Такая знакомая и такая удивительная вода Открытое внеклассное мероприятие «Мир вокруг нас»

Если последовательно сфотографировать все части поверхности земного шара, то 70% снимков будут иметь такой вид, как фотография на этом слайде, поверхность Земли более чем на 2/3 покрыта водой. На долю океанов приходится основная масса воды, содержится она в озерах, реках, под землей и в воздухе. Запас воды в атмосфере в виде пара вдвое превышает ресурсы всех рек.

Средняя глубина океанов составляет 3800 м, наибольшую глубину имеет так называемая Марианская впадина в Тихом океане около м. Если выровнять сушу и дно океанов так, чтобы Земля стала точно шаром, то вся поверхность ее будет покрыта слоем воды толщиной около 2500 м. Средняя глубина океанов составляет 3800 м, наибольшую глубину имеет так называемая Марианская впадина в Тихом океане около м. Если выровнять сушу и дно океанов так, чтобы Земля стала точно шаром, то вся поверхность ее будет покрыта слоем воды толщиной около 2500 м.

Зная это, а также учитывая, что средний радиус Земли равен 6400 км, можно рассчитать примерный объем воды на Земле и радиус той «капли», которую образовала бы вода, если всю ее собрать воедино. Зная это, а также учитывая, что средний радиус Земли равен 6400 км, можно рассчитать примерный объем воды на Земле и радиус той «капли», которую образовала бы вода, если всю ее собрать воедино.

Без воды невозможна была бы жизнь на нашей планете. Она содержится в организмах животных, в растениях. Человек ежегодно потребляет около двух тонн воды. Мы пользуемся ею постоянно, она необходима нам так же, как воздух. Без воды невозможна была бы жизнь на нашей планете. Она содержится в организмах животных, в растениях. Человек ежегодно потребляет около двух тонн воды. Мы пользуемся ею постоянно, она необходима нам так же, как воздух. И эта вода, такая распространенная и такая, на первый взгляд, обыкновенная жидкость, обладает, оказывается, необыкновенными физическими свойствами, отличающими ее от других веществ и делающими ее такой полезной для человека. Как будто природа специально позаботилась о том, чтобы придать воде свойства, благодаря которым смягчаются жара и холод на Земле, рыбы могут зимовать в водоемах, человек пользуется «мостами изо льда»... И эта вода, такая распространенная и такая, на первый взгляд, обыкновенная жидкость, обладает, оказывается, необыкновенными физическими свойствами, отличающими ее от других веществ и делающими ее такой полезной для человека. Как будто природа специально позаботилась о том, чтобы придать воде свойства, благодаря которым смягчаются жара и холод на Земле, рыбы могут зимовать в водоемах, человек пользуется «мостами изо льда»...

Рассмотрим некоторые из этих свойств. Рассмотрим некоторые из этих свойств. Вода относится к тем редким веществам, которые в обычных условиях нашей жизни встречаются и в виде твердого тела, и в виде жидкости, и в виде газа. Многие ли из вас видели, например, твердый бензин (температура его плавления ниже 60°С)? Жидкое железо мы можем увидеть только во время экскурсии на металлургический завод, а жидкий воздух в специальных лабораториях. А вот воду мы хорошо знаем во всех трех состояниях. Зимой, стоя на берегу реки, мы видим лед твердое состояние воды, видим в проруби воду, вдыхаем вместе с воздухом водяной пар (он невидим). Вода относится к тем редким веществам, которые в обычных условиях нашей жизни встречаются и в виде твердого тела, и в виде жидкости, и в виде газа. Многие ли из вас видели, например, твердый бензин (температура его плавления ниже 60°С)? Жидкое железо мы можем увидеть только во время экскурсии на металлургический завод, а жидкий воздух в специальных лабораториях. А вот воду мы хорошо знаем во всех трех состояниях. Зимой, стоя на берегу реки, мы видим лед твердое состояние воды, видим в проруби воду, вдыхаем вместе с воздухом водяной пар (он невидим).

Известно, что все тела при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. Это относится и к воде. Именно этим объясняется, например, прогревание воды способом конвекции. Но если пронаблюдать расширение и сжатие воды при изменении ее температуры более тщательно, то мы заметим особенность воды, имеющую большое значение для человека. Известно, что все тела при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. Это относится и к воде. Именно этим объясняется, например, прогревание воды способом конвекции. Но если пронаблюдать расширение и сжатие воды при изменении ее температуры более тщательно, то мы заметим особенность воды, имеющую большое значение для человека. Представьте себе, что в двух одинаковых колбах налиты жидкости. В одной колбе вода, в другой любая другая жидкость, скажем бензин, и обе жидкости имеют одинаковую температуру, например, 15 °С. Будем постепенно охлаждать эти жидкости до 0°С. Сначала вода не проявит никаких «чудес», обе жидкости будут сжиматься. Но после того как температура жидкостей станет равной 4 °С, бензин будет продолжать сжиматься, а вода станет расширяться! Представьте себе, что в двух одинаковых колбах налиты жидкости. В одной колбе вода, в другой любая другая жидкость, скажем бензин, и обе жидкости имеют одинаковую температуру, например, 15 °С. Будем постепенно охлаждать эти жидкости до 0°С. Сначала вода не проявит никаких «чудес», обе жидкости будут сжиматься. Но после того как температура жидкостей станет равной 4 °С, бензин будет продолжать сжиматься, а вода станет расширяться!

Рассмотрим обратный процесс: будем нагревать эти жидкости от 0 °С. Бензин (и другие жидкости) будет только расширяться, а вода сначала сожмется, а лишь после 4 °С начнет расширяться, то есть поведет себя как остальные жидкости.

Из наших наблюдений следует, что наибольшую плотность вода имеет при 4 °С, при нагревании выше этой температуры и при охлаждении ниже нее плотность воды уменьшается. Это свойство пресной воды (морская вода им не обладает) носит название аномалии теплового расширения (аномалия неправильность, отклонение от общей закономерности).

Благодаря аномалии теплового расширения воды водоемы с пресной водой не промерзают зимой до дна. По мере наступления холодов воздух над озером, рекой или прудом постепенно охлаждается. Охлаждается и соприкасающийся с ним верхний слой воды. По мере остывания он становится плотнее и опускается на дно тонет в менее плотной теплой воде. Постепенно придонный слой воды становится все холоднее, и наконец температура его достигает 4 °С. Лежащие над ним слои воды продолжают охлаждаться от 4 °С до 0 °С, но теперь уже плотность их становится меньше, и они не опускаются вниз. Поэтому на дне водоема и зимой сохраняется сравнительно теплый слой воды, в котором и зимуют рыбы, рачки, водоросли. Благодаря аномалии теплового расширения воды водоемы с пресной водой не промерзают зимой до дна. По мере наступления холодов воздух над озером, рекой или прудом постепенно охлаждается. Охлаждается и соприкасающийся с ним верхний слой воды. По мере остывания он становится плотнее и опускается на дно тонет в менее плотной теплой воде. Постепенно придонный слой воды становится все холоднее, и наконец температура его достигает 4 °С. Лежащие над ним слои воды продолжают охлаждаться от 4 °С до 0 °С, но теперь уже плотность их становится меньше, и они не опускаются вниз. Поэтому на дне водоема и зимой сохраняется сравнительно теплый слой воды, в котором и зимуют рыбы, рачки, водоросли.

Но на этом «чудеса» не кончаются, вода не скупится на сюрпризы. Но на этом «чудеса» не кончаются, вода не скупится на сюрпризы. Возьмите две пробирки (или маленькие стеклянные пузырьки) и налейте в одну из них воду, а в другую расплавленный воск или стеарин. Воск оставьте в комнате он быстро застынет, а воду придется вынести на мороз или поместить в морозильную камеру холодильника, чтобы она обратилась в лед. И снова вода удивит нас! Воск в процессе отвердевания сожмется, на его поверхности образуется глубокая воронка. А на поверхности льда вы увидите выпуклость (а если пузырек был наполнен водой доверху и закрыт, то лед его даже разорвет). Возьмите две пробирки (или маленькие стеклянные пузырьки) и налейте в одну из них воду, а в другую расплавленный воск или стеарин. Воск оставьте в комнате он быстро застынет, а воду придется вынести на мороз или поместить в морозильную камеру холодильника, чтобы она обратилась в лед. И снова вода удивит нас! Воск в процессе отвердевания сожмется, на его поверхности образуется глубокая воронка. А на поверхности льда вы увидите выпуклость (а если пузырек был наполнен водой доверху и закрыт, то лед его даже разорвет).

Сделаем вывод: при переходе воды из жидкого состояния в твердое плотность ее уменьшается ведь объем ее увеличивается при неизменной массе. У воска, как и у большинства веществ, наоборот, плотность при отвердевании увеличилась. Сделаем вывод: при переходе воды из жидкого состояния в твердое плотность ее уменьшается ведь объем ее увеличивается при неизменной массе. У воска, как и у большинства веществ, наоборот, плотность при отвердевании увеличилась. Благодаря этой особенности воды, лед, покрывающий зимой поверхность озера, не опускается на дно, не тонет. Если бы он не имел такого свойства, то аномалия теплового расширения воды не принесла бы пользы, водоемы промерзали бы до дна. То, что вода имеет наибольшую плотность при 4 °С и что она расширяется при отвердевании, приводит к такому окончательному распределению температур в водоемах, какое показано на рисунке 1. Благодаря этой особенности воды, лед, покрывающий зимой поверхность озера, не опускается на дно, не тонет. Если бы он не имел такого свойства, то аномалия теплового расширения воды не принесла бы пользы, водоемы промерзали бы до дна. То, что вода имеет наибольшую плотность при 4 °С и что она расширяется при отвердевании, приводит к такому окончательному распределению температур в водоемах, какое показано на рисунке 1.

Возникает, однако, вопрос: почему не вырав- нивается температура воды в водоеме? Почему за долгую холодную зиму водоемы все же не охлаждаются до дна за счет теплопроводности? Это объясняется тем, что вода имеет очень малую, или, как говорят, плохую теплопроводность. Возникает, однако, вопрос: почему не вырав- нивается температура воды в водоеме? Почему за долгую холодную зиму водоемы все же не охлаждаются до дна за счет теплопроводности? Это объясняется тем, что вода имеет очень малую, или, как говорят, плохую теплопроводность.

Слой воды толщиной в 1 м и площадью в 1 м 2 при разности температур его поверхностей, равной 1 °С, передает за одну секунду от более нагретой к менее нагретой поверхности 0,58 Дж энергии. Эта величина 0,58 Дж/(м 3 °С с) называется коэффициентом тепло- проводности воды. Для сравнения укажем значения коэффициентов теплопроводности меди 395 Дж/(м 3 °С с) (в 660 раз больше, чем воды), алюминия 204 Дж/(м 3 °С с). Слой воды толщиной в 1 м и площадью в 1 м 2 при разности температур его поверхностей, равной 1 °С, передает за одну секунду от более нагретой к менее нагретой поверхности 0,58 Дж энергии. Эта величина 0,58 Дж/(м 3 °С с) называется коэффициентом тепло- проводности воды. Для сравнения укажем значения коэффициентов теплопроводности меди 395 Дж/(м 3 °С с) (в 660 раз больше, чем воды), алюминия 204 Дж/(м 3 °С с).

Плохо проводит тепло и лед. А если поверх льда лежит еще и свеже­ выпавший снег, а он состоит из мелких кристалликов льда, между которыми находится воздух, совсем плохой проводник тепла, имеющий коэф- фициент теплопроводности 0,023 Дж/(м 3 °С с), то уж такая «шуба» надежно укрывает от мороза нижние слои воды в глубоких водоемах. Плохо проводит тепло и лед. А если поверх льда лежит еще и свеже­ выпавший снег, а он состоит из мелких кристалликов льда, между которыми находится воздух, совсем плохой проводник тепла, имеющий коэф- фициент теплопроводности 0,023 Дж/(м 3 °С с), то уж такая «шуба» надежно укрывает от мороза нижние слои воды в глубоких водоемах.

Обсудим еще одно замечательное свойство воды. Посмотрите таблицу удельных теплоемкостей тел (учебник для 8 классов). Самая большая удельная теплоемкость у воды! Чтобы нагреть 1 кг ее на 1 °С необходимо 4200 Дж энергии. Для керосина при тех же условиях необходимо 2100Дж, а для ртути 140 Дж. Значит, и остывая на один градус, килограмм воды отдаст окружающим телам в два раза больше энергии, чем керосин, и в 30 раз больше, чем ртуть. Поэтому при пользовании грелкой не только проще всего, но и выгоднее всего заполнять ее обычной водой. Обсудим еще одно замечательное свойство воды. Посмотрите таблицу удельных теплоемкостей тел (учебник для 8 классов). Самая большая удельная теплоемкость у воды! Чтобы нагреть 1 кг ее на 1 °С необходимо 4200 Дж энергии. Для керосина при тех же условиях необходимо 2100Дж, а для ртути 140 Дж. Значит, и остывая на один градус, килограмм воды отдаст окружающим телам в два раза больше энергии, чем керосин, и в 30 раз больше, чем ртуть. Поэтому при пользовании грелкой не только проще всего, но и выгоднее всего заполнять ее обычной водой. Подсчитайте, какое количество тепла выделится при остывании грелки с объемом 2 л, от 100 °С до 20 °С в двух случаях: когда грелка заполнена водой и когда она заполнена растительным маслом (плотность воды 1000 кг/м 3, масла 900 кг/м 3, их удельные теплоемкости, соответственно, 4200 Дж/(кг°С) и 2000 Дж/(кг °С). Подсчитайте, какое количество тепла выделится при остывании грелки с объемом 2 л, от 100 °С до 20 °С в двух случаях: когда грелка заполнена водой и когда она заполнена растительным маслом (плотность воды 1000 кг/м 3, масла 900 кг/м 3, их удельные теплоемкости, соответственно, 4200 Дж/(кг°С) и 2000 Дж/(кг °С).

А теперь рассмотрим это явление в других масштабах. Летом, в теплую погоду, количество теплоты, погло- щаемое от окружающего воздуха водами океанов, морей, больших озер, настолько значительно, что смягчается жара в тех местах суши, которые лежат вблизи больших водоемов. Наступает зима, и вода, остывая, отдает воздуху это громадное количество теплоты. Поэтому зима в таких местах Земли не столь сурова, как в других, лежащих на тех же широтах. А теперь рассмотрим это явление в других масштабах. Летом, в теплую погоду, количество теплоты, погло- щаемое от окружающего воздуха водами океанов, морей, больших озер, настолько значительно, что смягчается жара в тех местах суши, которые лежат вблизи больших водоемов. Наступает зима, и вода, остывая, отдает воздуху это громадное количество теплоты. Поэтому зима в таких местах Земли не столь сурова, как в других, лежащих на тех же широтах.

Подсчитаем, например, какое количество теплоты отдает Черное море при смене времен года от лета к зиме. Наблюдения показывают, что средняя температура поверхностных вод Черного моря летом около 25 °С, а зимой около 7 °С. Площадь его. поверхности приблизительно равна км 2, а средняя глубина около 1200 м. Подсчитаем, например, какое количество теплоты отдает Черное море при смене времен года от лета к зиме. Наблюдения показывают, что средняя температура поверхностных вод Черного моря летом около 25 °С, а зимой около 7 °С. Площадь его. поверхности приблизительно равна км 2, а средняя глубина около 1200 м. Объем воды в море Объем воды в море V = ( ) м м V = ( ) м м м м 3. Подсчитаем массу воды, зная, что плотность морской воды равна 1030 кг/м 3 : Подсчитаем массу воды, зная, что плотность морской воды равна 1030 кг/м 3 : m =1030 кг/м м 3 5, кг. m =1030 кг/м м 3 5, кг.

Удельная теплоемкость морской воды равна 4000 Дж/(кг°С). Следовательно, общее коли- чество теплоты, которое отдает море, остывая, равно: Удельная теплоемкость морской воды равна 4000 Дж/(кг°С). Следовательно, общее коли- чество теплоты, которое отдает море, остывая, равно: Q=4000Дж/(кг°С)(25-7)°С5, кг 3, Дж. Q=4000Дж/(кг°С)(25-7)°С5, кг 3, Дж. Подсчитайте сами, сколько нужно было бы сжечь каменного угля, чтобы получить такое количество теплоты. Подсчитайте сами, сколько нужно было бы сжечь каменного угля, чтобы получить такое количество теплоты. Воду применяют в качестве охладителя для двигателей внутреннего сгорания и реакторов потому, что она поглощает много тепла при нагревании. Воду применяют в качестве охладителя для двигателей внутреннего сгорания и реакторов потому, что она поглощает много тепла при нагревании. Вода хорошо растворяет многие вещества, и поэтому ее можно сделать и соленой, и сладкой. Температура кипения воды такова, что в ней можно сварить большинство потребляемых человеком продуктов... Вода хорошо растворяет многие вещества, и поэтому ее можно сделать и соленой, и сладкой. Температура кипения воды такова, что в ней можно сварить большинство потребляемых человеком продуктов...

Мы предлагаем вам посмотреть еще и таблицу удельных теплот парообра- зования веществ, убедиться, что из всех веществ, указанных в ней, вода имеет наибольшую удельную теплоту, и подумать, какие выгоды (а может быть, неудобства?) приносит это человеку… Мы предлагаем вам посмотреть еще и таблицу удельных теплот парообра- зования веществ, убедиться, что из всех веществ, указанных в ней, вода имеет наибольшую удельную теплоту, и подумать, какие выгоды (а может быть, неудобства?) приносит это человеку…