冻融交替

在全部温度范围内都是热胀冷缩的
更新时间:2019-08-12 00:58 浏览:59 关闭窗口 打印此页

  冷胀热缩 水在由 0℃温度升高时,出现了一种特殊的现象。人们通过实验得到了ρ -t 曲线,即 水的密度随温度变化的曲线℃的过程中,水的密度逐渐加大;温度 由 4℃继续上升的过程中,水的密度逐渐减小;水在 4℃时的密度最大。水在 0℃至 4℃的范 围内,呈现出“冷胀热缩”的现象,称为反常膨胀。水的反常膨胀现象可以用氢键、缔合水 分子理论予以解释。 冷胀热缩:我们知道,如果物体所受外界压力不变,大多数物体的体积都随温度的升高 而增大,即热胀冷缩。与大多数物质的性质相反,在 0 到 4℃的温度范围内,水的体积却随 温度的升高而减小,这就是说,水在 0 到 4℃之间是冷涨热缩。水的这一反常性质,对江河 湖泊中的动植物的生命有着重要的影响和意义。 当寒冷的冬天来临后, 随着气温的降低, 江河湖泊中的水温也随之下降。 考虑某一湖泊, 设其全部湖水处于某一温度如 10℃,再设湖面上空气的温度为-10℃,于是湖表面的水就会 变冷,比如说温度降到 9℃,这部分水因变冷而收缩,其密度比底下较暖的水为大,因而沉 入下面密度较小的水中,下面的 10℃的水上升。冷水的下沉引起一个混合过程,此过程一 直持续到湖泊中的所有水冷却到 4℃为止。但是表面的水还要被冷空气继续冷却降温,表面 水的温度进一步降低,又比如降到 3℃,这部分水的体积不但不缩小反而膨胀,即表面水的 密度比下面小, 因而就浮在水面上不再下沉。 对流和混合此时都停止了 (当然扩散不会停止) , 表面下的水基本上靠热传导散失内能.水是热的不良导体,这样散热是比较慢的。表面水的 温度,先于下面的水降至 0℃、开始结冰。冰的密度比水小,所以一直浮在水面上而不下沉。 冰下面的水,从上到下温度为 0 到 4℃,从上到下逐渐结冰。由于通过热传导而向上散热, 比较慢,并且有地热由底下向上传导,因此冻结的速度是缓慢的。若湖泊的水很深,湖水是 不会被冻透的,湖泊中生存的动植物就可以在靠近湖底的 4℃的水中安然过冬,免遭冻死的 厄运。 如果水的性质也像其它大多数物质那样, 在全部温度范围内都是热胀冷缩的, 那么温度 较高的水不断升到水面,向空气散热,湖泊中水的冻结就会从底部开始,从而容易导致湖泊 中的水全部冻结。这样一来,就毁掉了湖泊中的一切经不起冻结的生命。 青铜、纯铁、锑、铋、镓都是冷胀热缩的物质。

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