ما هو تمدد الماء غير النظامي؟

ال تمدد المياه غير النظامية إنها خاصية فيزيائية تؤدي إلى خضوع الماء لعملية توسيع عندما يتجمد.

تعتبر خاصية غير منتظمة ، لأن معظم العناصر تتسع مع الحرارة وتتقلص مع البرد. ومع ذلك ، تحدث عملية التمدد في الماء في أي من تغيري درجة الحرارة.

عادة ، يعتبر الماء السائل الأكثر شيوعا بسبب وفرة على الأرض. ولكن في الواقع ، هو عكس ذلك تماما: خصائصه الشاذة تجعله السائل الأكثر غير التقليدية.

ومع ذلك ، فإن خصائصها غير النظامية هي بالضبط التي سمحت بتطور الحياة على الأرض.

التمدد الحراري وكثافة الهيئات

التمدد أو التمدد الحراري هو ظاهرة تحدث عندما يزيد حجم الكائن بسبب التغير في درجة حرارته.

عندما تزيد درجة حرارة الجسم ، فإن هذا يتسبب في تحرك جزيئاته بسرعة أكبر. هذه الحركة تسبب مساحة أكبر بين هذه الجزيئات وهذا الفضاء الجديد يؤدي إلى زيادة حجم الكائن.

من المهم أن نضع في اعتبارنا أن جميع الهيئات لا تتوسع على قدم المساواة. على سبيل المثال ، المعادن مثل الألومنيوم والصلب هي عناصر ، عند تسخينها ، تصل إلى تمدد أكبر من الزجاج.

عندما يخضع الجسم للتمدد الحراري ، فإنه لا يغير حجمه فحسب ، بل يغير أيضًا كثافته.

الكثافة هي مقدار المادة الموجودة في وحدة الحجم. هذا ، بمعنى آخر ، هو مجموع الجزيئات الموجودة في عنصر ما في الفضاء المحدد.

على سبيل المثال ، الصلب لديه كثافة أعلى من الريش. لهذا السبب يشغل كيلو من الفولاذ مساحة أقل من كيلو من الريش.

عندما يتوسع الجسم ، فإنه يحتفظ بنفس الكتلة لكنه يزيد المساحة التي يشغلها. لذلك ، عندما تزيد درجة الحرارة ، يزداد الحجم أيضًا ولكن تتناقص الكثافة.

توسع غير منتظم للمياه

يمثل التمدد الحراري في الماء خصائص خاصة أساسية للحفاظ على الحياة.

من ناحية ، عندما يتم تسخين الماء ، فإنه يخضع لعملية التوسيع نفسها كما تفعل معظم الهيئات. جزيئاتها تفصل وتتوسع وتتحول إلى بخار ماء.

ومع ذلك ، عندما يبرد يحدث عملية فريدة من نوعها: مع انخفاض درجة الحرارة ، يبدأ هذا السائل في الضغط.

ولكن عندما تصل إلى 4 درجات مئوية ، فإنها تتسع. أخيرًا ، عندما تصل درجة الحرارة إلى 0 درجة مئوية ، تكون درجة الحرارة ضرورية للتجميد ، ويزيد حجمه إلى 9٪.

وذلك لأن جزيئات الماء المجمدة يتم تجميعها في هياكل مختلفة عن غيرها من المواد ، والتي تترك مسافات كبيرة بينهما. لذلك تشغل كمية أكبر من الماء في الحالة السائلة.

ومن الأمثلة اليومية التي يمكن فيها ملاحظة هذه الظاهرة إعداد الجليد في دلاء الثلج. عندما تمتلئ الدلاء بالماء في حالة سائلة ، فمن المستحيل أن تملأها على الحافة لأنه من الواضح أنها سوف تتسرب.

ومع ذلك ، عند إزالة الجليد من الممكن ملاحظة كيف تبرز من دلاء الجليد. مما يدل على أن حجم هذا قد زاد خلال عملية التجميد.

من الواضح ، عندما تتوسع جزيئات الماء المحولة إلى جليد ، تنخفض كثافتها أيضًا. لذلك ، الماء المتجمد أقل كثافة من الماء السائل ، والذي يعطي الثلج خاصية العائمة.

يمكن ملاحظة ذلك في أمثلة بسيطة للغاية مثل عندما يطفو الجليد الذي تم وضعه على شراب على الزجاج.

ولكن يمكن ملاحظة ذلك أيضًا في ظواهر طبيعية كبيرة مثل الطبقة الجليدية التي تتشكل على مياه الشتاء وحتى في وجود الجبال الجليدية.

أهمية تمدد الماء غير المنتظم

التمدد غير المنتظم للماء ليس مجرد فضول علمي. كما أنها ظاهرة لعبت دوراً أساسياً في تطور الحياة على الأرض ، داخل وخارج الماء.

في الحياة المائية

في المسطحات المائية مثل البحيرات ، يمكن ملاحظة أنه عندما يصل الشتاء تتجمد الطبقة العليا من الماء. ومع ذلك ، يتم الاحتفاظ بالماء أدناه في حالة سائلة.

إذا كان الجليد أكثر كثافة من الماء ، فإن هذه الطبقة الجليدية تغرق. هذا من شأنه أن يتسبب في تعرض طبقة سائلة جديدة لبرودة الغلاف الجوي وتجميدها حتى تنهار. بهذه الطريقة ، سوف تتجمد كل المياه في البحيرات ، مما يعرض الحياة تحت الماء للخطر.

ومع ذلك ، بفضل خصائص المياه غير النظامية ، تحدث ظاهرة مختلفة. عندما تتجمد الطبقة السطحية ، يتم الاحتفاظ بالماء الموجود أسفلها عند درجة حرارة 4 درجات مئوية.

يحدث هذا لأن الماء يصل إلى أعلى كثافة عند 4 درجات مئوية ، مما يعني أن المياه السفلية ستكون دائمًا في درجة الحرارة القصوى.

إذا زاد في النهاية ، ستدفعه الكثافة نحو السطح حيث ستجمد الغطاء الجليدي مرة أخرى.

بفضل هذه الظاهرة ، تبقى درجة حرارة المسطحات المائية مستقرة ومحمية من البرد في الغلاف الجوي. هذا يضمن بقاء الأنواع الحيوانية والنباتية التي تعيش داخل الماء.

تلك الدرجات الأربع ، هي التي تُحدث الفرق لجميع المخلوقات التي تعيش في مياه القطبين مثل الحيتان القاتلة وأختام الكرابيتر.

في الحياة خارج الماء

الحياة البشرية وبشكل عام كل أشكال الحياة الموجودة على الأرض ، تستفيد أيضًا من الصفات الشاذة للمياه.

فمن ناحية ، من الضروري مراعاة أن معظم الأكسجين يأتي من الأنواع المختلفة التي تشكل العوالق النباتية. لن تنجو طريقة الحياة هذه إذا تمكنت المحيطات من التجمد وهذا سيعيق تطور الحياة البشرية والحيوانية.

من ناحية أخرى ، يؤثر التمدد غير المنتظم للمياه أيضًا على التيارات المحيطية. لذلك ، لها أيضًا تأثيرات على الظروف المناخية للكوكب.

مراجع

1. شابلن ، م. شرح شذوذ كثافة الماء. تم الاسترجاع من: lsbu.ac.uk
2. Helmenstine، A. (2017). لماذا الجليد تعويم؟ تم الاسترجاع من: thinkco.com
3. الاطفال والعلوم. (وس. ف.). شذوذ الماء. تم الاسترجاع من: vias.org
4. ماير ، م. (2016). الجليد. تم الاسترجاع من: britannica.com
5. Study.com. (وس. ف.). التمدد الحراري: التعريف والمعادلة والأمثلة. تم الاسترجاع من: study.com.