Sandia National Laboratories, которая генерирует температуры выше, чем солнце (установив рекорд здесь, на Земле), и где исследователи проверяют, что мы знаем об этих простых ванильных «фазах» в учебниках: твердые, твердые, жидкость и газ.

              «Три фазы воды, какими мы их знаем — холодный лед, жидкость комнатной температуры и горячий пар — на самом деле являются лишь небольшой частью набора состояний воды», — сказал исследователь Sandia Дэниел Долан. «Сжатие воды обычно нагревает ее. Но при сильном сжатии плотной воде легче войти в твердую фазу [лед], чем поддерживать более энергичную жидкую фазу [воду]».

              Лед нечетный. Большинство вещей сжимаются, когда становятся холодными, и поэтому они занимают меньше места как твердые тела, чем как жидкости.Но обычный лед, конечно, занимает больше места, чем вода. Это продемонстрирует простой эксперимент с помещением (желательно дешевой) полной бутылки с водой в морозильную камеру на ночь.

              В новом эксперименте, однако, объем воды «резко и прерывисто уменьшился, что согласуется с образованием почти всех известных форм льда, кроме обычного льда», — говорится в заявлении Sandia в четверг.

              Судя по всему, существует как минимум 11 других типов льда, о которых большинство из нас не знает.Они классифицируются по тому, как ведут себя при определенных температурах и давлениях. Возможно, вы слышали об одном: переохлажденная вода может быть ниже 32 градусов, но не заморожена.

              Проблема в том, что ученые не знают особенностей всех этих состояний. Отсюда и исследование Sandia.

              Долан сказал, что эта работа «помогает нам разбираться в материалах в экстремальных условиях».

              Он был удивлен тем, как быстро замерзла вода. По его мнению, быстрое сжатие — примерно в 70 000 раз превышающее нормальное атмосферное давление за крошечные доли секунды — вызвало быстрое замерзание.Когда давление было снято, лед растаял.

              «По-видимому, практически невозможно предотвратить замерзание воды при давлении выше 70 000 атмосфер», — сказал Долан.

              Это полезно знать людям, которые пытаются разгадать множество загадок, связанных с водой.

              Что происходит, когда вода замерзает в настолько сильном ящике, что не может расшириться?

              Некоторые читатели могут вспомнить урок естествознания, в котором возбужденный учитель вышел впереди класса, чтобы продемонстрировать небольшой треснувший стальной контейнер, который, по-видимому, был поврежден невероятно мощной, но крошечной силой; только для указанного учителя, чтобы показать, что ущерб был нанесен не чем иным, как водой.Однако что произойдет, если вы поместите воду в емкость, из которой она не может вырваться, а затем заморозите ее?

              Если коротко, то вода все равно превращается в лед; однако, если он действительно не может разорвать связи контейнера, внутри которого он заперт, он превращается в лед совсем другого типа, чем мы привыкли видеть.

              В настоящее время мы знаем о 15 различных «твердых фазах» воды, также называемых льдом, каждый из которых отличается из-за разной плотности и внутренней структуры. Форма, с которой вы, вероятно, наиболее знакомы, — это гексагональный лед, который происходит, когда вода обычно замерзает при обычных условиях.Если вы продолжите понижать температуру гексагонального льда, он в конечном итоге станет кубическим льдом; Настройте температуру и давление дальше, и вы сможете создавать Ice II, Ice III вплоть до Ice XV.

              Из-за неотъемлемой сложности создания таких высоких / низких давлений и температур до недавнего времени, в 2009 году, требовалась наука, чтобы полностью задокументировать все известные формы льда. Большинство окончательных форм льда было частично обнаружено группой исследователей химического факультета Оксфордского университета, которым впервые удалось создать лед XII, XIV и XV.

              В случае с Ice XV создание его включало взятие льда VI и снижение температуры до -143 градусов по Цельсию, прежде чем подвергнуть его давлению в 10 000 раз большему, чем собственная атмосфера Земли. Эта последняя форма льда и, в более широком смысле, форма воды, все же сумела удивить даже умы в Оксфорде, когда, вопреки всем их ожиданиям, оказалось, что она полностью антисегнетоэлектрическая и вообще не может удерживать заряд.

              G / O Media может получить комиссию

              Но в самом простом смысле различные формы льда создаются за счет изменяющейся комбинации давления и температуры, точные комбинации которых можно узнать, быстро взглянув на фазовая диаграмма воды.Однако ученые могут искусственно склонить чашу весов в свою пользу различными способами. Например, при создании льда XIII и XIV доктор Кристоф Зальцманн и его команда в Оксфорде осторожно использовали соляную кислоту, чтобы изменить температуру, необходимую для создания льда.

              Если приведенное выше кажется довольно простым в схеме вещей, это потому, что это было так, и другие ученые, такие как профессор Джон Финни (который был частью команды, которая открыла и создала лед XII в 1996 году), отметили это, когда его спросили об этом. , комментируя, что команда Зальцмана за несколько лет сделала то, что другие исследователи не смогли сделать за 40.

              Возвращаясь к нашему вопросу, обычный лед или, по крайней мере, версия, с которой вы были знакомы до того, как мы рассказали вам о других 14 видах, может применять огромное количество силы, когда замерзает и расширяется. Это связано с уникальным свойством воды, главным образом тем, что она менее плотная как твердое вещество, чем как жидкость. Это несоответствие плотности связано с тем, как молекулы воды реагируют при замерзании; Молекулы воды объединяются в жесткую гексагональную структуру, которая оставляет небольшой, но, тем не менее, значительный промежуток между атомами, которого не было, когда вода была жидкой.Для любопытных: вода достигает своей самой плотной точки при 4 градусах Цельсия; холоднее или горячее, и он начинает расширяться.

              Итак, на сколько именно силы способен лед? Что ж, люди давно пытаются это решить. В 1784 и 1785 годах некий майор Эдвард Уильямс воспользовался погодой в Квебеке и неоднократно пытался найти способ сдерживания льда, но безуспешно. Сначала Уильямс пытался запечатать воду внутри артиллерийских снарядов, чугунные пробки которых были выпущены на 475 футов со скоростью 20 футов в секунду, когда давление стало слишком большим.Затем Уильямс невозмутимо закрепил заглушки на месте с помощью крючков, но гильзы разделились на две части.

              В другом эксперименте была предпринята попытка наполнить пушки, сделанные из чугуна толщиной в один дюйм, водой только для того, чтобы они тоже раскололись при замерзании. Позже ученые во Флоренции пытались наполнить водой шар, сделанный из латуни толщиной в один дюйм, только для того, чтобы он тоже раскололся при замерзании. Позже они выяснили, что сила, необходимая для этого, составляет около 27 720 фунтов.

              Чтобы получить более точный ответ, вам нужно еще раз вернуться к диаграмме состояния воды, которая показывает, что лед превратится в лед II, когда давление достигнет 300 мегапаскалей, что в точности составляет 43 511,31 фунта силы на квадратный дюйм. Другими словами, это давление, которое потребуется контейнеру, чтобы выжить, чтобы вода не превратилась в обычный лед, а не превратилась в лед II.

              Итак, чтобы ответить на первоначальный вопрос, если вы заморозите воду внутри контейнера, настолько сильного, что она не может превратиться в лед, она все равно превратится в лед, просто немного другой тип льда с точки зрения научной классификации и его внутренней структуры. .Наука!

              Если вам понравилась эта статья, вам также понравится:

              Бонусный факт:


              Карл Смоллвуд пишет для чрезвычайно популярного сайта интересных фактов TodayIFoundOut.com . Чтобы подписаться на информационный бюллетень Today I Found Out «Daily Knowledge», щелкните здесь или поставьте лайк на Facebook здесь . Вы также можете проверить их на YouTube здесь .

              Этот пост был переиздан с разрешения TodayIFoundOut.ком .

              Суперионная вода — «Лед», образовавшийся под воздействием экстремального тепла и давления

              Вода затвердевает в лед, когда температура опускается ниже точки замерзания, и превращается в парообразный газ при температуре 100 градусов Цельсия. Однако, согласно последним данным исследователей из Университета Рочестера (UoR) в Брайтоне, штат Нью-Йорк, вода также образует ледяное твердое тело под воздействием сильной жары и давления.

              Используя один из самых мощных лазеров в мире, расположенный в Лаборатории лазерной энергии UoR, физики генерировали ударные волны, которые сжимали и нагревали капли воды до тех пор, пока они не достигли 100-400 гигапаскалей (более чем в 100000 раз выше атмосферного давления Земли) и 2000-3000 Кельвинов (почти горячее, как поверхность Солнца).

              Измерение дифракции рентгеновских лучей выявило нечто довольно странное в воде, находящейся под ультра-интенсивным нагревом и давлением: вместо того, чтобы превращаться в газ, молекулы затвердевали и образовывали наноразмерные частицы, известные как суперионный водяной лед.

              Вода обладает некоторыми уникальными характеристиками, как никакие другие химические растворители. С ее единственным атомом кислорода, ковалентно связанным с двумя атомами водорода под углом 104,5 градуса, молекула воды имеет два запасных (или «неспаренных») электрона, которые могут образовывать слабую связь с атомами водорода соседних молекул.Когда каждой молекуле воды удается построить так называемую водородную связь со своими соседями в кристаллической форме в форме тетраэдра, вода затвердевает в лед.

              На Земле, когда ее температура опускается ниже точки замерзания, вода образует лед (также известный как лед I), но это не единственная твердая форма воды. Поскольку тетраэдры являются таким геометрическим «оборотнем», они могут быть упакованы вместе в самые разные конфигурации. Манипулируя его условиями окружающей среды, в основном температурой и давлением, ученые ранее пришли к выводу, что существует семнадцать различных типов «льда» (или твердого состояния воды).

              Более 17 видов льда! (SciShow)

              Исследователи UoR обозначили недавно обнаруженное состояние воды как Ice XVIII (латинскими буквами вместо «18»). Но в отличие от других 17 версий, суперионный лед не состоит из целых молекул воды, потому что связи между кислородом и водородом частично нарушены. Молекулы находятся в промежуточном состоянии, когда атомы кислорода образуют кубическую решетку, а атомы водорода циркулируют внутри кислородного каркаса как жидкость.

              Астрономы давно подозревали, что внутри ледяных планет-гигантов, таких как Уран и Нептун на нашем заднем дворе, высокая температура и давление заставляют молекулы воды, большую часть внутреннего ядра планеты, претерпевать суперионный фазовый переход и затвердевать в «лед». . Это исследование предоставило решающее подтверждение того, как вода может выглядеть внутри этих планет.

              Это захватывающее открытие было опубликовано в журнале Nature .

              Источник: Quanta Magazine

              Фазовая диаграмма для воды | Химия для неосновных

              Цели обучения

              • Опишите фазовую диаграмму для воды.
              • Определите критическую температуру.
              • Определите критическое давление.

              Примеры

              Как можно создавать снежки?

              Для создания лучших снежков нужен особый снег. Этот снег должен быть немного влажным, чтобы частицы склеивались. Сухой снег можно плотно прижать, и он будет образовывать снежки, потому что более высокое давление заставляет снежинки несколько таять. Однако, когда вы ослабляете давление, снег снова принимает более твердую форму, и хлопья больше не слипаются.

              Фазовая диаграмма для воды

              Вода — уникальное вещество во многих отношениях. Одним из этих особых свойств является тот факт, что твердая вода (лед) менее плотна, чем жидкая вода, чуть выше точки замерзания. Фазовая диаграмма для воды показана на рисунке ниже.

              Рисунок 13.26

              Фазовая диаграмма для воды.

              Обратите внимание на одно ключевое различие между общей фазовой диаграммой и фазовой диаграммой для воды.На диаграмме воды наклон линии между твердым и жидким состояниями скорее отрицательный, чем положительный. Причина в том, что вода — необычное вещество, поскольку ее твердое состояние менее плотное, чем жидкое. Лед плавает в жидкой воде. Следовательно, изменение давления оказывает на эти две фазы противоположный эффект. Если лед относительно близок к точке плавления, его можно превратить в жидкую воду, применив давление. На самом деле молекулы воды в жидкой фазе ближе друг к другу, чем в твердой фазе.

              Снова обратитесь к фазовой диаграмме воды ( Рисунок выше). Обратите внимание на точку E, обозначенную как критическая точка . Что это обозначает? При 373,99 ° C частицы воды в газовой фазе движутся очень и очень быстро. При любой температуре выше этой, газовая фаза не может сжижаться, независимо от того, какое давление приложено к газу. Критическое давление (P c ) — это давление, которое необходимо приложить к газу при критической температуре, чтобы превратить его в жидкость.Для воды критическое давление очень высокое — 217,75 атм. Критическая точка — это точка пересечения критической температуры и критического давления.

              Основные выводы

              Резюме
              • Твердая вода менее плотная, чем жидкая вода чуть выше точки замерзания.
              • Критическая температура (T c ) вещества — это самая высокая температура, при которой вещество может существовать в виде жидкости.
              • Критическое давление (P c ) — это давление, которое необходимо приложить к газу при критической температуре, чтобы превратить его в жидкость.
              • Критическая точка — это точка пересечения критической температуры и критического давления.

              Упражнения

              Практика

              Вопросы

              Прочтите раздел материала, посвященный воде, по ссылке ниже:

              http://www.chemguide.co.uk/physical/phaseeqia/phasediags.html

              1. Почему температура плавления льда снижается при более высоком давлении?
              2. Можно ли сжать пар для образования жидкости при температуре выше 374 ° C?
              3. Какое критическое давление воды?

              Упражнения

              Обзор

              Вопросы

              1. Что происходит с твердым льдом под высоким давлением вблизи точки замерзания?
              2. Какая критическая температура?
              3. Какое критическое давление?

              Глоссарий

              • критическая точка: Точка пересечения критической температуры и критического давления.
              • критическое давление: Давление, которое необходимо приложить к газу при критической температуре, чтобы превратить его в жидкость.
              • критическая температура: Самая высокая температура, при которой вещество может существовать в виде жидкости.

              Превращение воды в очень горячий лед, очень, очень быстро

              Вода, являясь одним из самых распространенных компонентов на планете и одним из важнейших компонентов жизни на Земле, является одним из самых странных.Он обладает физическими характеристиками, полностью аномальными по сравнению с другими молекулами аналогичного размера и структуры. На этой странице перечислены 63 аномалии, которые проявляет вода, начиная от хорошо известного факта, что в одной атмосфере она расширяется при замерзании, до относительно неизвестного факта, что вязкость воды уменьшается при давлении ниже 33 ° C. Многие могут не знать, что вода имеет более трех фаз, которые обычно связаны с ней: лед при низкой температуре, жидкая вода при умеренных температурах и пар при высоких температурах.На самом деле вода (H 2 O) состоит из 14 различных фаз, причем твердая вода (лед) дает только 12 различных фаз.

              Поскольку вода ведет себя так странно и имеет такое важное значение для жизни на Земле, ученые давно пытались полностью понять все ее свойства. Одно из направлений исследований — понять, что происходит с водой в экстремальных условиях. Считается, что принятая фазовая диаграмма воды при экстремальных температурах и давлениях может быть неверной.Для повседневной жизни это не имеет значения. Однако, если вы хотите инициировать реакцию ядерного синтеза или понять фазу льда, которая может быть обнаружена на небесном теле, необходимо очень точное описание воды или льда в этих условиях.

              На Земле мало мест, способных воспроизводить такие экстремальные условия, как описанные выше. Одно из мест, где можно это сделать, — это Национальная ядерная лаборатория Сандии, где находится машина Z. Z-машина является крупнейшим в мире генератором рентгеновского излучения и может использоваться для создания экстремальных температур и давлений с целью (среди прочего) сбора данных для моделирования ядерного оружия.Понимание того, как вода существует в условиях, создаваемых в Z-машине, важно; Во время своей текущей работы Z-машина посылает электрический импульс силой 20 миллионов ампер через воду, которая сжимается до невероятно высокого давления. Обычно эта вода действует как изолятор и переключатель, но серия запланированных обновлений для дальнейшего усиления Z-машины может означать поведение, отличное от поведения воды в таких экстремальных условиях.

              Реклама

              Пропуская 20 миллионов ампер тока через небольшую алюминиевую камеру, создается магнитное поле, которое изоэнтропически сжимает алюминиевые пластины, покрывающие тонкий (25 микрон) слой воды, до давления в диапазоне от 50 000 до 120 000 атмосфер.Для справки: то, что вы испытываете на уровне моря, — это давление в одну атмосферу. Исследователи обнаружили, что при таком невероятно высоком давлении вода выдавливалась в лед, точнее, лед VII, который впоследствии был горячее, чем точка кипения воды при атмосферном давлении. Как описывает исследователь Sandia Дэниел Долан: «По-видимому, практически невозможно предотвратить замерзание воды при давлении выше 70 000 атмосфер». Возможно, это немного преуменьшает, но это очень важно знать для будущей эксплуатации Z-машины и подобных устройств.Физические свойства льда — любой ледяной фазы — сильно отличаются от его жидкого аналога.

              Кроме того, мне всегда нравилось читать и смотреть видео людей, которые пытаются увидеть, кто может разжечь свой гриль быстрее всех, и мне всегда нравилось видео парня, который вылил на свой гриль дьюар LOX, доводя его до температуры. менее чем за секунду, испаряя большую часть гриля в процессе. Вы спросите, какое отношение это имеет к горячему льду и Z-машине? Что ж, оказывается, что при таких давлениях и температурах вода претерпела фазовый переход из жидкого состояния в твердое менее чем за 100 наносекунд.К сожалению, поскольку лед здесь такой горячий, он не позволит вам охладить пиво быстрее.

              Сжимаемость воды

              • Школа наук о воде ГЛАВНАЯ • Темы о свойствах воды •

              Несжимаемая вода превращает воду в удобный и полезный инструмент для работы (и веселья). Несжимаемость воды позволяет работать пожарным шлангам, заставляет работать инструменты с гидравлическим приводом, а детям весело бегать под фонтаном, который выбрасывает воду (под давлением).

              Кредит: Джо Мэйбл

              Трудно «отжать» воду

              Вода практически несжимаема, особенно при нормальных условиях. Если вы наполните пакет для сэндвичей водой и положите в него соломинку, когда вы сжимаете пакет, вода не сжимается, а, скорее, вылетает из нее. Если бы вода сжималась, она не «выталкивалась» из соломинки. Несжимаемость — обычное свойство жидкостей, но особенно несжимаема вода.

              Отсутствие сжимаемости воды помогает выталкивать воду из водяных шлангов (удобно для тушения пожаров), водяных пистолетов (удобно беспокоить папу) и из художественных фонтанов (удобно для отдыха). В этих случаях к сосуду, наполненному водой, прикладывается некоторое давление, и оно не сжимается, а выстреливает из отверстия, такого как конец шланга или конец небольшой трубы, как в этом фонтане. Если бы вода была очень сжимаемой, было бы труднее создать давление, достаточное для того, чтобы вода вырвалась из ближайшего отверстия

              Дети хорошо используют несжимаемость воды, когда играют в подбрасывание воздушных шаров.Когда вы сжимаете воздушный шар слишком сильно, кожа воздушного шара разрушается до того, как вода внутри сжимается — он лопнет вам в лицо задолго до того, как вода сожмет даже бесконечно малое количество.

              Эксперимент по сжимаемости воды

              Когда мне было 7 лет, несжимаемость воды доставила мне большие неприятности. Я анализировал сжимаемость воды, пропитал губку водой, раздавил ее и посмотрел, сколько воды вышло обратно. Чтобы проверить, сжимается ли вода, я добавил в воду немного красного пищевого красителя, впитал его и сел на новый белый ковер моих родителей, чтобы доказать свою теорему.Я подумал, что, поскольку вода попала в губку, я могу сжать губку, и вода сожмется. Моя теорема была (болезненно) опровергнута, поскольку вода выливалась, а не сжималась. Ну, я был ребенком, откуда мне было знать, что сжимаемость воды при комнатной температуре составляет всего около 0,000053 при увеличении давления примерно на 14,7 фунтов на квадратный дюйм?

              Давление и температура могут влиять на сжимаемость

              Но, сожмите достаточно сильно, и вода сожмется — уменьшится в размерах и станет более плотной … но не очень сильно. Представьте себе воду на милю глубиной в океане . На этой глубине вес воды наверху, толкающей вниз, примерно в 150 раз превышает нормальное атмосферное давление ( Источник: Университет Иллинойса в Урбане-Шампейне Ask the Van ). Даже при таком большом давлении вода сжимается менее чем на один процент.

              Станок для гидроабразивной резки с компьютерным управлением, использующий воду под высоким давлением для создания декоративного рисунка на куске металла.

              Кредит: Стив Браун Фотография

              Тем не менее, в промышленных применениях воду можно сильно сжать и использовать для таких вещей, как прорезание металла (особенно, если в воду добавлен абразивный материал и вода горячая).Вода, выталкиваемая с огромной скоростью через крошечное отверстие, используется в промышленности для прорезания всего: от металла до керамики, пластика и даже продуктов питания. Это предпочтительный метод, когда разрезаемые материалы чувствительны к высоким температурам, создаваемым другими методами. Он нашел применение в различных отраслях промышленности, от горнодобывающей до аэрокосмической, где он используется для таких операций, как резка, формовка, резьба и развёртывание. Конечно, чтобы прорезать камень, поток воды должен двигаться очень быстро и создавать огромное давление.Насос используется для повышения давления воды в контейнере под давлением до 90 000 фунтов / квадратный дюйм (psi), а затем выстрела из сопла со скоростью до 600 миль в час. ( Источник: NASA ).

              Ученый описывает фундаментальный процесс сжатия льда

              Предоставлено: канадский источник света.

              Почти три четверти поверхности Земли покрыто водой. Почти две трети человеческого тела состоит из него. Пьем.Мы используем его дома и в промышленности. Как твердый, это лед. Как газ, это пар.

              «Никто не понимает воду, структуру воды. В воде много аномалий», — говорит Джон Цзе, профессор физики Университета Саскачевана и канадский исследовательский отдел материаловедения.

              Tse посвятил десятилетия тому, чтобы больше узнать о том, что многие из нас считают само собой разумеющимся. В процессе он опроверг давнюю фундаментальную гипотезу о воде.Результаты были опубликованы этой осенью в выпуске Physical Review Letters .

              Интересно узнать о воде и о том, как она ведет себя при сжатии в твердое тело, Цзе интересовался экспериментом, проведенным в 1985 году некоторыми из его коллег, когда он работал в Национальном исследовательском совете. Они обнаружили необычное явление. Когда они сжимали лед при низких температурах, вместо того, чтобы превращаться в кристаллическую форму под высоким давлением, где атомы организованы в структуру решетки, лед превращался в аморфное твердое тело, а атомы были дезорганизованы.Они предположили, что это произошло из-за «таяния» льда при высоком давлении. Если бы это было так, неупорядоченное состояние было бы водоподобным.

              Эти выводы не устраивали Tse, потому что в результате жидкая вода представляет собой смесь двух жидкостей с разной плотностью. Однако в то время не было ни технологий, ни опыта, чтобы проверить эту гипотезу.

              «Никто не задавал вопроса, верна ли гипотеза», — говорит он.

              Теоретические кристаллические структуры льда Ih (а) и промежуточной кристаллической фазы (б).Промежуточная кристаллическая фаза представляет собой деформированную сдвигом форму льда Ih в базисной плоскости ab из-за смягчения модуля упругости C66. Атом кислорода в промежуточной фазе немного сместился от исходного положения льда Ih. Таким образом, если смотреть вниз по оси c, атомы кислорода больше не выровнены вдоль оси c, как во льду Ih. Предоставлено: канадский источник света.

              Тридцать лет спустя Це и группа исследователей использовали два канала луча в Advanced Photon Source, один из которых управляется Canadian Light Source в США.В своей статье «Кинетически контролируемая двухступенчатая аморфизация и аморфно-аморфный переход во льду» Це сообщает, что «водоподобное» состояние на самом деле было промежуточной кристаллической фазой, а не жидкостью.

              «Это меняет все, что связано с водой», — говорит Цзе.

              «Мы описали, как лед может переходить из одной формы в другую. В этом важность результата, причина, по которой это так важно. Мы нанесли на карту фазовую диаграмму в аморфной фазе. Это руководство, которое расскажет вам, что такое свойства вещества при определенном температурно-температурном режиме.«

              Наука движется либо любопытством, либо необходимостью, либо и тем, и другим, — говорит Цзе.

              «Фундаментальная наука — важная работа. Если мы не будем работать над фундаментальной наукой, мы не узнаем, откуда мы. Мы будем что-то упускать. Это исследование движет любопытством. У нас была фундаментальная гипотеза, мы провели эксперимент и попытался уточнить. Теперь мы точно знаем, что происходит «.

              Це продолжает свою работу над водой и тем, как она изменяется в зависимости от давления и температуры.С водой еще сложнее, потому что атомы движутся. Во льду атомы не движутся, но они неупорядочены. В обоих случаях, говорит он, есть еще чему поучиться.

              «Вы всегда смотрите на старые проблемы, которые не были решены, но с разработкой нового инструмента и новой теории вы, возможно, сможете решить старую проблему, а затем развить ее».


              Вода существует как две разные жидкости


              Дополнительная информация:
              Chuanlong Lin et al.Кинетически контролируемая двухступенчатая аморфизация и аморфно-аморфный переход во льду, Physical Review Letters (2017). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.119.135701

              Предоставлено
              Канадский источник света

              Ссылка :
              Ученый описывает фундаментальный процесс сжатия льда (2017, 14 декабря)
              получено 31 августа 2021 г.

              Добавить комментарий

              Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *