5. Плотность воды и её зависимость от температуры и солености

Плотность воды. Плотность – одна из важнейших физических характе-ристик любого вещества. Она представляет собой массу однородного вещества,

приходящуюся на единицу объема и измеряется в кг/м3. Плотность воды явля-ется функцией температуры, солености, давления, коллоидных взвесей.

Вода – единственное вещество, у которого в твердом состоянии плот-ность меньше, чем в жидком. При нормальном давлении плотность жидкой во-ды в диапазоне от 0 до 4°С ведет себя аномально, увеличиваясь с возрастанием

температуры от 999,87 до 1000 кг/м3. Поэтому при охлаждении от 4 до 0°С, т. е.

непосредственно перед замерзанием, охлаждающаяся вода не опускается вниз,

что сохраняет на глубинах в пресноводных водоемах положительную темпера-туру и предохраняет воду от замерзания, а водные организмы от гибели.

При последующем увеличении температуры выше 4 °С плотность воды,

как и у всех веществ, уменьшается. Плотность льда заметно меньше жидкой

воды, что также аномально. При температуре меньшей 0°С с уменьшением

температуры плотность падает и составляет 920 кг/м3 при температуре - 20°С.

Это приводит к тому, что лед, как вещество более легкое, чем вода всплывает и

экранизирует водную толщу, защищая ее от охлаждения. Влияние солености на

плотность также очень велико. Плотность морской воды может достигать 1025-1033 кг/м3. Морская вода при солености 35‰ и нормальном давлении имеет

при 0 и 20°С плотность 1028,17 и 1024,78 кг/м3 соответственно. Температура

замерзания воды при увеличении солености на каждые 10‰ уменьшается при-близительно на 0,54°С, поэтому вода замерзает при отрицательной температу-ре, составляющей, например, -1,9°С при солености 35‰.

6. Теплоемкость и теплопроводность воды. Вязкость воды. Поверхностное натяжение.

Теплоемкость — это количество теплоты, поглощаемой телом при нагре-вании его на 1°С. Определяется она по формуле:

C = dQ/dt или C = Q/Δt,

где dQ – бесконечно малое количество теплоты, вызвавшее бесконечно

малое повышение температуры dt; Δt = t2  t1 – изменение температуры тела,

происходящее в результате подвода к нему количества теплоты Q; t1 и t2 – тем-пература тела до и после подвода к нему теплоты.

Характеристикой теплоемкости вещества принята удельная теплоемкость –

отношение теплоемкости тела к его массе:

c = C/m или c = Q/(m Δt).

Температуропроводность – физический параметр вещества и, в частно-сти, воды, способствующий передаче теплоты таким образом, что температура

в каждой точке стремится к соответствующему в данный момент установивше-муся состоянию. Характеристикой температуропроводности является коэффи-циент температуропроводности a = λ/(cρ), где λ – коэффициент теплопровод-ности. Коэффициент температуропроводности воды слабо зависит от темпера-туры: при температуре, равной 0 и 10°С, a соответственно равно 0,485·10-3 и

0,504·10-3 м2ч.

Поверхностное натяжение воды достаточно велико, поэтому образуется

мениск – капиллярные силы, благодаря которым растения способны брать воду

из почвы. Вторым следствием является то, что водяные капли обладают боль-шой ударной силой, и являются одной из причин возникновения эрозии.