Номер 8, страница 141 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 5. Тепловые свойства газов, жидкостей и твёрдых тел. Параграф 34. Тепловое расширение твёрдых тел и жидкостей. Вопросы для самопроверки - номер 8, страница 141.

Условие.

8. Почему зимой вода в водоёмах не промерзает до дна?

Решение.

Решение

Вода в водоёмах не промерзает до дна зимой благодаря одному из уникальных физических свойств воды — аномалии её плотности.

1. У большинства жидкостей плотность монотонно увеличивается по мере их охлаждения. Следовательно, более холодные слои всегда оказываются более плотными и опускаются вниз, а более тёплые поднимаются наверх. Этот процесс перемешивания называется конвекцией.

2. Вода является исключением из этого правила. Её плотность достигает максимального значения не при температуре замерзания, а при температуре около $t = +4^\circ \text{C}$.

3. Осенью, когда воздух становится холоднее, поверхностные слои воды в озере или реке начинают остывать. Охладившись, они становятся плотнее и опускаются на дно, вытесняя наверх более тёплую воду. Такое перемешивание продолжается до тех пор, пока вся толща воды в водоёме не примет температуру $+4^\circ \text{C}$.

4. При дальнейшем понижении температуры воздуха поверхностный слой воды охлаждается ниже $+4^\circ \text{C}$. Однако теперь, при охлаждении от $+4^\circ \text{C}$ до $0^\circ \text{C}$, плотность воды уменьшается. Это означает, что более холодная вода становится легче и остаётся на поверхности, а конвекция (перемешивание) прекращается.

5. Когда температура поверхностного слоя достигает $0^\circ \text{C}$, вода начинает превращаться в лёд. Плотность льда меньше плотности жидкой воды, поэтому он не тонет, а образует на поверхности ледяной покров.

6. Этот слой льда, а также лежащий на нём снег, обладают низкой теплопроводностью. Они играют роль теплоизолятора, который защищает нижние слои воды от холодного зимнего воздуха и препятствует их дальнейшему промерзанию.

Благодаря этому процессу на дне глубоких водоёмов даже в самые суровые зимы сохраняется положительная температура (около $+4^\circ \text{C}$), что позволяет рыбам и другим водным организмам выживать.

Ответ: Вода в водоёмах не промерзает до дна из-за своей аномальной зависимости плотности от температуры. Наибольшую плотность вода имеет при температуре $+4^\circ \text{C}$. Поэтому, остыв до этой температуры, вода опускается на дно, а более холодные и менее плотные слои (с температурой от $+4^\circ \text{C}$ до $0^\circ \text{C}$) остаются на поверхности. Образующийся сверху лёд, который легче воды, служит теплоизолятором и мешает дальнейшему промерзанию водоёма.