Lorsqu'il est chauffé, le corps reçoit de la chaleur et lorsqu'il est refroidi, il la restitue.
La quantité de chaleur reçue par le corps lorsqu'il est chauffé peut être calculée par la formule :
où c est la capacité calorifique spécifique de la substance,
m est la masse de la substance,
La différence entre les températures finale et initiale.
La même formule convient pour calculer la quantité de chaleur dégagée lors du refroidissement du corps.
La capacité thermique spécifique d'une substance est une grandeur physique qui indique la quantité de chaleur qui doit être transférée à 1 kg de cette substance pour la chauffer de 1 ° C.
L'unité de mesure de la capacité thermique spécifique dans le système SI :
[s] = 1 J/(kg°C).
Lorsqu'un corps est refroidi à sa température précédente, la même quantité de chaleur est libérée que celle dépensée pour chauffer ce corps.
.......................
INTÉRESSANT
1. Pourquoi l'eau à une profondeur suffisante dans les réservoirs se réchauffe-t-elle mal en été ?
L'eau est chauffée par les rayons du soleil d'en haut. Cependant, l'eau a une mauvaise conductivité thermique.
2. Pourquoi la température de +4 degrés Celsius reste-t-elle à une profondeur proche du fond du réservoir en hiver ?
Premièrement, la glace ne coule pas.
La seconde est que l'eau qui s'est refroidie à +4 degrés Celsius a la densité la plus élevée, elle coule donc au fond.
Troisièmement, la mauvaise conductivité thermique de l'eau ne peut pas conduire à une égalisation de la température sur toute la profondeur.
Chauffage de la fiole du niveau de menuisier
À l'aide de cet appareil, les charpentiers fixent un niveau horizontal pendant les travaux de construction.
Si l'appareil repose sur une surface horizontale, la bulle d'air présente dans le tube de verre rempli d'eau sera située exactement au centre. Lorsque le niveau est incliné, la bulle se déplacera vers l'une des extrémités du tube.
La longueur d'une bulle d'air change avec les fluctuations de température. Mais comment? Quand la bulle est-elle plus grosse : par temps chaud ou froid ? Dans ces conditions, le gaz ne peut pas se dilater, car ceci est empêché par le liquide fermé dans le niveau. Lorsqu'il est chauffé, la dilatation du liquide sera supérieure à la dilatation du tube, ce qui comprime la bulle.
Ainsi, la bulle de niveau par temps chaud est plus petite que par temps froid.
Ah, tu es d'accord avec ça ?
Très souvent, la glace est utilisée pour le refroidissement. Cela est possible car lorsque la glace fond (fond), une grande quantité de chaleur est absorbée.
Le physicien japonais Masakazu Matsumoto a avancé une théorie qui explique pourquoi l'eau se rétracte lorsqu'elle est chauffée de 0 à 4°C au lieu de se dilater. Selon son modèle, l'eau contient des microformations - des "vitrites", qui sont des polyèdres creux convexes, aux sommets desquels se trouvent des molécules d'eau, et des liaisons hydrogène servent d'arêtes. Lorsque la température augmente, deux phénomènes s'affrontent : l'allongement des liaisons hydrogène entre les molécules d'eau et la déformation des vitrites, entraînant une diminution de leurs cavités. Dans la plage de température de 0 à 3,98°C, ce dernier phénomène domine l'effet d'allongement de la liaison hydrogène, qui donne finalement la compression observée de l'eau. Jusqu'à présent, il n'y a pas de confirmation expérimentale du modèle de Matsumoto - cependant, ainsi que d'autres théories expliquant la compression de l'eau.
Contrairement à la grande majorité des substances, lorsqu'elle est chauffée, l'eau est capable de réduire son volume (Fig. 1), c'est-à-dire qu'elle a un coefficient de dilatation thermique négatif. Cependant, nous ne parlons pas de toute la plage de température où l'eau existe à l'état liquide, mais seulement d'une zone étroite - de 0 ° C à environ 4 ° C. Quand b à proposÀ des températures plus élevées, l'eau, comme d'autres substances, se dilate.
Soit dit en passant, l'eau n'est pas la seule substance qui a tendance à rétrécir lorsque la température augmente (ou à se dilater lorsqu'elle est refroidie). Le bismuth, le gallium, le silicium et l'antimoine peuvent également "se vanter" d'un comportement similaire. Cependant, en raison de sa structure interne plus complexe, ainsi que de sa prévalence et de son importance dans divers processus, c'est l'eau qui attire l'attention des scientifiques (voir L'étude de la structure de l'eau continue, "Eléments", 09.10.2006).
Il y a quelque temps, la théorie généralement acceptée, répondant à la question de savoir pourquoi l'eau augmente son volume avec une température décroissante (Fig. 1), était le modèle d'un mélange de deux composants - «normal» et «ressemblant à de la glace». Cette théorie a été proposée pour la première fois au 19ème siècle par Harold Whiting et plus tard développée et améliorée par de nombreux scientifiques. Relativement récemment, dans le cadre du polymorphisme de l'eau découvert, la théorie de Whiting a été repensée. Désormais, on pense que dans l'eau surfondue, il existe deux types de nanodomaines ressemblant à de la glace : des zones similaires à de la glace amorphe de haute et de basse densité. Le chauffage de l'eau surfondue conduit à la fusion de ces nanostructures et à l'apparition de deux types d'eau : de densité plus élevée et plus faible. C'est la compétition astucieuse de température entre les deux "sortes" de l'eau résultante qui donne lieu à une dépendance non monotone de la densité à la température. Cependant, cette théorie n'a pas encore été confirmée expérimentalement.
Il faut être prudent avec cette explication. Ce n'est pas un hasard si seules les structures qui ressemblent à de la glace amorphe sont mentionnées ici. Le fait est que les régions nanoscopiques de la glace amorphe et ses analogues macroscopiques ont des paramètres physiques différents.
Le physicien japonais Masakazu Matsumoto a décidé de trouver une explication à l'effet discuté ici "à partir de zéro", rejetant la théorie d'un mélange à deux composants. À l'aide de simulations informatiques, il a examiné les propriétés physiques de l'eau sur une large gamme de températures, de 200 à 360 K à pression nulle, pour découvrir à l'échelle moléculaire les véritables causes de l'expansion de l'eau lors de son refroidissement. Son article dans le magazine Lettres d'examen physiqueça s'appelle : Pourquoi l'eau se dilate-t-elle quand elle refroidit ? Pourquoi l'eau se dilate-t-elle lorsqu'elle refroidit ?
Initialement, l'auteur de l'article a posé la question: qu'est-ce qui affecte le coefficient de dilatation thermique de l'eau? Matsumoto pense que pour cela, il suffit de découvrir l'influence de seulement trois facteurs : 1) les changements dans la longueur des liaisons hydrogène entre les molécules d'eau, 2) l'indice topologique - le nombre de liaisons par molécule d'eau, et 3) l'écart de l'angle entre les liaisons à partir de la valeur d'équilibre (distorsion angulaire).
Avant de parler des résultats obtenus par le physicien japonais, nous ferons d'importantes remarques et clarifications sur les trois facteurs ci-dessus. Tout d'abord, la formule chimique usuelle de l'eau H 2 O ne correspond qu'à son état vapeur. Sous forme liquide, les molécules d'eau sont combinées en groupes (H 2 O) par liaison hydrogène. X, où X est le nombre de molécules. La combinaison la plus énergétiquement favorable de cinq molécules d'eau ( X= 5) avec quatre liaisons hydrogène, dans lesquelles les liaisons forment équilibre, soi-disant angle tétraédrique, égal à 109,47 degrés (voir Fig. 2).
Après avoir analysé la dépendance de la longueur de la liaison hydrogène entre les molécules d'eau à la température, Matsumoto est arrivé à la conclusion attendue : une augmentation de la température donne lieu à un allongement linéaire des liaisons hydrogène. Et cela, à son tour, conduit à une augmentation du volume d'eau, c'est-à-dire à son expansion. Ce fait contredit les résultats observés, il a donc davantage considéré l'influence du deuxième facteur. Comment le coefficient de dilatation thermique dépend-il de l'indice topologique ?
La simulation informatique a donné le résultat suivant. À basse température, le plus grand volume d'eau en pourcentage est occupé par des amas d'eau, qui ont 4 liaisons hydrogène par molécule (l'indice topologique est de 4). Une augmentation de la température entraîne une diminution du nombre d'associés avec l'indice 4, mais en même temps, le nombre de clusters avec les indices 3 et 5 commence à augmenter. Après avoir effectué des calculs numériques, Matsumoto a constaté que le volume local des clusters avec des indices topologiques l'indice 4 ne change pratiquement pas avec l'augmentation de la température, et la variation du volume total des associés avec les indices 3 et 5 à n'importe quelle température se compense mutuellement. Par conséquent, un changement de température ne modifie pas le volume total d'eau, ce qui signifie que l'indice topologique n'a aucun effet sur la compression de l'eau lorsqu'elle est chauffée.
Il reste à élucider l'influence de la distorsion angulaire des liaisons hydrogène. Et ici commence le plus intéressant et le plus important. Comme mentionné ci-dessus, les molécules d'eau ont tendance à s'unir de sorte que l'angle entre les liaisons hydrogène est tétraédrique. Cependant, les vibrations thermiques des molécules d'eau et les interactions avec d'autres molécules non incluses dans le cluster ne leur permettent pas de le faire, écartant la valeur de l'angle de la liaison hydrogène de la valeur d'équilibre de 109,47 degrés. Pour quantifier ce processus de déformation angulaire, Matsumoto et al., s'appuyant sur leurs précédents travaux Topological building blocks of Hydrogen Bond Network in Water, publiés en 2007 dans Journal de physique chimique, ont émis une hypothèse sur l'existence de microstructures tridimensionnelles dans l'eau, ressemblant à des polyèdres creux convexes. Plus tard, dans des publications ultérieures, ils ont appelé de telles microstructures vitrites(Fig. 3). En eux, les sommets sont des molécules d'eau, le rôle des arêtes est joué par les liaisons hydrogène et l'angle entre les liaisons hydrogène est l'angle entre les arêtes de la vitrite.
Selon la théorie de Matsumoto, il existe une grande variété de formes de vitrites qui, comme les éléments de mosaïque, constituent une grande partie de la structure de l'eau et qui en même temps remplissent uniformément tout son volume.
Les molécules d'eau ont tendance à créer des angles tétraédriques dans les vitrites, car les vitrites doivent avoir l'énergie la plus faible possible. Cependant, en raison des mouvements thermiques et des interactions locales avec d'autres vitrites, certaines microstructures n'ont pas de géométrie avec des angles tétraédriques (ou des angles proches de cette valeur). Ils acceptent de telles configurations structurellement hors d'équilibre (qui ne leur sont pas les plus favorables du point de vue énergétique), qui permettent à toute la "famille" des vitrites dans son ensemble d'obtenir la valeur énergétique la plus faible possible. De tels vitrites, c'est-à-dire des vitrites, qui, pour ainsi dire, se sacrifient aux "intérêts énergétiques communs", sont appelés frustrés. Si dans les vitrites non frustrées le volume de la cavité est maximum à une température donnée, alors les vitrites frustrées, au contraire, ont le volume minimum possible.
Les simulations informatiques de Matsumoto ont montré que le volume moyen des cavités de vitrite diminue linéairement avec l'augmentation de la température. Dans le même temps, les vitrites frustrées réduisent considérablement leur volume, tandis que le volume de la cavité des vitrites non frustrées ne change presque pas.
Ainsi, la compression de l'eau avec l'augmentation de la température est causée par deux effets concurrents - l'allongement des liaisons hydrogène, qui entraîne une augmentation du volume d'eau, et une diminution du volume des cavités des vitrites frustrées. Dans la gamme de température de 0 à 4°C, le dernier phénomène, comme le montrent les calculs, l'emporte, ce qui conduit finalement à la compression observée de l'eau avec l'augmentation de la température.
Il reste à attendre la confirmation expérimentale de l'existence des vitrites et de leur comportement. Mais ceci, hélas, est une tâche très difficile.
Le chauffage des métaux avant le forgeage est une opération importante et responsable, qui détermine en grande partie non seulement la qualité des futures pièces, mais aussi la productivité du travail, le fonctionnement des équipements, la durée de vie des outils et les coûts de production.
Au cours du processus de chauffage, la structure du métal, ses propriétés, l'état des couches de surface, etc. changent.Chaque alliage a une plage de température pour le traitement sous pression et un certain mode de chauffage. La violation des paramètres de chauffage spécifiés entraîne une diminution de la qualité des pièces et éventuellement la destruction du métal. Par conséquent, pour un futur spécialiste, il est nécessaire d'étudier les phénomènes qui se produisent dans le métal lorsqu'il est chauffé.
Redimensionner la pièce. Les métaux se dilatent lorsqu'ils sont chauffés et se contractent lorsqu'ils sont refroidis. La variation des dimensions de la pièce est déterminée par la formule ∆l = l₀β∆t, où ∆l est la variation de la taille de la pièce avec la longueur l₀ lorsque sa température change de ∆t "C, β est le coefficient de dilatation linéaire (pour l'acier β = 0,0000122, pour l'aluminium β = 0,000024).
Lors du forgeage de pièces forgées en acier, qui se déforment généralement à une température de 1100 à 1200 "C, la quantité de retrait est déterminée approximativement, en supposant que le retrait est de 1,2% de la taille de la pièce à chaud. Par exemple , une pièce forgée de 500 mm de long après refroidissement à la température de l'atelier aura une longueur de 495 mm. Si le retrait du métal n'est pas pris en compte, la pièce forgée sera rejetée en taille.
L'effet du retrait sur la forme et les dimensions d'un forgeage est particulièrement prononcé lors du forgeage de pièces de forme complexe avec de longs processus, car le retrait peut entraîner un gauchissement important du forgeage. Il est très important de prendre en compte le retrait du métal dans la fabrication de matrices de travail pour le forgeage, en particulier pour le forgeage de précision d'alliages coûteux.
Phénomènes se produisant lors de l'échauffement des couches superficielles des pièces. Lorsque la température augmente, l'activité d'interaction du métal avec l'atmosphère du four augmente. Lorsque les aciers sont chauffés, une couche d'oxydes de fer FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄, également appelée calamine, se forme à la surface de la pièce. L'épaisseur de la couche de tartre dépend de la température et du temps de chauffage, de l'emplacement des pièces dans le four, de la composition des gaz du four et de la composition chimique de l'alliage. Les aciers s'oxydent le plus intensément à des températures supérieures à 900 "C. Ainsi, par rapport au taux d'oxydation à une température de 900" C, à 1000 "C, le taux d'oxydation double, à 1200" C - cinq fois.
La formation de calamine entraîne une perte de métal, une augmentation des tolérances d'usinage, réduit la productivité du travail et, étant un solide, réduit la durée de vie de l'outil pendant le traitement sous pression et la coupe.
Le chauffage des aciers au carbone s'accompagne de la formation d'une couche de tartre lâche, qui s'élimine facilement, mais ne protège pas le métal d'une oxydation supplémentaire. Le tartre dans les aciers alliés au chrome, au silicium, au tungstène, au nickel, a une faible épaisseur, une structure dense, ne se fissure pas et constitue une protection contre une oxydation ultérieure. Acier au chrome-nickel avec 15 à 20 % de nickel. ne s'oxyde pratiquement pas et est donc appelé résistant à la chaleur.
Le chauffage des aciers au carbone s'accompagne d'une combustion du carbone de la couche de surface à une profondeur de 2 à 4 mm. La réduction de la teneur en carbone, appelée décarburation, entraîne une diminution de la résistance et de la dureté de l'acier et une détérioration de la trempabilité de la pièce. La décarburation est particulièrement préjudiciable aux petites pièces forgées qui ont de petites surépaisseurs d'usinage et sont soumises à un durcissement ultérieur. Pour les grandes pièces forgées, la décarburation n'est pas dangereuse, car lors du forgeage et du refroidissement, le carbone des couches internes de la pièce se diffuse dans les couches externes et la composition chimique de l'alliage est nivelée.
Échauffement et égalisation de température inégaux sur la section de la pièce. Le chauffage de la pièce sur la section est effectué en raison du transfert de chaleur des couches externes vers les couches internes. Plus le coefficient de transfert de chaleur du métal est faible, plus la vitesse de chauffage * et la section transversale de la pièce sont élevées, plus la différence de température entre les couches externe et interne de la pièce est importante. Sous l'action d'une température élevée, les couches externes se dilatent plus que les couches internes et de fortes contraintes apparaissent entre elles, pouvant même entraîner leur destruction. La plupart des ébauches en aciers de construction au carbone d'une section allant jusqu'à 100 mm n'ont «pas peur» d'un échauffement rapide et peuvent donc être placées à froid dans un four à des températures allant jusqu'à 1300 ° C.
Les aciers à haute teneur en carbone et fortement alliés et de nombreux alliages complexes ont une faible conductivité thermique et nécessitent un chauffage lent pour éviter la fissuration. Ces aciers et alliages sont d'abord chargés dans un four à basse température, maintenus à cette température pendant un certain temps, et ce n'est qu'après avoir chauffé toute la section qu'ils commencent à monter en température.
Une fois les couches externes de la billette chauffées à la température de forgeage, les billettes sont laissées encore un peu de temps dans le four pour égaliser la température du métal sur toute la section. Ce temps est appelé temps de séjour.
Il est dangereux de forger une billette inégalement chauffée en raison de la déformation inégale du métal sur sa section transversale et de sa possible destruction. Lors du forgeage et du forgeage dans des matrices de support, un chauffage inégal conduit au non-remplissage du flux de matrice de travail et à une diminution de la durée de vie de l'outil.
Semblable au chauffage, le refroidissement des pièces forgées en acier allié doit également être effectué à faible vitesse. Lors d'un refroidissement rapide, des contraintes thermiques se produisent, ce qui peut provoquer des fissures dans les pièces forgées et entraîner des rebuts.
* La vitesse de chauffe est l'augmentation de la température de la pièce par unité de temps (par minute ou par heure, "C/h).
L'effet du chauffage sur la structure du métal. La structure des métaux et alliages et les propriétés mécaniques et technologiques qui lui sont associées dépendent de la composition chimique des alliages ; température et conditions de traitement. Ci-dessous, nous considérons l'effet de la température sur la structure et les propriétés des aciers au carbone - les alliages les plus souvent utilisés pour la fabrication de pièces forgées à la main.
La structure de l'acier, en fonction de la teneur en carbone et de la température, est décrite graphiquement par le diagramme d'état fer - carbone (Fe - C) (Fig. 18). En abscisse, le pourcentage de carbone (C) est porté, en ordonnée - température ("C").
A une température supérieure à la ligne AC, tous les aciers sont à l'état liquide (L); en dessous de cette ligne, des cristaux d'austénite solide (A) précipitent à partir de la fonte liquide. En dessous de la ligne AE, l'ensemble de l'alliage a une structure austénitique. L'austénite est une solution solide d'intercalation de carbone * dans le fer y (Fey), qui a un réseau cubique à faces centrées (voir).
* Une solution solide interstitielle est un alliage ayant un réseau cristallin du métal de base, dans lequel plusieurs atomes d'un autre composant sont intégrés. Dans les solutions solides de substitution, plusieurs atomes du métal de base sont remplacés par des atomes d'un autre composant. À certains rapports, le fer avec le carbone forme des solutions solides interstitielles, le fer avec le nickel - des solutions solides de substitution.
Lorsque la température diminue, la solubilité du carbone dans Fey diminue.
Dans les aciers hypereutectoïdes (C > 0,8 %), le carbone en excès, se séparant de l'austénite, forme le composé chimique Fe₃C - cémentite*. Par conséquent, dans la plage de température en dessous de la ligne SE et au-dessus de la ligne RK, les aciers hypereutectoïdes ont la structure austénite ± cémentite. Lorsque la température diminue, la quantité de cémentite augmente et la concentration de carbone dans l'austénite diminue.
* La cémentite carbonée contient 6,67 %.
A 723°C, une telle quantité de cémentite précipite que la concentration de carbone dans l'austénite sera de 0,8 %. Dans les aciers hypoeutectoïdes (C< 0,8%) при температуре ниже линии GS из аустенита выпадают зерна феррита*, в котором углерод практически отсутствует. С понижением температуры от линии GS (температура 723" С) количество феррита увеличивается, за счет чего концентрация углерода в аустенитных зернах увеличивается до 0,8%.
* Ferrite - une solution solide d'incorporation de carbone dans le fer a (Fea), ayant un réseau cristallin centré sur le corps.
Ainsi, dans la région GSP, les aciers hypoeutectoïdes ont une structure ferrite + austénite. A une température de 723 "C, la structure cristalline du fer subit une transformation allotropique : elle passe de face centrée à cubique centrée (Fey → Fea). Dans ce cas, l'austénite aurait dû se transformer en ferrite, mais il y a pratiquement pas de carbone dans la ferrite et dans l'austénite à t \u003d 723 "C, il en contient 0,8%. Par conséquent, à 723 "C, la ferrite est libérée de l'austénite et l'excès de carbone forme la cémentite. La ferrite et la cémentite à une concentration en carbone de 0,8% forment un mélange mécanique, la perlite, à une température inférieure à 723" C.
Dans la mesure où 
l'austénite dans les aciers hypoeutectoïdes et hypereutectoïdes à une température de 723 "C se transforme également en perlite, puis lorsqu'ils sont refroidis à température ambiante, les aciers hypoeutectoïdes auront la structure de perlite + ferrite, et les aciers hypereutectoïdes - perlite + cémentite. Figure 19, a - d montre les structures des aciers.
Lorsque les aciers sont chauffés à 723 "C, les transformations allotropiques ne se produisent pas et les aciers ne changent pas de structure. Lorsque la température dépasse 723" C, Fey → Fey et la perlite se transforment en austénite. Au-dessus de la ligne GSE, tout acier a une structure austénitique.
Les aciers à l'état d'austénite ont la ductilité la plus élevée. Ceci s'explique par le fait que, d'une part, la structure métallique est homogène : tous les grains ont la même structure austénitique ; d'autre part, la structure cristalline de l'austénite a un réseau cubique à faces centrées, et les métaux avec ce type de réseau sont les plus plastiques (plomb, cuivre, aluminium, etc.).
La perlite a une résistance mécanique élevée et une faible ductilité. Par conséquent, les aciers doivent être traités sous pression à des températures supérieures à la ligne PK. Sur le diagramme, la ligne pointillée Tk indique la limite inférieure de la plage de température de forgeage. Déformer l'acier en dessous de cette limite, c'est-à-dire à t< Тк, не следует, так как это может привести к разрушению металла.
La température de chauffage du métal est limitée non seulement par la température limite inférieure Tk, mais également par la limite supérieure, appelée température de début de forgeage Tn. Sur le diagramme d'état (voir Fig. 18), la limite supérieure de chauffage admissible est indiquée par une ligne pointillée Тн. Lorsqu'il est chauffé à des températures plus élevées, deux types de défauts de chauffage apparaissent dans le métal : la surchauffe et l'épuisement.
En cas de surchauffe, la taille des grains augmente, le métal acquiert une structure à gros grains et sa plasticité commence à diminuer. De plus, les pièces forgées à structure à gros grains ont de faibles propriétés mécaniques. Bien que la surchauffe puisse être corrigée par un traitement thermique ou un forgeage supplémentaire, sa correction nécessite des coûts et du temps supplémentaires.
Le chauffage jusqu'à une température proche de la ligne AE est inacceptable. Un tel chauffage conduit à une surcombustion - oxydation du métal le long des joints de grains en raison de la diffusion accélérée de l'oxygène dans le métal. Le burn-out est un mariage incorrigible. En raison de la violation des liaisons entre les grains lors du forgeage, un tel métal est complètement détruit. Ainsi, les métaux sont traités avec une pression dans la gamme de température T k déterminée pour chaque alliage.< t нагр < Т н. На диаграмме состояния железо - углерод такой интервал определен для углеродистых сталей заштрихованной областью, расположенной между линиями Тк и Тн.
Pour que les pièces forgées aient des propriétés mécaniques élevées, elles tendent à terminer le forgeage à une température proche de la température Tk. Dans ce cas, la recristallisation aura le temps de se produire dans le métal, et la structure restera fine.
L'une des substances les plus courantes sur Terre : l'eau. Nous en avons besoin, comme l'air, mais parfois nous ne le remarquons pas du tout. Elle est juste. Mais il s'avère
L'une des substances les plus courantes sur Terre : l'eau. Nous en avons besoin, comme l'air, mais parfois nous ne le remarquons pas du tout. Elle est juste. Mais il s'avère que l'eau ordinaire peut changer de volume et peser plus ou moins. Au fur et à mesure que l'eau s'évapore, se réchauffe et se refroidit, des choses vraiment étonnantes se produisent, dont nous allons apprendre aujourd'hui.
Muriel Mandell dans son livre divertissant "Phycisc Experiments for Children" expose les réflexions les plus intéressantes sur les propriétés de l'eau, sur la base desquelles non seulement les jeunes physiciens peuvent apprendre beaucoup de nouvelles choses, mais aussi les adultes actualiseront leurs connaissances qu'ils n'ont pas eu à postuler depuis longtemps, ils se sont donc un peu oubliés.Aujourd'hui, nous allons parler du volume et du poids de l'eau. Il s'avère qu'un même volume d'eau n'a pas toujours le même poids. Et si vous versez de l'eau dans un verre et qu'elle ne déborde pas, cela ne signifie pas qu'elle y rentrera en toutes circonstances.
1. L'eau se dilate lorsqu'elle est chauffée
Placer un bocal rempli d'eau dans une casserole remplie de cinq centimètres d'eau bouillante. l'eau et laissez mijoter à feu doux. L'eau du bocal commencera à déborder. En effet, lorsqu'elle est chauffée, l'eau, comme les autres liquides, commence à prendre plus de place. Les molécules se repoussent avec une plus grande intensité, ce qui entraîne une augmentation du volume d'eau.2. L'eau rétrécit en refroidissant
Laissez l'eau dans le bocal refroidir à température ambiante ou ajoutez de l'eau nouvelle et réfrigérez-la. Au bout d'un moment, vous constaterez que le pot précédemment plein n'est plus plein. Lorsqu'elle est refroidie à une température de 3,89 degrés Celsius, l'eau diminue de volume à mesure que la température diminue. La raison en était une diminution de la vitesse de déplacement des molécules et leur convergence les unes avec les autres sous l'influence du refroidissement.Il semblerait que tout soit très simple : plus l'eau est froide, moins elle occupe de volume, mais...
3. ... le volume d'eau augmente à nouveau lorsqu'il gèle
Remplissez le bocal d'eau jusqu'au bord et couvrez d'un morceau de carton. Mettez-le au congélateur et attendez qu'il gèle. Vous constaterez que le "couvercle" en carton a été poussé. Dans la plage de température comprise entre 3,89 et 0 degrés Celsius, c'est-à-dire sur le chemin de son point de congélation, l'eau recommence à se dilater. C'est l'une des rares substances connues possédant cette propriété.Si vous utilisez un couvercle hermétique, la glace brisera simplement le bocal. Avez-vous déjà entendu dire que même les conduites d'eau peuvent se briser avec la glace ?4. La glace est plus légère que l'eau
Placez quelques glaçons dans un verre d'eau. La glace flottera à la surface. L'eau se dilate lorsqu'elle gèle. Et, par conséquent, la glace est plus légère que l'eau: son volume représente environ 91% du volume d'eau correspondant.Cette propriété de l'eau existe dans la nature pour une raison. Il a un but très précis. On dit que les rivières gèlent en hiver. Mais en fait, ce n'est pas tout à fait vrai. Habituellement, seule une petite couche supérieure gèle. Cette calotte glaciaire ne coule pas car elle est plus légère que l'eau liquide. Il ralentit le gel de l'eau à la profondeur de la rivière et sert en quelque sorte de couverture, protégeant les poissons et autres animaux des rivières et des lacs des fortes gelées hivernales. En étudiant la physique, vous commencez à comprendre que beaucoup de choses dans la nature sont arrangées de manière opportune.
5. L'eau du robinet contient des minéraux
Versez 5 cuillères à soupe d'eau du robinet dans un petit bol en verre. Lorsque l'eau s'évapore, une bordure blanche restera sur le bol. Ce rebord est formé de minéraux dissous dans l'eau lors de son passage à travers les couches de sol.Regardez à l'intérieur de votre bouilloire et vous y verrez des gisements de minéraux. La même plaque est formée sur le trou pour drainer l'eau dans le bain.Essayez d'évaporer l'eau de pluie pour voir si elle contient des minéraux.L'air est un concept délicieux dans le monde naturel. J'aime les oiseaux depuis l'enfance et j'ai un couple de perroquets vociférants vivant à la maison. Savez-vous ce qui fait voler les oiseaux ? Le point ici n'est pas seulement dans les caractéristiques structurelles de leur corps, mais aussi dans l'environnement. Pour les oiseaux, l'air agit comme un analogue de l'eau pour les poissons, seulement il a une densité beaucoup plus faible, et ce n'est que le début de la liste des caractéristiques de l'air.
Comment le changement de température affecte-t-il l'air ?
Chaque jour, le temps change: aujourd'hui - bon, demain - mauvais, et après-demain l'hiver viendra. Avec l'arrivée du froid, dû au relief et au climat, l'air atmosphérique est comprimé - c'est la raison pour laquelle les météorologues nous parlent d'une augmentation de la pression atmosphérique, les gaz de la troposphère ayant tendance à se rapprocher de la surface terrestre, et mettre plus de pression sur tout ce qui se trouve en dessous.
Les basses pressions entraînent la formation d'anticyclones. Ils forment des tourbillons dans l'atmosphère qui tournent dans le sens antihoraire. Les anticyclones ne laissent pas entrer les masses d'air océaniques dans leur zone d'action - le temps devient calme avec peu de précipitations.
Lorsque l'air dans l'atmosphère commence à se réchauffer sous l'influence de l'énergie solaire, la pression atmosphérique diminue. Les gaz se dilatent et se dispersent dans l'atmosphère.
En saison chaude, les zones à basse pression atmosphérique subissent souvent l'action des cyclones :
- une augmentation des précipitations;
- diminution du nombre de jours sans nuages ;
- vent.
Un cyclone est l'exact opposé d'un anticyclone.
Records d'air chaud
Le championnat dans la catégorie des vols à haute altitude chez les oiseaux appartient aux vautours de Rueppel. Ces oiseaux sont capables de s'élever à plus de 12 kilomètres de hauteur grâce à l'air atmosphérique dilaté sous l'effet de la chaleur.
Bien sûr, en période fraîche, la hauteur du vol des vautours est un peu plus basse.
Les vautours africains étaient plus hauts que les hélicoptères artificiels. Les oiseaux de fer s'élèvent à une hauteur ne dépassant pas 9 km. Au-dessus, l'air devient trop raréfié et il n'y a tout simplement plus rien pour que l'hélice pousse plus loin.