一般来说,同种物质温度越高密度越小,遵从热胀冷缩的规律。那是因为,物体内的粒子(原子)运动会受到温度的影响。当温度上升时,粒子运动变得剧烈,物体体积就会变大;当温度下降时,粒子运动变得缓慢,物体体积就会缩小。但是,水就很特别。当水温低于4度时,温度越低,水的体积越大。
科学研究表明:水温在4摄氏度时,水的密度最大。温度高于4摄氏度时,随着温度的升高,密度越来越小;温度低于4摄氏度时,随着温度的降低,密度越来越小。水凝固成冰时,体积变大,密度变小。人们把水的这个特性叫做水的反常膨胀。
水的这个反常膨胀特性害苦了北方的自来水管和暖气水管。北方的冬天,天气寒冷。有的地方更是滴水成冰。北方的水管都要做保温处理,一般都埋入地下,有的还会和暖气管道挨在一起。为的就是不让水管冻了。如果保护不好,会使水管内的水结成冰。后果就比较严重了:冰的密度比水小,所以水冻成冰后体积增大。加之,水管遵循热胀冷缩的规律,遇冷后水管体积会减小。这一增一减,水管很快就胀裂了。
另一方面,水的这一反常膨胀现象,却能让湖底的鱼儿安全过冬。一阵寒风袭来,湖面很快结了冰,将湖水和冷空气分隔开来。冰层不断将低温向冰层下的水传导,但是4度的水的密度最大,它始终处在水的最下层。1度、2度、3度的水,其密度比4度水的密度要小,所以一直浮在4度水的上面。寒冷的冰层要延伸到湖底也是不容易。一是有1、2、3度水的隔离作用;二是水遇冷成冰时,会释放热量到水中;三是太阳光也能到达冰层下面的液态水中。比如,世界冰层最厚的贝加尔湖的冰层,也就是2米。这样冬季北方湖泊的冰层下,就始终会有4度左右的不会结冰的水,鱼儿也就能生存下去了。
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