Свойства воды в твердом состоянии. Свойства льда и воды

Свойства льда

Изучать законы природы и природные явления можно уже с ребенком трех лет. Дети дошкольного возраста любят проводить незамысловатые опыты, в результате которых могут получиться новые вещества или предметы.

Объяснять свойства снега и льда можно в зимний период во время прогулки на улице. Лучше всего будет захватить с собой две прозрачные емкости, например, стаканы, чтобы положить в них для сравнения кусочки снега и льда. Так будет легче сравнить их свойства, отделив условно от окружающей среды.К оглавлению ↑

Опыты

Чтобы определить свойства снега и льда, проведем с ребятами несколько опытов. Такого рода эксперименты уместно провести и родителям на прогулке с детьми, и воспитателям детских садов, и учителям начальных классов. Определять будем следующие свойства:

цвет,
вкус,
запах,
прозрачность,
хрупкость,
температуру.

К оглавлению ↑

Зачем это нужно детям?

Чтобы уметь различать природные явления, приучаться логически мыслить и делать выводы экспериментальным путем.

Проведем следующие опыты:

В один стакан кладем кусочек льда, в другой – комочек снега и оставить их на время в теплом помещении.
Сравнить снег и лед по цвету. Для этого используем кусочки белой и цветной бумаги.
Сравнить на запах.
Положить кусочек льда на ровную поверхность и ударить по нему, посмотреть, что с ним произойдет.
Рассмотреть, что произошло со снего
м и льдом в стаканах.

Исходя из проделанных опытов, вместе с детьми делаем соответствующие выводы.

Снег и лед имеют общие свойства: они без вкуса и при повышении температуры тают.

Однако есть и много различий: снег белый, а лед бесцветный, прозрачный; снег рыхлый, а лед хрупкий.

Итак, мы выделили свойства льда и снега. Теперь детям будет понятно отличие между этими двумя явлениями природы. Теперь можно подойти к тому, что снег и лед – это вода в твердом состоянии. При температуре 0 градусов капельки воды замерзают и превращаются в снежинки или град. Когда водяные пары поднимаются в небо, где температура гораздо ниже, они замерзают и становятся кристалликами льда. Постепенно кристаллики растут и превращаются в снежинки. Когда мы с вами идем по снегу, то лучики снежинок ломаются, и мы слышим скрип.

Снег можно еще сравнить с шубой. Предложите ребенку подумать, что общего между снегом и шубой. Под снегом температура выше, чем в окружающем воздухе. Именно поэтому растения зимой под снегом не гибнут.

Несмотря на то, что лед – это замерзшая вода, свойства воды и льда также будут иметь отличия. Так, можно попросить малыша заполнить водой пластиковую бутылку и рядом для сравнения положить кусочек льда. Делаем вывод, что вода способна принимать форму того сосуда, в который она помещена. Затем поместим наполненную водой бутылку в морозильную камеру и отметим первоначальный уровень воды. Когда вода замерзнет, мы увидим, что уровень льда значительно выше. Делаем следующий вывод: вода при замерзании расширяется. Перечисленные свойства воды применяют как в быту, так и в промышленном производстве. Так, с помощью замерзшей воды откалывают большие куски скальной породы. Можно сделать туфли менее тесными, если намочить их и заморозить на время.

Следующий опыт позволяет сравнить вес воды и льда. Поместите лед в воду: вы увидите, что лед в воде не тонет. Он гораздо легче. Именно поэтому айсберги в северных широтах плавают на поверхности океана и не тонут. Если бы это произошло, уровень воды в океане поднялся бы, и вода затопила бы все живое.

К оглавлению ↑

Выводы

вода способна принимать форму сосуда, лед – твердое состояние воды.
Лед легче воды.
Вода при замерзании расширяется.

Мы познакомили малышей со свойствами обычной воды и льда, который встречается нам зимой на улицах. Однако обязательно следует упомянуть о том, что лед производят в промышленных целях. Особыми свойствами отличается сухой лед.

К оглавлению ↑

Несколько слов о сухом льде

Если в состав обычной замерзшей воды входит водород, то сухой лед вместо водорода содержит углерод. Свойства сухого льда уникальны. Он замерзает лишь при температуре аж -78 градусов, таять начинает уже при температуре – 50 градусов. Свойства сухого льда позволяют ему при таянии миновать состояние жидкости и сразу превратиться в пар. Как и обычный лед, сухой не имеет запаха.

Примеры интересных опытов с сухим льдом

К оглавлению ↑

Где применяют его свойства?

В нем удобно перевозить на дальние расстояния продукты и медикаменты, которые при этом долго не портятся. Несколько гранул такого льда могут потушить горящий бензин. При таянии сухой лед образует густой туман, так что его применяют для создания спецэффектов. Тающий сухой лед способен отпугнуть комаров и грызунов-вредителей.

Конечно, это еще далеко не все свойства, которые имеют вода, снег и лед. Но детям вполне будет достаточно этих знаний, чтобы ориентироваться в процессах окружающей среды. Главное, чтобы знания были получены интересным, опытным путем. Тогда они останутся с малышом на долгое время.

Как сделать разноцветный фруктовый лед?

steshka.ru

Свойства воды в твердом состоянии. Видеоурок. Окружающий мир 3 Класс

Почему коньки так хорошо скользят по льду? Почему с гор сходят ледники? Почему подо льдом вода в реке не замерзает? Чем опасен гололед? На этом уроке мы будем искать ответы на все эти и многие другие вопросы. Узнаем, что иней, лед и снег – это вода в твердом состоянии, выучим основные свойства льда: тает в тепле, холодный и скользкий на ощупь, хрупкий, бесцветный и прозрачный, сохраняет форму, не тонет в воде, плохо проводит тепло.

Тема: Неживая природа

Урок: Свойства воды в твердом состоянии

В Антарктиде, покрытой четырехкилометровым слоем льда, находятся основные запасы этого вещества на Земле.

Рис. 1. Антарктида (Источник)

Лед встречает под землей, покрывает поверхности водоемов.

Рис. 2. Лед в подземной пещере (Источник)

Рис. 3. Лед на поверхности реки (Источник)

Айсберги – плавающие в море глыбы льда.

Рис. 4. Айсберг (Источник)

Снежинки состоят из мелких кристалликов льда.

Рис. 5. Снежинка (Источник)

Узоры на стекле в зимнее время – это кристаллы льда, образованные замерзшим водяным паром.

Рис. 6. Иней на стекле (Источник)

В современном мире получение льда – процесс доступный даже ребенку. Достаточно взять какую-нибудь емкость, наполнить водой, поставить на время в морозильную камеру, и получится лед.

Рис. 7. Получение льда из форм (Источник)

Иней в холодильнике – это замерзший водяной пар. Иней и лед – это вода в твердом состоянии.

Лед имеет свойство таять в теплом помещении (выше 0°), превращаясь в воду.

Лед холодный и скользкий на ощупь.

Рис. 8. Лед на руке (Источник)

Люди знали о том, что лед скользкий, и защищали крепости на возвышениях рвами с водой. В холодное время года защитники поливали стены водой, и по скользкой ледяной стене захватчики не могли пробраться внутрь.

Рис. 9. Крепость зимой

При температуре ниже 0° вода на поверхности почвы замерзает, превращаясь в гололед – опасное явление природы (в спешке можно поскользнуться, упасть и получить травму). Чтобы избежать травм, нужно не торопиться, выходить из дому заранее, при ходьбе наступать на всю подошву. Особенно осторожно нужно переходить дорогу – на скользком пути водителю сложнее быстро затормозить.

Рис. 10. Осторожно! Гололед! (Источник)

Лед – хрупкий. Если стукнуть по кубику льда молоточком, он расколется на множество льдинок.

Рис. 11. Колотый лед (Источник)

Лед сохраняет свою форму. Если переложить льдинку из блюдечка в стакан, её форма не измениться, потому что лед – твердое вещество и не меняет свою форму.

Рис. 12. Кубик льда (Источник)

Замерзшую поверхность водоема можно использовать для перемещений на транспорте или пешком, потому что лед, в отличие от воды, способен выдерживать на своей поверхности достаточно большой вес.

Рис. 13. Мотокросс по льду (Источник)

Для занятий спортом и развлечений заливают катки – большие ровные пространства льда.

Рис. 14. Каток на Красной площади (Источник)

Во время катания на коньках лед, соприкасающийся с лезвиями, тает, превращаясь в воду. Если бы не было этого тонкого слоя воды, кататься по льду было бы так же трудно, как по полу. Вода, как масло в машине, уменьшает трение между льдом и коньком и облегчает скольжение.

Рис. 15. Скольжение коньков по льду (Источник)

По той же причине происходит движение ледников с гор. Под давлением огромной массы льда его нижние слои начинают таять и ледяная река скользит по горному склону вниз, как коньки по поверхности катка.

Рис. 16. Схождение ледника с горы (Источник)

Лед не тонет в воде. Если бросить кусочек льда в емкость с водой, он не утонет, а будет плавать на поверхности.

Рис. 17. Лед плавает на поверхности воды (Источник)

Обычно твердые вещества тяжелее, чем те же вещества в жидком состоянии. Например, кусочек железа тонет в расплавленном железе, а свинцовый кубик тонет в расплавленном свинце. При замерзании вода занимает больший объем, чем прежде, она расширяется, поэтому лед легче воды. Уже одного этого свойства достаточно, чтобы выделить лед из ряда твердых веществ как исключение.

Если бы лед тонул, на поверхности водоемов в течение холодного времени года образовывались бы новые и новые слои льда на месте затонувших и водоем промерзал бы до самого дна. В результате водные животные и растения оказались бы скованы льдом, им грозила бы неминуемая гибель. К счастью, в природе этого не происходит, потому что лед не тонет в воде.

Рис. 18. Слой льда на поверхности водоема (Источник)

Лед плохо проводит тепло. В водоеме он защищает воду под ним от дальнейшего охлаждения. Вода тоже плохо передает тепло. Это доказывает такой опыт: на дно пробирки с водой опускают кубик льда с тяжелым грузом (поскольку лед не тонет в воде, в него заранее вмораживают грузик), край пробирки нагревают, верхний слой воды кипит, а лед не плавится. Из опыта можно сделать вывод, что не только лед, но и вода плохо проводит тепло. Верхние слои воды нагреваются, в то время как нижние остаются холодными. Это объясняет, почему испарения происходят только с поверхности водоемов.

Рис. 19. Опыт по нагреванию края пробирки с водой и утопленным льдом (Источник)

Если же нагревать воду в емкости снизу, то вскоре весь объем воды закипит (например, если мы поставим на плиту кастрюлю с супом). Так происходит потому, что нижний слой воды нагревается, расширяется и поднимается вверх, на его место опускается еще не прогретая вода, и процесс повторяется до тех пор, пока вся вода не прогреется до 100°. При такой температуре вода закипает и превращается в водяной пар.

Рис. 20. Опыт по нагреванию емкости с водой снизу (Источник)

Лед, как и стекло, бесцветен и прозрачен.

Рис. 21. Лед (Источник)

Рис. 22. Стекло (Источник)

Снег – одно из твердых состояний воды. Он белый, рыхлый, непрозрачный, тает в тепле и плавает в воде.

Рис. 23. Снег (Источник)

Список рекомендованной литературы

Вахрушев А.А., Данилов Д.Д. Окружающий мир 3. М.: Баллас.
Дмитриева Н.Я., Казаков А.Н. Окружающий мир 3. М.: ИД «Федоров».
Плешаков А.А.Окружающий мир 3. М.: Просвещение.

Рекомендованные ссылки на ресурсы интернет

Сайт учителя начальных классов (Источник).
Da-voda.com (Источник).
Elena-lapshina.ucoz.ru (Источник).

Рекомендованное домашнее задание

Составьте короткий тест (4 вопроса с тремя вариантами ответа) на тему «Вода в твердом состоянии».
Проведите небольшой опыт: в пластиковую или силиконовую емкость налейте холодной воды, поставьте в морозильную камеру на 4-5 часов. Опишите, что будет происходить, объясните, почему.
*Опытным путем докажите такие свойства льда, как прозрачность и бесцветность. Например, сделайте кубики льда с вмороженными в них небольшими листочками, цветами или ломтиками ярких фруктов. Опишите, что будет происходить, объясните, почему.

interneturok.ru

Свойства воды в твердом состоянии - Вода

Свойства воды в твердом состоянии

Свойства воды в твердом состоянии мы уже частично рассматривали в таких наших материалах как – Лёд – твердое состояние воды, Ледник — хранитель пресной воды, Белые снежинки на Новый год, Снег кружится.

В этом материале мы кратко суммируем и систематизируем все основные свойства воды в твердом состоянии. Общие свойства воды как таковые вы можете изучить, прочитав нашу статью – Свойства воды — химические и физические свойства воды в жидком состоянии.

Лед – твердое состояние воды

Твердое состояние воды – это, не что иное, как хорошо нам всем известный лед.

Приведем несколько точных определений.

Большой Энциклопедический словарь

Лед – вода в твердом состоянии. Известны 11 кристаллических модификаций льда и аморфный лед. В природе обнаружена только одна форма льда – с плотностью 0,92 г/см³, теплоемкостью 2,09 кДж/(кг.К) при 0 °С, теплотой плавления 324 кДж/кг, которая встречается в виде собственно льда (материкового, плавающего, подземного), снега и инея. На Земле ок. 30 000 000 км³ льда. Используется для хранения, охлаждения пищевых. продуктов, получения пресной воды, в медицине.

Большой Энциклопедический словарь. 2000

Словарь по географии

Лед – Твердая форма воды, образуемая в природе путем замерзания воды на реках, озерах и морях, конденсации атмосферного водяного пара в ледяные кристаллы, уплотнения снега и т.п.

Словарь по географии. 2015

Научно-технический энциклопедический словарь

ЛЕД, сложные шестигранные КРИСТАЛЛЫ, образованные водой, замерзшей при температуре 0 °С или ниже. Обладает меньшей плотностью, чем вода, поэтому не тонет. Когда водяные пары конденсируются при температуре ниже точки замерзания, формируются кристаллы льда. Это происходит главным образом в высоких перистых ОБЛАКАХ, а также в той части других облаков, которая выглядит серой. Скопление таких кристаллов порождает снежинки. Процесс может происходить у поверхности Земли, что приводит к образованию ИНЕЯ.

Научно-технический энциклопедический словарь

Свойства воды в твердом состоянии

Вода становится льдом, или переходит в твердое состояние при температуре равной 0 °C (при условии атмосферного давления равного 760 мм рт.ст. / 1 атм).
На температуру замерзания воды влияет количество растворенных в ней солей. Температура замерзания чистой воды всегда выше, чем температура замерзания «рассолов». Морская вода замерзает при температуре в районе -1,8 °С, а таяние льдов мирового океана начинается при температурах превышающих 2,3 °С.
Лед – бесцветное вещество, при больших объемах имеет синеватый оттенок.
В природе плотность льда составляет 0,92 г/см3.
Теплоемкость природного льда – 2,09 кДж/(кг.К).
Теплота плавления льда, встречающегося в природе – 324 кДж/кг. Если давление падает температура плавления льда растет.
При давлении равном 0,006 атм, температуры таяния и кипения совпадают, происходит это при 0,01 °C.
Лед обладает текучестью и пластичностью, которые он приобретает под действием собственного веса.
Плотность льда ниже плотности воды. Именно поэтому лед и не тонет. Это свойство воды является аномальным.
При переходе воды в твердое состояние из нее частично выделяются соли и газы.
Замерзая, вода увеличивается в объеме.
Удельный вес при 0 °С:
- Лед – 0,91674;
- Вода – 0,99987.
Лед имеет структуру, схожую со структурой алмаза – вокруг одной молекулы воды располагаются четыре ближайших молекулы в вершинах правильного тетраэдра.
Лед весьма скользкий и хрупкий.
Электропроводность воды в твердом состоянии – так же невысока, как и в жидком.

Вода в твердом состоянии в природе

В природе встречается несколько проявлений воды в твердом состоянии:

Природный лед:
- плавающие льды – льды, покрывающие водные бассейны при замерзании, айсберги … ;
- материковые льды – ледники …;
- подземные льды.
Снежинки.
Иней.
Сосульки.
Изморозь.
…

Немного интересных фактов

Практически 99% процентов пресной воды хранятся в ледниках и грунтовых водах.
Суммарные объемы льда на Земле составляют ориентировочно 30 000 000 км3.
Ледники не статичные образования. Например, в Гималаях скорость движения некоторых ледников достигает 2/3 метров в сутки.
Толщина ледников в полярных шапках достигает 4 км.
Айсберг – это плавающая глыба льда, отколовшаяся от ледника. На поверхности находится лишь 10% процентов его объема.
Если вдруг случится, что все ледники растают, то уровень мирового океана поднялся бы на 64 метра.
В полярных и приполярных районах лед часто используют как строительный материал, в том числе, и для строительства жилищ.
Лед присутствует и в космосе.

Свойства воды в твердом состоянии

Ноя 18, 2016 00:00 Waterman

vodamama.com

Опыты со льдом для дошкольников. Свойства снега и льда

Под опытами понимаются наблюдения за природными явлениями, организованные в специальных условиях. Проводиться они могут и в детском саду. Дошкольникам вполне под силу уяснить для себя не одни лишь внешние проявления природных фактов, но и очевидные взаимосвязи между ними.

Нужны ли опыты для дошкольников?

Какие закономерности под силу понять ребенку детсадовского возраста? Достаточно уверенно можно говорить о различных состояниях веществ, переходе их в другие качества, особенностях воздуха, свойстве песка пропускать воду и тому подобном.

Опыты для дошкольников помогают оттачивать логическое мышление, способности к сравнению и правильным выводам. Дети учатся формулировать собственные суждения, а также отстаивать их.

В основе каждого из них должны лежать представления, имеющиеся у ребенка на момент начала эксперимента. Причём дети в процессе должны принимать самое активное участие. Обсуждая с ними результаты, следует стимулировать дошкольников высказывать самостоятельные суждения. Благодаря несложным экспериментам малышей можно познакомить с немалым количеством характеристик воды, глины, песка и т. п.

Для примера рассмотрим опыты со льдом для детей детского сада, объясняющие свойства воды, а также другого хорошо известного ее состояния - льда. Казалось бы, вода - всем давно знакомое и привычное вещество, но как много неизвестного может узнать ребёнок в ходе хорошо подготовленного эксперимента!

Лед в кипятке

Итак, приступим. В первом из наших экспериментов участвуют и огонь, и вода, и лед. Точнее, мы с вами попробуем совместить лед и кипящую воду. Несложное оборудование, которое потребуется нам для этого, состоит из пробирки, спиртовой горелки, грузика, а также холодной воды и нескольких льдинок. В целом опыты со льдом в старшей группе (или подготовительной - малышам их понять пока трудновато) не требуют большого количества сложных инструментов и приборов.

Что знает ребенок на момент начала эксперимента? Дошкольникам обычно уже известно, что в горячей (не говоря уже о кипящей) воде лед имеет свойство быстро таять. Попробуем выяснить (это и будет целью нашего опыта) - а возможно ли такое: вода кипит, а лед остается твердым.

Как проводится эксперимент: берем пробирку и наполняем водой, затем бросаем туда кусочек льда. А так как он легче, чем вода, и имеет свойство всплывать, сверху придавливаем его медным грузиком, но при этом льдинки должны со всех сторон быть окружены водой.

И огонь, и вода, и лед - будьте осторожны!

Затем верхнюю часть пробирки начинаем нагревать на пламени спиртовой горелки - именно лишь верхнюю ее часть. Спустя совсем небольшой промежуток времени вода закипает - из пробирки выделяется пар. Но почему же на дне лежащий лед не тает, что за чудо природы?

Весь фокус в том, что кипящая вода находится лишь в верхней части пробирки, а на дне она остается холодной, то есть наш лёд не "в кипятке", а "под кипятком". Как известно, под воздействием тепла вода имеет свойство расширяться и становиться легче, поэтому кипящая вода и не думает опускаться на дно и смешиваться с холодной. Взаимодействия верхнего горячего и нижнего холодного слоев не происходит, нагреться нижняя часть пробирки может лишь путем теплопроводности, но, как известно, данный показатель у воды не слишком высок.

Кстати, самые простые опыты со льдом и снегом, понятные даже крохотному малышу, - это наблюдение на улице за летящими снежинками. Если взять лист бархатной бумаги черного цвета и выйти во двор в снегопад, опустившиеся снежинки на листе продемонстрируют свою безупречную кристаллическую структуру. Постояв немного подольше, мы получим наглядное представление о том, как образуется рисунок из снега.

Повышаем скорость охлаждения

Эксперимент номер 2. Интересные опыты со льдом можно проводить и в индивидуальном порядке - для собственного сына или дочки. Возьмем два крупных куска льда и приготовим пару чашек горячего какао. Это удобнее проделывать в домашних условиях. На чём базируется данный опыт? Скорее всего, ребёнок уже знает, как нагревается на плите, например, кастрюля с супом.

Горячий воздух поднимается вверх. Но таким же свойством обладает и вода, где самый нагретый слой всегда будет наверху. Напомните малышу, что суп на поверхности тарелки всегда горячее, чем на ее дне.

В ходе нашего опыта мы собираемся выяснить, куда именно следует помещать лед для быстрейшего охлаждения жидкости. Итак, ваш ребенок любит какао. Если нет - приготовьте другой напиток, который он с удовольствием выпьет. Поставьте одну из чашек на пластинку льда, а другую накройте таким же ледяным кусочком. Позвольте малышу аккуратно с помощью пальчика и языка выяснить, в какой из чашек процесс охлаждения движется с большей скоростью, и попробуйте вместе поразмышлять, отчего так происходит.

Рассказываем заранее - охладить быстрее получится вторую чашку, ту, которая покрыта сверху льдом. Ведь, как известно, холодная жидкость имеет свойство опускаться вниз, таким образом ускоряя перемешивание слоев.

Цветы из снега

Эксперимент номер 3. Для него приготовьте мыльный раствор и соломинку. К моменту начала опыта дети уже должны знать, что снежинки представляют собой микроскопические кристаллы, образование которых происходит в облаках в холодную погоду. Целью же нашего опыта станет как раз увидеть, как это происходит.

Для проведения его нужно выйти из помещения в ясный морозный день (температура воздуха должна быть достаточно низкой). Почти все опыты со льдом или снегом вне помещения требуют холодной погоды - в оттепель ничего не выйдет.

Попробуйте через соломинку выдуть крупный мыльный пузырь. Снежные "цветы" будут образовываться под тонким слоем пленки и прямо на глазах расти.

Попутно стоит продемонстрировать детям и процесс образования инея. Сделать это еще проще - в мороз берем с собой на улицу чашку с кипятком и закрываем сверху чем-либо металлическим, например, крышкой от кастрюльки. Капельки пара от кипятка осядут на ней и быстро превратятся в на морозном воздухе в кристаллы инея.

Выращиваем сосульки

Эксперимент номер 4. Нам потребуется взять достаточно точный термометр и прикрепить его к длинному шесту, чтобы измерять температуру на крыше небольшой постройки, например сарая или гаража, а также под этой крышей. Знания, которыми должны обладать дети на момент начала эксперимента, несложны - почти все дошкольники уже в курсе, что при положительной температуре вода тает, при отрицательной образуется лед.

На этот раз наши опыты со льдом позволят изучить процесс образования сосулек. И узнать, почему вырастают они на крышах, а не где-то в других местах. И отчего процесс идет гораздо быстрее в солнечную погоду.

На всякий случай уточните, известно ли детям, откуда берутся такие красивые ледяные сосульки. Можно заранее понаблюдать за их ростом на ближайших крышах из окна, выбрав солнечный ясный денек. Заострите детское внимание на парадоксе - почему в мороз новых сосулек не образуется, а растут они лишь на ярком солнышке? Казалось бы, чем холоднее погода, тем больше должно образовываться льда.

Если малыши не в силах сами выстроить логическую цепочку рассуждений, помогите им. Ход мыслей будет таким: что нужно, чтобы появилась сосулька? Прежде всего, вода, затем поверхность, откуда эта вода сможет стекать небольшим ручейком. Ну и, наконец, температура, при которой происходит превращение этой воды в лед. Сочетание трех данных условий оказывается в наличии, если на фоне минусовой температуры начинает пригревать солнышко.

Каким образом это происходит? А вот таким: солнце нагревает лежащий на крыше снег и лед, тот начинает таять, стекающие струйки воды на краю крыши подвергаются перепаду температуры от положительной к отрицательной. Объясняется такой ее скачок тем, что солнечные лучи падают на поверхность гладкой и слегка покатой крыши под самым большим углом, в результате чего та подвергается значительному нагреванию вместе с лежащим снегом.

Раскрасим снег в разные цвета

Эксперимент номер 5. Продолжаем наши опыты со снегом и льдом. Запастись на этот раз придётся некоторым количеством пластиковых бутылок, в которые следует налить горячую воду, причём вода должна быть подкрашена гуашью в разные цвета. Пробку в каждой бутылке следует проколоть иголочкой, сделав небольшое отверстие.

Кроме того, нужно будет взять детскую лопатку и отыскать на территории садика несколько поверхностей, покрытых ровным слоем снега.

Знания, которыми обладают дети на момент начала эксперимента, заключаются в том, что всё (в том числе и снег, и лед) состоит из мелких частичек, именуемых молекулами. В ходе эксперимента мы наглядно продемонстрируем детям, каким образом окрашиваются различные предметы и вещества. А происходит это благодаря проникновению пигмента в структуру того предмета, который мы хотим разукрасить.

Отправляясь на прогулку после снегопада, когда дорожки покрыты свежим пушистым снежком, раздайте детям по бутылке с цветной водой, достаточно горячей, чтобы не сразу замерзла. Посмотрите, где именно снег лег слоями разной толщины.

Предложите детям сделать на его поверхности цветные рисунки, разбрызгивая окрашенную воду. Такое занятие само по себе очень интересно. Возможно, увлекшимся творческим процессом малышам и не захочется обсуждать научную сторону опыта, но это не страшно. Нарисовавшись, они вернутся к изучению предмета.

Предложите лопаткой приподнять снег и обратите детское внимание на то, что толщина прокрашенного слоя зависит от количества вылитой воды и степени пушистости сугроба. Если же мы попробуем покрасить плотные снежки или хорошо утрамбованную поверхность, цветная вода не сможет проникнуть глубже самого верхнего слоя. Результат будет тем нагляднее, чем сильнее мороз на улице.

Получаем чистый лед

Эксперимент номер 6. Запаситесь водой (обычной, соленой и сладкой). Для начала сообщите детям о том, что хотя, как им известно, океанская вода соленая, но лед на поверхности Северного Ледовитого океана пресный. В ходе эксперимента вместе с детьми мы выясним, как происходит освобождение замерзающей воды от примесей в виде сахара и соли.

Для проведения опыта приготовьте заранее несколько ледяных кубиков. Каждый из них, полученный из сладкой, соленой, а также самой обычной пресной воды, аккуратно расколите пополам. Поинтересуйтесь у детей - как они считают, заморозив сладкую либо соленую воду, мы получим такой же лед?

Скорее всего, ответ будет положительным. Но это неправильно - на самом деле кристаллизующаяся в процессе образования льда вода избавляется от чужеродных молекул и примесей. Для подтверждения ваших слов разрешите детям лизнуть ледяные кусочки и убедиться в вашей правоте.

Подводные обитатели

Эксперимент номер 7. Для его проведения вам предстоит, кроме снега, разыскать покрытую прозрачным льдом лужу. Малыши должны уже знать, что прозрачные плоскости позволяют рассматривать то, что под ними находится, непрозрачные - наоборот. Напомнить им это можно, пояснив на примере простого стекла.

В ходе эксперимента мы постараемся разглядеть, что творится на дне глубокой лужи или небольшого прудика. Если в окрестностях такого водоема не наблюдается, придётся организовать его самостоятельно - например, в пределах пластиковой бутыли пятилитрового объёма. Выложите на дне композицию из палочек, камешков, орешков и т. п., затем залейте все водой и поставьте на мороз. После замерзания под прозрачным слоем льда все предметы будут отчётливо просматриваться.

Затем на глазах у детей присыпьте лед снегом, и содержимое бутыли тотчас же скроется из виду. Отчего так происходит? Всё просто - снег, в отличие ото льда, непрозрачный.

Чтобы увеличить познавательную ценность эксперимента, попутно можно пояснить детям и другие свойства снега (сыпучесть, рыхлость, мягкость) и льда (ломкость, хрупкость, твердость). Упомяните и о возможности пораниться об острые края льдинок и необходимости соблюдать осторожность.

Как Дед Мороз расписывает нам окошки

Эксперимент номер 8. Все видели морозные узоры на оконных стеклах. Попробуем воспроизвести их в "лабораторных" условиях. Вместо оконного стекла возьмем кусок пластика или сухую стеклянную пластину, которая заменит нам окно. Еще потребуется чашка горячей воды и различной толщины кисточки. Погода в день проведения эксперимента должна быть достаточно морозной.

Выводя детей на прогулку, предупредите их, что предстоит перевоплотиться в Деда Мороза. Если дети уже достаточно большие, можно заранее обсудить сюжет будущего рисунка, и даже создать на бумаге эскиз.

Выйдя на улицу, на сухую предварительно протертую поверхность стекла с помощью кисточки аккуратно нанесите узор горячей водой. Работать нужно быстро, пока вода не застыла. Повторно проводить кисточкой по тому же месту не следует, а вот после замерзания картинки можно повторить процедуру и сделать все линии толще и заметнее.

Несомненно, существуют и другие опыты со льдом. Кое-что вы можете придумать и сами. Главное - пробудить и поддержать интерес малышей к таким необычным и разнообразным природным явлениям!

fb.ru

16.3. Физические свойства льда

Во льду всегда имеются полости с рассолом и полости, заполненные воздухом или газами. Отношение объема пузырьков с газом или воздухом к общему объему образца льда, выраженное в процентах, называется пористостью льда. Пористость морских льдов может колебаться от 5 до 13%.

Пористость льда влияет на его плотность. Чем больше пористость, тем меньше плотность льда. Наиболее плотными являются средние части льдин и торосов, многократно подвергшихся сжатию.

Плотность пресного льда, лишенного пузырьков воздуха, при температуре 00С равна 0.918 г·см-3, а удельный объем при этом равен 1.090 см3·г-1. Следовательно, при льдообразовании удельный объем увеличивается (плотность уменьшается) примерно на 9%.

Плотность морского льда зависит от температуры, солености и пористости.

При изменении температуры плотность морского льда изменяется аномально, что и определяет его отличие от пресного льда. Плотность пресного льда с понижением температуры увеличивается. Плотность соленого льда при понижении температуры от 0 до –230С, наоборот, уменьшается за счет увеличения объема льда при образовании новых кристалликов льда из рассола. Аномалия объясняется тем, что в этом температурном интервале действуют одновременно два взаимно противоположных процесса: процесс нормального увеличения плотности льда за счет понижения его температуры и процесс уменьшения плотности за счет вымораживания из рассола дополнительных порций льда, плотность которых меньше плотности рассола. До температуры –230С преобладает второй процесс, а затем, когда начинается выпадение хлоридов и количество рассола резко сокращается, преобладает первый процесс, приводящий к увеличению плотности льда и сокрашению его объема.

С возрастом плотность льда уменьшается, так как после вытекания рассола ячейки заполняются воздухом.

Плотность льда определяет осадку (погруженность) плавучих льдов, которая для пресных льдов составляет около 9/10, а для морских - до 5/6 их толщины.

Чистый пресный лед при 00С обладает удельной теплоемкостью, равной 2.056 кДж/(кг·К) и зависит только от температуры. С понижением температуры теплоемкость пресного льда понижается.

Удельная теплоемкость морского льда включает в себя теплоту фазовых преобразований и, в отличие от принятой в физике теплоемкости, называется эффективной теплоемкостью морского льда. Эффективная удельная теплоемкость морского льда зависит как от температуры, так и от солености льда: с повышением солености значительно увеличивается, достигая при температуре –20С и солености 15‰ 70.80 кДж/(кг·К), и резко уменьшается с понижением температуры. Это объясняется тем, что при изменении температуры меняется соотношение твердой и жидкой фаз рассола, которое сопровождается выделением или поглощением тепла. Причем с ростом солености, приводящим к возрастанию массы рассола, теплота фазовых преобразований играет все более заметную роль. С понижением температуры льда рассол постепенно вымерзает и теплоемкость морского льда приближается к теплоемкости пресного.

Образование (кристаллизация) морского льда происходит не при какой-то фиксированной температуре, как у пресного льда, а непрерывно от температуры замерзания морской воды до температуры, при которой весь рассол замерзнет. Так же непрерывно при повышении температуры происходит плавление (таяние) льда. Поэтому теплоту, затрачиваемую на плавление морского льда или выделяемую при замерзании морской воды, нельзя отождествлять с удельной теплотой кристаллизации воды.

Впервые на такой характер плавления морского льда обратил внимание шведский геофизик Ф.Мальмгрен участник океанографических и арктических экспедиций на судне "Мод" (1922-25), дирижаблях "Норвегия" (1926) и "Италия" (1928). Он известен своими трудами по физическим и химическим свойствам морского льда, в которых предложил вместо понятия теплоты плавления использовать некоторое эффективное тепло, затрачиваемое на плавление единицы массы морского льда, взятого при некоторой температуре. Это эффективное тепло зависит от собственной теплоты, расходуемой на плавление чистого льда, и от тепла, необходимого на повышение температуры льда и рассола до температуры полного плавления морского льда.

Теплота плавления морского льда изменяется в значительных пределах - от 150 до 397 кДж/кг и зависит от температуры и солености. С понижением температуры и солености теплота плавления льда повышается.

Плавление морского льда происходит постепенно, и к началу лета он за счет внутреннего таяния представляет собой разъеденную изнутри массу, легко разрушающуюся под действием тепловых или механических факторов.

Теплопроводность морского льда примерно в пять раз выше, чем воды, в восемь раз больше, чем снега, и почти в сто раз больше, чем воздуха. Характерная теплопроводность кристаллов пресного льда составляет 2.22 Вт/ (м·К), а морского льда около 2.10 Вт/(м·К), так как теплопроводность рассола примерно в четыре раза меньше, чем пресного льда.

Температура верхней поверхности льда близка к температуре воздуха и в течение года может меняться в значительных пределах. При ясном безоблачном небе температура льда вследствие интенсивной радиации может быть даже ниже температуры воздуха. В то же время температура нижней поверхности льда, соприкасающейся с водой, близка к температуре замерзания, т. е. почти постоянна.

Перепад температуры двухметрового льда по его толщине может достигать 200С и более, что создает во льду большие напряжения.

Минимальные температуры в осенне-зимний период наблюдаются в верхнем слое льда, а в весенне-летний период в средней части льда, т. е. наблюдается запаздывание наступления минимальных температур по вертикали, аналогичное запаздыванию температурного максимума в верхнем слое моря.

Снежный покров, имея малую теплопроводность, существенно влияет на температуру льда. Температура льда, покрытого снегом, значительно выше, чем без него.

Чистый лед прозрачен для лучей видимого света. Пузырьки воздуха, рассола или другие включения, рассеивая световые лучи, значительно ухудшают их прохождение через толщу льда, поэтому прозрачность морского льда сравнительно невелика.

Цвет льда, как и воды, объясняется избирательным поглощением и рассеянием световых лучей и зависит от размеров и количества посторонних примесей в нем. Совершенно чистый, пресный, лишенный пузырьков воздуха лед при рассматривании его в большом куске представляется нежно-голубым.

Лед, встречающийся в море, по цвету или оттенкам, заметным в больших массивах льда, можно грубо подразделить на коричневый, белый, зеленый и голубой или синий.

Коричневый, иногда желтый лед - это лед речного или прибрежного происхождения с включениями глинистых веществ или гуминовых кислот. Белый лед образуется из снега, в нем много крупных пузырьков воздуха или ячеек с рассолом. Зеленый цвет характерен для сравнительно молодого морского льда зернистой структуры с большим количеством воздуха и рассола. Голубой или синий лед характерен для многолетних торосистых морских льдов, в которых не осталось посторонних примесей. В голубом льду ярко выражена его игольчатая структура с ориентированными кристаллами. Голубой цвет характерен также для глетчерного льда и айсбергов.

Начальные виды льдов - ледяное сало, шуга, тонкий смоченный молодой лед - имеют темно-серый со стальным оттенком цвет. По мере увеличения толщины цвет льда переходит в светло-серый, а затем в белый. При таянии смоченные водой тонкие льдинки вновь принимают темно-серую окраску.

Встречается лед зеленого, красного, розового, желтого и даже черного цветов, которые объясняются присутствием во льду в больших количествах различных минеральных и органических взвесей (бактерий, планктона, эоловых частиц и др.).

Так как лед задерживает длинноволновую радиацию, то подобно стеклу он создает парниковый эффект. Благодаря этому лед не только предохраняет находящиеся под ним слои воды от охлаждения, но и способствует их нагреванию.

Прочность морского льда из-за сложной картины распределения солевых ячеек и его частично двухфазного состава в три раза уступает прочности пресноводного льда той же толщины. Однако старый морской лед с очень низкой соленостью не уступает по прочности пресноводным льдам.

studfiles.net

Почему лед не тонет в воде: ответы

В океане дрейфуют полярные ледяные глыбы и айсберги, и даже в напитках лед никогда не опускается на дно. Можно сделать вывод, что лед не тонет в воде. Почему? Если подумать об этом, то этот вопрос может показаться немного странным, потому что лед твердый и — интуитивно — должен быть тяжелее жидкости. Хотя это утверждение справедливо для большинства веществ, вода является исключением из правила. Воду и лед отличают водородные связи, которые в твердом состоянии делают лед легче, чем когда он находится в жидком состоянии.

Вопрос научный: почему лед не тонет в воде

Представим, что мы находимся на уроке под названием «Окружающий мир» в 3 классе. «Почему лед не тонет в воде?», — спрашивает учительница у детей. И малыши, не имея глубоких познаний в физике, начинают рассуждать. «Возможно, это магия?» — заявляет один из детей.

Действительно, лед крайне необычен. Практически нет никаких других естественных веществ, которые в твердом состоянии могли бы плавать на поверхности жидкости. Это одно из свойств, которое делает воду таким необычным веществом и, если признаться, именно оно изменяет пути эволюции планет.

Существуют некоторые планеты, которые содержат огромное количество таких жидких углеводородов, как, например, аммиак — тем не менее, при замерзании этот материал опускается на дно. Причина того, почему лед не тонет в воде, заключается в том, что при замерзании вода расширяется, и вместе с этим понижается ее плотность. Интересно, расширение льда может разбить камни — настолько необычен процесс оледенения воды.

Говоря научным языком, в процессе замерзания устанавливаются быстрые циклы выветривания и определенные химические вещества, выделяемые на поверхности способны растворять минералы. В целом, с замерзанием воды связаны такие процессы и возможности, которых физические свойства других жидкостей не предполагают.

Плотность льда и воды

Таким образом, ответ на вопрос о том, почему лед не тонет в воде, а плавает на поверхности, заключается в том, что он имеет более низкую плотность, чем жидкость — но это ответ первого уровня. Для лучшего понимания нужно знать, почему у льда низкая плотность, почему вещи всплывают в первую очередь, как плотность приводит к плаванию.

Вспомним греческого гения Архимеда, который выяснил, что после погружения определенного предмета в воду объем воды увеличивается на число, равное объему погружаемого объекта. Другими словами, если вы положите глубокое блюдо на поверхность воды, а затем поместите в него тяжелый предмет, то объем воды, который нальется в блюдо, будет точно равен объему объекта. Не имеет значения, объект погружается полностью или частично.

Свойства воды

Вода — это удивительное вещество, которое в основном питает жизнь на земле, ведь каждый живой организм нуждается в ней. Одним из наиболее важных свойств воды является то, что она обладает наивысшей плотностью при температуре 4 °C. Так, горячая вода или лед являются менее плотными, чем холодная вода. Менее плотные вещества плавают поверх более плотных веществ.

Например, во время приготовления салата, можно заметить, что масло находится на поверхности уксуса — это можно объяснить тем, что оно обладает меньшей плотностью. Этот же закон действителен и для объяснения того, почему в воде лед не тонет, а в бензине и керосине — тонет. Просто эти два вещества обладают меньшей, чем у льда, плотностью. Так, если вы запустите в бассейн надувной мячик, он будет плавать на поверхности, если же вы бросите в воду камень — он опустится на дно.

Какие изменения происходят с водой при замерзании

Причина того, почему лед не тонет в воде, связана с водородными связями, которые изменяются при замерзании воды. Как известно, вода состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Они прикреплены ковалентными связями, которые невероятно сильны. Однако другой тип связи, который образуется между различными молекулами, называемый водородной связью, слабее. Эти связи образуются потому, что положительно заряженные атомы водорода притягиваются отрицательно заряженными атомами кислорода соседних молекул воды.

Когда вода теплая, молекулы очень активны, много перемещаются, быстро образуют и разлагают связи с другими молекулами воды. У них есть энергия, чтобы приближаться друг к другу и двигаться быстро. Итак, почему лед не тонет в воде? Химия скрывает ответ.

Физико-химия льда

По мере того, как температура воды опускается ниже 4 °C, кинетическая энергия жидкости уменьшается, поэтому молекулы больше не перемещаются. У них нет энергии для перемещения и такого же легкого, как при высокой температуре, разрыва и формирования связей. Вместо этого они образуют больше водородных связей с другими молекулами воды с образованием гексагональных структур решетки.

Они образуют эти структуры, чтобы поддерживать отрицательно заряженные молекулы кислорода друг от друга. В середине шестиугольников, образуемых в результате деятельности молекул, много пустоты.

Лед тонет в воде — причины

Лед фактически на 9% менее плотный, чем жидкая вода. Поэтому лед занимает больше места, чем вода. Практически это имеет смысл, потому что лед расширяется. Вот почему не рекомендуют замораживать стеклянную бутылку воды — замороженная вода может создавать большие трещины даже в бетоне. Если у вас есть литровая бутылка льда и литровая бутылка воды, тогда бутылка с ледяной водой будет легче. Молекулы находятся дальше друг от друга в этой точке, чем когда вещество находится в жидком состоянии. Вот почему лед не тонет в воде.

Когда лед тает, стабильная кристаллическая структура разрушается и становится плотнее. Когда вода прогревается до 4 °C, она получает энергию, и молекулы движутся быстрее и дальше. Именно по этой причине горячая вода занимает больше места, чем холодная вода, и плавает поверх холодной воды — она обладает меньшей плотностью. Вспомните, когда вы находитесь на озере, во время купания верхний слой воды всегда приятный и теплый, однако когда вы опускаете свои ноги глубже, ощущаете холод нижнего слоя.

Значение процесса замерзания воды в функционировании планеты

Несмотря на то что вопрос «Почему лед не тонет в воде?» для 3 класса, очень важно понимать, почему этот процесс происходит и какое имеет значение для планеты. Так, плавучесть льда имеет важные последствия для жизни на Земле. Озера замерзают зимой в холодных местах — это позволяет рыбе и другим водным животным выживать под ледяным покрывалом. Если бы замерзло дно, то высока вероятность того, что все озеро могло бы быть заморожено.

В таких условиях в живых не осталось бы ни единого организма.

Если бы плотность льда была выше плотности воды, то в океанах лед бы опустился, и ледяные шапки, которые в таком случае находились бы на дне, не позволили бы кому-либо там жить. На дне океана было бы полно льда — и во что бы это все превратилось? Кроме всего прочего, полярный лед важен, поскольку он отражает свет и предохраняет планету Земля от чрезмерного перегревания.

fb.ru