¿Por qué el agua fría pesa más que el agua caliente en un volumen fijo?

Calentar casi cualquier material hará que se expanda. Es decir, su densidad disminuirá, ya que la misma masa de material ocupa más espacio. O, alternativamente, el mismo volumen del material pesa menos.

Si toma su balde y lo llena hasta el borde con agua fría y luego calienta el agua (no hasta que hierva), parte se derramará por la parte superior.

PD: El agua es uno de los pocos materiales que no sigue esta regla a la perfección. El agua es realmente más densa (y más pesada para un contenedor de tamaño dado) a 4C. Si compara una cubeta de agua 4C con una cubeta de agua 1C, la cubeta más caliente será más pesada.

Bueno, para preparar el escenario, supongamos que estos son baldes idénticos, y ambos están llenos con la misma H ₂ O pura; Obtenga agua destilada de la tienda de comestibles si realmente está intentando esto, ya que el agua del grifo y la mayoría del agua embotellada contienen otros químicos que son útiles para el agua potable, menos para los experimentos científicos. Supongamos también un par de cosas más: hemos puesto el agua en los baldes después de que el agua alcanzó las temperaturas deseadas y sellamos la parte superior de los baldes tan pronto como los llenamos.

Suposiciones:

1. Cubos idénticos
2. _H2O pura _
3. El agua caliente se calentó antes de llenar el balde.
4. Sellado de los cubos inmediatamente después de llenarlos

Entonces tenemos dos cubos cerrados idénticos, llenos de agua, con la única diferencia de que llenamos uno con agua caliente y el otro con agua fría. Como ya dijo Sparr , calentar casi cualquier cosa hará que se expanda; las moléculas se espaciarán más, y eso (con la excepción de unos pocos grados antes de que se congele) también es válido para el agua.

Cuando llenamos los dos baldes, aunque parecía que pusimos la misma cantidad ( volumen ) de agua en ambos, en realidad cabemos más moléculas de agua en el balde frío que en el caliente porque las moléculas en el agua caliente son más espaciadas que en agua fría. Y dado que la masa de cualquier molécula de agua (H ₂ O) es la misma (todas utilizan los mismos componentes básicos), el balde en el que caben más moléculas de agua (el balde frío) será el más pesado.

Para demostrar aún más este efecto, puede dejar que la cubeta caliente se enfríe a la temperatura de la cubeta fría. A menos que algo salga mal, una vez que la cubeta caliente se haya enfriado a la temperatura de la cubeta fría, si quitas la tapa, deberías ver que la cubeta ya no está llena hasta el borde. Por supuesto, todavía hay la misma cantidad de moléculas en el balde (¿adónde más podrían haber ido si el balde estuviera sellado?), pero a medida que el agua se enfriaba, las moléculas se juntaban más; la densidad aumentó. Y el agua fría que necesitarías agregar para volver a llenarlo hasta el borde sería igual al peso del balde frío menos el peso del balde caliente.

El peso de los mismos materiales no depende de su volumen, depende del número de átomos.

Entonces, como sabemos al calentar agua, podemos aumentar el volumen entre cada$\mathrm{H_2O}$moléculas entre sí, y al enfriar el agua viceversa, así que ahora está claro.

Ejemplo:$1$litro de agua fría contiene más moléculas de$\mathrm{H_2O}$que$1$litro de agua caliente. Así que ahora el agua fría es más pesada que el agua caliente en el mismo volumen.

Esto debería tener algunas aclaraciones, ya que la misma cantidad de agua en términos de moléculas pesaría más como agua caliente, no menos.

En realidad, es fácil explicar esto en términos de fórmulas físicas;

• Sabemos que el agua caliente tiene más energía que el agua fría
• Sabemos que E=mc^2
• Por lo tanto, el agua caliente, con más energía, debe tener más masa, por lo que pesa más

Sin embargo, esto es para dos recipientes de agua que tienen el mismo número de moléculas y, por lo tanto, la misma masa a una temperatura constante. El efecto de los cambios de densidad (que reflejan los cambios de volumen detallados en otras respuestas) es significativamente mayor que el de los cambios de energía.

Si llenaras dos recipientes con la misma cantidad de agua a una temperatura constante, luego calentaras uno y enfriaras el otro, encontrarías los resultados opuestos a la pregunta original; el más caliente pesaría más, pero solo por unos pocos nanogramos por KG de agua (creo que es alrededor de 5).

Suponiendo que los baldes sean idénticos, el número de moléculas de agua (y gases disueltos) es idéntico. Cuando se coloca sobre un par de balanzas, el calor conducido desde el balde caliente hacia el aire circundante provoca un movimiento de aire turbulento significativo hacia arriba (oye, cuando los baldes se han diseñado como alas de avión), la fricción del aire caliente que se mueve hacia arriba ejercerá fuerza sobre la cubeta para moverla en la misma dirección; la balanza se inclinará de manera que la cubeta de agua caliente parezca más ligera.

¡Por lo tanto, allí!

Es importante ser específico en su pregunta: si simplemente desea saber acerca de los gases disueltos, entonces en la atmósfera terrestre, el balde frío pesará más, ya que contendrá una mayor proporción de disueltos, especialmente CO2 y O2.

Si desea preguntar sobre la densidad del agua a diferentes temperaturas, aparte de su comportamiento peculiar alrededor de -4 grados Celsius como hielo, también puede comparar un balde de "agua" acercándose a 0 Kelvin con el balde similar de "agua " a 500 kelvin (vapor muy caliente).

Volviendo a la temperatura ambiente: suponiendo que el agua y los gases sean idénticos en los baldes. El aumento de la energía cinética de las moléculas de agua en el balde caliente y suponiendo E=mC^2, entonces el aumento del movimiento en el balde caliente lo haría más pesado, aunque probablemente más allá del umbral de medición en este momento.

Me gustaría una mayor aclaración de la pregunta.