Thí nghiệm với nước lạnh

37

P. Kanaev

Thí nghiệm với nước lạnh

Tại sao ống nước thường bị vỡ, chai nước bị vỡ vào mùa đông? Tại sao các cột băng lại xuất hiện trên nóc nhà khi mùa xuân đến và tại sao các rặng núi đôi khi rơi xuống đất cùng với cơn mưa vào mùa hè? Tại sao nước ở sông hồ sâu không đóng băng cho đến ngày?

Rất nhiều vùng nước tương tự có thể được hình thành, vì nước đóng băng có nhiều đặc điểm. Bạn có thể làm quen với một số người trong số họ trong quá trình thí nghiệm với nước ở nhiệt độ lạnh.

Tất cả các thử nghiệm được cung cấp cho bạn đều rất đơn giản; họ không yêu cầu bất kỳ sự chuẩn bị đặc biệt nào. Tuy nhiên, chúng tôi đưa ra một số lời khuyên. Tốt hơn là tiến hành thí nghiệm ở nhiệt độ không cao hơn -5°C. Hãy nhớ rằng các hộp đựng bằng thủy tinh hoặc nhựa hình trụ đựng nước có thể vỡ khi trời lạnh, vì vậy, bất cứ khi nào có thể, hãy sử dụng các hộp đựng có hình dạng hữu hạn. Trong một số thí nghiệm, bạn sẽ gặp dung dịch muối đun sôi bão hòa. Tốt hơn là nên chuẩn bị trước bằng cách hòa tan 30 g muối đun sôi trong 100 ml nước ấm.

Sau khi hoàn thành thí nghiệm, anh ta xác định độc lập các hiện tượng quan sát được và trả lời tất cả các câu hỏi nảy sinh. Nếu bạn không thể làm được điều này, hãy đọc đáp số và phần giải thích trong bài viết.

Vì vậy, bạn phải tiến hành các thí nghiệm sau:

1. Trong một căn phòng lạnh lẽo, không có hệ thống sưởi (ví dụ: trong nhà kho, tủ quần áo, nhà để xe) hoặc trên ban công, đặt một tấm kính lên bàn hoặc bề mặt nằm ngang khác, đặt một chiếc ly, úp ngược nó, một chiếc đĩa úp úp và cuối cùng là một chiếc chậu lớn. Dùng một ống hẹp nhỏ vài giọt nước lên đĩa rồi đổ nước vào các vết lõm trên thân ly và đĩa, đổ 2-3 hạt nước vào chậu.

Khi nước đóng băng, hãy nhìn kỹ vào bề mặt băng. Bạn sẽ thấy những giọt đông lạnh đã trở nên sắc bén và các nốt sần hình nón đã hình thành ở giữa các hốc của ly và đĩa (Hình 1). Và ở Tauu, một gò băng lịch sử đã mọc lên.

Bây giờ đo nước bằng dung dịch muối đun sôi hoặc xà phòng yếu

38

dung dịch và lặp lại thí nghiệm (bạn không cần phải sử dụng chậu). Hóa ra là khi nước raster đóng băng (và không chỉ nước!), không có butorki nào được hình thành.

Và một trải nghiệm nữa, nhưng không phải với nước mà bằng parafin hoặc sáp. Đổ parafin tan chảy (hoặc sáp) vào phần lõm của đế thủy tinh và mang ra nơi lạnh - sau khi parafin cứng lại trên bề mặt, bạn sẽ tìm thấy… một vladina (Hình 2).

Ba thí nghiệm về cùng một chủ đề cho kết quả khác nhau.

Tại sao?

Khi nước đóng băng, nó nở ra rất nhiều, đó là lý do tại sao bề mặt băng hình thành một vết sưng. Các tấm quét nước nở ra rất nhẹ khi đông cứng, bề mặt của chúng vẫn mịn. Paraffin khi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn sẽ bị hớt váng, kết quả là âm hộ xuất hiện.

2. Đối với thí nghiệm, bạn sẽ cần một bình thủy tinh có thành mỏng. Ví dụ, đây có thể là một hình trụ của bóng đèn sợi đốt không có đế (đế có thể được tháo ra nếu bạn cẩn thận cắt kính ở viền của nó với kim loại bằng dũa kim hình tam giác, trong khi bóng đèn phải được xoay liên tục).

Đổ đầy nước vào thùng chứa đến đường kính ngang tối đa và để nó đông lại.

Bạn sẽ thấy một bức tranh rất đẹp (Hình 3). Mép của thỏi băng hình thành nằm trong không gian chính, chỉ thỉnh thoảng đây đó có những bong bóng khí với nhiều hình dạng và kích thước khác nhau xen kẽ vào trong băng, và ở giữa thỏi có một cục máu đông mờ đục, gợi nhớ đến một con nhím cuộn tròn trong một quả bóng.

Đầu tiên, pha màu nước bằng sơn màu xanh lá cây (bạn có thể mua ở hiệu thuốc) và thực hiện lại thí nghiệm tương tự.

Sau khi nước màu đóng băng, hình ảnh sẽ càng đỏ hơn. Dọc theo các cạnh, băng sẽ vẫn ngẫu nhiên và không có màu, trong khi ở phần giữa, màu sắc sẽ dày lên rất nhiều, do đó “con nhím” sẽ có màu xanh lục.

Làm thế nào tất cả điều này có thể được giải thích?

Rõ ràng là nước bắt đầu đóng băng trên bề mặt và gần các bức tường.

Sự đóng băng sau đó lan dần về phía trung tâm của khối nước, nơi hình thành nhiều tinh thể băng định hướng. Điều này sẽ tạo ra một khối tinh thể hợp nhất mờ đục, làm phân tán ánh sáng theo mọi hướng.

Như chúng tôi đã nói, khi nước cứng lại, thể tích của nó tăng lên. Sẽ có những khoảng trống bên trong băng. Những bong bóng khí nhỏ nhất, mắt thường không nhìn thấy được nhưng luôn hiện diện trong nước, hợp nhất và tạo thành những bong bóng lớn hơn. Chúng có thể nhìn thấy rõ ràng nơi băng sẽ xảy ra.

Nước có màu hoạt động tương tự như nước tinh khiết. Khi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn, nó

39

các phân tử phải được sắp xếp một cách có trật tự. Kết quả là các phân tử chất màu dường như bị đẩy ra ngoài từ rìa vào giữa thể tích chất lỏng. Đây là lý do tại sao băng vẫn trong ở rìa và có màu đậm ở giữa.

3. Lấy một ống thủy tinh có đường kính 7-15 mm và bịt một đầu bằng nút cao su. (Bạn có thể sử dụng một ống trụ từ thiết bị “Ognivo” mà bạn có trong phòng vật lý của trường. Đáy vít cần được tháo ra và các quầy được đóng lại bằng nút chặn.) Cố định ống ở vị trí thẳng đứng với nút đậy hướng xuống (ví dụ: khóa nó vào chân của giá ba chân). Đổ đầy nước vào bình thu được và phủ một vòng giấy dày lên các cạnh.

Khi nước đóng băng, cột băng thu được sẽ dâng lên cùng với hình tròn giấy (Hình 4, a).

Thực hiện thí nghiệm tương tự với một chiếc bình úp ngược, tức là có nút chai ở trên và hình tròn bằng giấy ở dưới cùng. Trong trường hợp này, cột băng sẽ hạ xuống cùng với vòng tròn (Hình 4, b).

Bây giờ sự thay đổi so với trải nghiệm trước đã phần nào được nhìn thấy. Đổ một cột nước vào bình sao cho mực nước cách mép bình khoảng 1 cm. Đóng lỗ bằng một vòng tròn và lật bình lại (Hình 4, c). Sau khi nước đóng băng, bạn sẽ thấy cột băng không rơi xuống mà dâng cao, đến gần điểm tắc nghẽn giao thông.

Có thể rút ra kết luận gì?

Khi nước đóng băng, nó nở ra và nở ra theo mọi hướng. Nhưng “đáy” và thành bình chống lại chuyển động nên cột băng chỉ di chuyển theo một hướng - đến nơi có áp suất thấp nhất.

4. Lấy hai ly ra ngoài trời lạnh. Đổ nước sạch vào một cái, và đổ dung dịch bão hòa cols đun sôi vào cái còn lại. Đối với thí nghiệm, bạn sẽ cần hai cột băng. (Chúng có thể được “trồng” một cách nhân tạo. Ví dụ, như thế này: đóng băng nước trong một ống thủy tinh hẹp hoặc ống kim loại đóng ở một đầu. Để loại bỏ lớp băng đã hình thành, hãy làm nóng nhẹ ống.)